Скважинный акустический излучатель Советский патент 1982 года по МПК G01V1/52 

(5Л) СКВАЖИННЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к скважин- . ным акустическим излучателям для воздействия на горные породы, в частности на нефтяные пласты с целью увеличения притока нефти, и для борьбы с отложением солей в скважинах. Известен гидродинамический пластин чатый излучатель, содержащий корпус, мембрану-сопло, выполненное в виде :; прямоугольной щели в мембране, и выбирающий элемент, установленный на некотором расстоянии от сопла llНедостатками излучателя являются малая акустическая мощность вследствие акустического короткого замыкания в процессе излучения и неустойчивость работы в широком диапазоне давлений потоков жидкости. Известен многостержневой гидроди-. намический преобразователь, содержащий отражатель, стержень, сопло-патру бок и контргайки 2. Недостатком преобразователя является малая акустическая мощность вследствие рефракции акустических волн вокруг стержней, являющихся элементарными полуволновыми излучателями, и возникновения таким образом акустического короткого замыкания. Наиболее близким к предлагаемому излучателю является гидравлический вибратор золотникового типа, используемый Как скважинный акустический излучатель, содержащий цилиндрический корпус с размещенными на нем активными элементами и элементом ; крепления к насосно-компрессорной трубе, установленным с одной стороны корпуса, заглушкой, установленной с другой стороны корпуса, и защитный корпус, выполненный в виде сетки или отрезка трубы с отверстиями, расположенный поверх цилиндрического корпуса Сз. 3gf Однако для получения большой мощности в .режиме излучения необходимо на вход излучателя подавать нефть под большим давлением от наземного нагнетательного насоса, что ограничено возможностью возникновения больших акустических потерь в насоснокоспрессорных трубах и необходимостью последующего отсоса этой нефти из скважины. При этом имеют место дополнительные гидравлические потери. Устройство работает в замкнутом цикле, не обеспечивая получения дополнительной добычи нефти из скважины. Устройство работает в режиме нагнетания, а не выкачивания. Рабочая частота генерируемых колебаний изменяется в зависимости от величины давления создаваемого наземным нагнетательным насосом. Это приводит к потерям мощности при излучении и повышает возможность вхождения системы в резонанс, при котором возникают нарушения в пористой среде в силу ее неоднородности. Так как рабочая частота не контролируется, то неизвестно, работа ет ли излучатель с наибольшей мощностью или нет. В процессе излучения, ,р кроме генерируемых вращающимся золотником колебаний, образуются сложные колебания за счет отражения волн и явлений интерференции. Периодическое истечение жидкости из щелей при вращении золотника создает циклические колебания в окружающей среде с широКИМ спектром частот. Все это приводит к потерям излучаемой мощности. Цель изобретения - увеличение акустической мощности. Поставленная цель достигается тем, что в скважинном акустическом излучателе, содержащем цилиндрический корпус с размещенными на нем активными элементами и элементом крепления к на сосно-компрессорной трубе, установлен ным с одной стороны корпуса, заглуш-: кой, установленной с другой стороны корпуса, и защитный корпус, выполненныйвВ виде сетки или отрезка трубы с отверстиями, расположенный поверх цилиндрического корпуса, каждый актив ный элемент выполнен в виде пластины с переменной толщиной, укрепленной своей центральной частью-хвостовиком на внешней поверхности цилиндрического корпуса, при этом каждая пластина установлена напротив проема, выполнен ного в цилиндрическом корпусе с зазо64ром, хвостовик и посадочное место под него выполнены плоскими, центральная вертикальная ось пластины образует с осью цилиндрического корпуса угол в З-Ю-. Отношение ширины пластины к ее длине лежит в пределах 0,10-0,25Пластины расположены на поверхности цилиндрического корпуса рядами, при этом число пластин в каждом ряду определяется из выражения л. К rt - L KB где D наружный диаметр цилиндрического корпуса; К - коэффициент пропорциональности, равный 2-3; Б - ширина пластины. На фиг. 1 изображен излучатель-, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Фланец 1 элемента крепления насосно-компрессорной трубе (,НКТ, не показана) соединяется с помощью резьбового или иного соединения с фланцем цилиндрического корпуса 2, в выточке которого размещен защитный корпус 3 выполненный в виде отрезка трубы с отверстиями или сетки. Пластина k, имеющая переменную толщину, а если необходимо то и профиль, размещена против проема 5 и закреплена на цилиндрическом корпусе 2 с помощью, например, заклепок 6,число которых устанавливается от одной до трех. Крепление пластины k осуществлено за хомутик,сечение которюго выполнено плоским,а толщина равна от 3 до 5-6 мм. Посадочное место для хомутика выполнено также плоским для получения устойчивого положения и фиксации пластины . Продольная ось пластины образует с продольной осью излучателя угол порядка 3-10. Проем 5 имеет площадь несколько больше, чем площадь пластины, вследствие чего образуется зазор между кромкой пластины и корпусом, величина которого выбирается, исходя из получения надежной работы в скважинной жидкости, обычно насыщенной твердыми частицами, и должно быть на 5-15 больше самой большой по диаметру частицы. С другой стороны трубчатый корпус закрыт заглушкой 7, закрепленной с помощью резьбового соединения. Излучатель может быть выполнен модульнь1М. Один из подсоединенных 59/401 модулей 8 показан на фиг. 1. Этот модуль аналогичен рассмотренному выше. Пластины и проемы размещены на цилиндрическом корпусе 2 рядами, что позволяет увеличить акустическую мощ- 5 ность пропорционально квадрату числа используемых пластин. Отношение ширины пластины к ее длине лежит в пределах от 0,1 до 0,2. Пластина выполняется из коррозионно-стойкого мате риала с большой упругостью, например титана, нержавеющей стали или легированной стали с покрытием из хрома, в связи с большой агрессивностью скважинной жидкости и с целью увеличения срока службы излучателя. Большая упругость позволяет получить повышенную мощность при излучении, поскольку пластина сможет работать с большими амплитудами коле- 20 баний. Все пластины имеют одинаковые размеры и настроены на одну и ту же рабочую частоту. На фиг. 2 виды дополнительные конструктивные элементы. В частности,25 показана форма проемов 5, имеющих кромки, параллельные друг другу и кромкам пластин 4. Простенок 9 между проемами имеет коническую форму с установленным в середине ребром 10 30 жесткости, на которое опирается защитный корпус 3. Отверстие 11 равно отверстию в НКТ. Скважинный акустический излучатель работает следующим образом. 35 При извлечении нефти или скважинной жидкости из скважины разряжение через НКТ передается в полость отверстия 11 излучателя. За счет увеличения дав.ления снаружи излучателя жид. кость через отверстия или сетку защитного корпуса 3 при обтекании пластины увлекает ее в проем 5 цилинд - рического корпуса 2, преодолевая сопротивление пластины. Как только это произойдет, давление жидкостной струи вблизи пластины уменьшается и благодаря своей упругости пластина k воз-, вращается в исходное положение, затем по инерции отклоняется в противоположную сторону и, подхваченная жидкостной струей, вновь входит в проем 5. Движения пластины повторяются до тех пор, пока извлекается скважинная жидкость. При увеличении давления увеличивается амплитуда колебаний пластины, а следовательно, и мощность звука. Увеличение амплитуды происхо-, v Об дит ва дим чес ную пла чен го го кос рав ны ляе опр час гео мат на. обе дя ляе где где вив дел 6 до определенного предела (до срыколебаний), вследствие чего необхоо, устанавливать определенное колитво пластин, чтобы получить заданмощность. Увеличение амплитуды стины достигается с помощью увелиия упругости материала, из котороона изготавливается, и правильновыбора толщины. Для работы в жидти толщина пластины выбирается ной 3-6 мм. Рабочая частота пластикоторая в данном случае представт собой четвертьволновый вибратор, еделяется из формулы о, /Т7 Н V f, толщина пластины i; длина ее до хомутика; модуль упругости материала, из которого изготовлена пластина;р.,- плотность материалаКак видно из формулы С1) рабочая тота пластины зависит только от метрических размеров пластины и ериала, из которого она выполнеЧисло необходимых пластин для спечения заданной мощности, исхо-, из дебита данной скважины, опредег тся из формулы Q.Qn. Q - дебит скважины в течение 1 с, секундный расход жидкости или нефти на одну пластину и зазор в приеме, равный ,-, (3) V - скорость истечения жидкости через зазор проема 5; S - площадь зазора по периметру проема; 11: 3, - частота, на которую настроен излучатель; Р - акустическая мощность, развиваемая одной пластиной 4; С - скорость распространения звука в скважинной жидкости; р- плотность скаажинной жидкосг олная акустическая мощность, раз-i емая излучателем равнаФ-Р. исло пластин в одном ряду опреется из выражения ф- Ртк Р- 7 TfleD-j. - наружный диаметр трубчатого корпуса 2; В - ширина пластин, Н - коэффициент пропорциональности равный 2-3. форма сигнала, излучаемого в сква жинное пространство, синусоидальная что позволяет получить наибольшую возможность. Одновременно с излучением акустической мощности происходи извлечение нефти, разрушаются соли и уменьшается их отложение в НКТ и в скважине. Не требуется дополнительно го оборудования для создания какихлибо сигналов ни на поверхности земли, ни в скважине. Излучатель может быть выполнен долговечным и протяжным при увеличении излучаемой мощности за счет добавления модулей 8. Пластины изготавливаются путем использования штамповки, что гарантирует идентичность плаСтин, получение одних и тех же резонансной частоты и высокой акустической мощности. Уве личение мощности в режиме излучения достигает порядка 6 дБ за счет сокращения гидравлических потерь. Формула изобретения 1. Скважинный акустический излуча тель, содержащий цилиндрический корпус с размещенными на нем активными элементами и элементом крепления к Hac но-компрессорной т рубке,установленны с одной стороны корпуса,заглушкой,уст новленной с другой стороны корпуса, и защитный корпус, выполненный в виде се.тки или отрезка трубы с отверстиями, расположенный поверх цилиндрического корпуса, отличаю68щ и и с я тем, что, с целью увеличения мощности излучателя, каждый активный элемент в немвыполнен в виде пластины с переменной толщиной, укрепленной своей центральной частью-хвостовиком на внешней поверхности цилиндрического корпуса, при этом каждая пластина установлена напротив проема, выполненного в цилиндрическом корпусе с зазором, хвостовик и посадочное место под него выполнены плоскими, вертикальная ось пластины образует с осью цилиндрического корпуса угол в . 2.Излучатель по п. 1, о т л и чающийся тем, что отношение ширины пластины к ее длине лежит в пределах 0,10-0,25. 3.Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что пластины расположены на поверхности цилиндрического корпуса рядами, при этом число пластин в каждом ряду определяется из выражения Р- KB fb где ТЭц - наружный диаметр цилиндрического корпуса; К коэффициент пропорциональности, разный 2-3; В - ширина плстины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 2+3983, кл. В Об В 1/20,. 196/. 2.Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М., Энергия, 1976, с. 128. 3.Гадиев С. М. Использование вибрации при добыче нефти. М., Нед1977, с. (прототип.

г.

Фиг.1

Фиг2