Скважинный акустический излучатель

ОП ИСАНИЕИ ЗОБРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик п 940106но делан нзабретеннй н открытнй(54) СКВАЖИННЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ са Г 33 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 с5отложением солей в скважинах,Известен гидродинамический пластинчатый излучатель, содержащий корпус,мембрану-сопло, выполненное в видепрямоугольной щели в мембране, ивыбирающий элемент, установленный нанекотором расстоянии от сопла 11 1. Недостатками излучателя являютсямалая акустическая мощность вследствие акустического короткого замыкания в процессе излучения и неустойчивость работы в широком диапазонедавлений потоков жидкости,Известен многостержневои гидроди"ч гонам ический и реобра зова тель, соде ржа -щий отражатель, стержень, сопло-патрубок и контргайки21. 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 корпу 3 9 01Однако для получения большой мощности в режиме излучения необходимо на вход излучателя подавать нефть под большим давлением от наземного нагнетательного насоса, что ограни чено возможностью возникновения больших акустических потерь в насоснокоспрессорных трубах и необходимостью последующего отсоса этой нефти из скважины. При этом имеют место до полнительные гидравлические потери.Устройство работает в замкнутом цикле, не обеспечивая получения дополнительной добычи нефти из скважины.Устройство работает в режиме нагнета ния, а не выкачивания. Рабочая частота генерируемых колебаний изменяется в зависимости от величины давления создаваемого наземным на гнетательным насосом, Это приводит к потерям мощ ности при излучении и повышает воэможность вхождения системы в резонанс, при котором возникают нарушения в пористой среде в силу ее неоднородности. Так как рабочая частота не 5 контролируется, то неизвестно, работает ли излучатель с наибольшей мощностью или нет. В процессе излучения, ,р кроме генерируемых вращающимся золотником колебаний, образуются сложные з 0 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,48 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, эаглуш", кой, установленной с другой стороны корпуса, и защитный корпус, выполненный,в виде сетки или отрезка трубы с отверстиями, расположенный поверх цилиндрического корпуса, каждый активный элемент выполнен в виде пластины с переменной толщиной, укрепленной своей центральной частью-хвостовиком на внешней поверхности цилиндрическо го корпуса, при этом каждая пластина установлена напротив проема, выполненного в цилиндрическом корпусе с заэо 06 ром, хвостовик и посадочное место поднего выполнены плоскими, центральнаявертикальная ось пластины образует сосью цилиндрического корпуса угол в3-1 0Отношение ширины пластины к еедлине лежит в пределах 0,10-0,25,Пластины расположены на поверхности цилиндрического корпуса рядами,при этом число пластин в каждом рядуопределяется из выраженияГГ 3,Р КВгде Х 1- на ружный диамет р цилиндрического корпуса;1( - коэффициент пропорциональности, равный 2-3;В - ширина пластины,На фиг. 1 изображен излучатель,продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.Фланец 1 элемента крепления насосно-компрессорной трубеНКТ, не показана) соединяется с помощью резьбового или иного соединения с фланцемцилиндрического корпуса 2, в выточкекоторого размещен защитный корпус 3,выполненный в аиде отрезка трубы сотверстиями или сетки. Пластинаимеющая переменную толщину, а еслинеобходимо то и профиль, размещенапротив проема 5 и закреплена на цилиндрическом корпусе 2 с помощью, например, заклепок 6,число которых устанавливается от одной до трех. Крепление пластины 1 осуществлено за хомутик, сечениекоторого выполнено плоским, а толщинаравна от 3 до 5-6 мм. Посадочноеместо для хомутика выполнено такжеплоским для получения устойчивогоположения и Фиксации пластиныПродольная ось пластины образуетс продольной осью излучателя уголпорядка 3-10 . Проем 5 имеет площадьнесколько больше, чем площадь пластины, вследствие чего образуется зазормежду кромкой пластины и корпусом,величина которого выбирается, исходя из получения надежной работы вскважинной жидкости, обычно насыщенной твердыми частицами, и должнобыть на 5-15/ больше самой большойпо диаметру частицы. С другой стороны трубчатый корпус закрыт заглушкой7, закрепленной с помощью реэьбового соединения.Излучатель может быть выполненмодульным. Один из подсоединенных5 94010 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 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-стоикого матеч 10 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 баний. Все пластинь 1 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 зо 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 увеличе ния давления снаружи излуцателя жид-. кость через отверстия или сетку защитного корпуса 3 при обтекании пластины 4 увлекает ее в проем 5 цилинд - рицеского корпуса 2, преодолевая со 5 противление пластины, Как только это произойдет, давление жидкостной струи вблизи пластины уменьшается и благодаря своей упругости пластина 4 воз-, вращается в исходное положение, затем50 по инерции отклоняется в противоположную сторону и, подхваченная жидкостной струей, вновь входит в проем 5. Движения пластины повторяются до тех пор, пока извлекается скважинная55 жидкость, При увеличении давления увеличивается амплитуда колебаний пластины, а следовательно, и мощность звука, Увеличение амплитуды происхо-,6 6дит до определенного предела (до срыва колебаний), вследствие чего необходимо. устанавливать определенное количество пластин, чтобы получить заданную мощность Увеличение амплитудыпластины достигается с помощью увеличения упругости материала, из которого она изготавливается, и правильного выбора толщины. Для работы в жидкости толщина пластины выбираетсяравной 3-6 мм. Рабочая частота пластины, которая в данном случае представляет собой цетвертьволновый вибратор,определяется из формулыО,1 ЫТ,= - р,где Т - толщина пластины 4;Н - длина ее до хомутика;Е - модуль упругости материала,из которого изготовлена пластина;Д - плотность материала.Как видно из формулы 1 ), рабочаячастота пластины зависит только отгеометрических размеров пластины иматериала, из которого она выполнена.Число необходимых пластин дляобеспечения заданной мощности, исхо-,дя из дебита данной скважины, опреде.-,ляется из формулыф Лпгде П - дебит скважины в течение 1 с,секундный расход жидкостиПили нефти на одну пластинуи зазор в приеме, равныйРси м ъ ь рр 4 ;где Ч - скорость истечения жидкостичерез зазор проема 5;5 - площадь зазора по периметрупроема;3,14;частота, на которую настроенизлуца тель;Р - акустическая мощность, раз"виваемая одной пластиной 4;С - скорость распространения звука в скважинной жидкости;плотность скаажинной жидкос",ти.Полная акустическая мощность, развиваемая излучателем равна Ф Р .Число пластин в одном ряду определяется из выраженияГ ЭтЪ7 9401где Э к - наружный диаметр трубчатого корпуса 21В - ширина пластин,коэФФициент пропорциональности равный 2-3. 5Форма сигнала, излучаемого в скважинное просгранство, синусоидальная,что позволяет получить наибольшуювозможность. Одновременно с излучением акустической мощности происходит 10извлечение неФти, разрушаются солии уменьшается их отложение в НКТ и вскважине, Не требуется дополнительного оборудования для создания какихлибо сигналов ни на поверхности земли, ни в скважине. Излучатель можетбыть выполнен долговечным и протяжным при увеличении излучаемой мощности за счет добавления модулей 8,Пластины 4 изготавливаются путем ис 20пользования штамповки, что гарантирует идентичность пластин, получениеодних и тех же резонансной частотыи высокой акустической мощности, Увеличение мощности в режиме излучения Идостигает порядка 6 дБ за счет сокращения гидравлических потерь,Формула изобретения1. Скважинный акустический излучатель, содержащий цилиндрический корпус с размещенными на нем активными элементами и элементом крепления к насосд но-комп рес со рной т рубке, уста новленным с одной стороны корпуса, заглушкой, установленной с другой стороны корпуса, и защитный корпус, выполненный в виде сетки или отрезка трубы с отвер в стиями расположенный поверх цилиндрического корпуса, о т л и ч а ю 06 8щ и й с я тем, что, с целью увеличения мощности излучателя, каждый активный элемент в немвыполнен в видепластины с переменной толщиной, укрепленной своей центральной частью-хвостовиком на внешней поверхности цилиндрического корпуса, при этом каждая пластина установлена напротивпроема, выполненного в цилиндрическомкорпусе с зазором, хвостоник и посадочное место под него выполнены плоскими, вертикальная ось пластиныобразует с осью цилиндрическогокорпуса угол в 3-10 О,2. Излучатель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что отношениеширины пластины к ее длине лежит впределах 0,10-0,25,3, Излучатель по и, 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что пластинырасположены на поверхности цилиндрического корпуса рядами, при этом число пластин в каждом ряду определяетсяиз выраженияф = -7 ЭкР Кцгде Э - наружный диаметр цилиндрического корпуса;К - коэФФициент пропорциональности, разный 2-3;В - ширина плстины.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 243983, кл. В 06 В 1/20, 1967.2, Гершгал Д.А., Фридман В.М,Ультразвуковая технологическая аппаратура. М., "Энергия" 1976, с. 128.3 Гадиев С. М. Использованиевибрации при добЫче неФти, М., Недра", 1977, с. 49-50 (прототип 1.17 П дГ ого комитета СССРд ений и открытийг 1 Раушская наб.д д. 4/5П "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная,Филиа едактор Н. Чу акаэ 4662/68 ВНИИП и 113035Тираж 7 осударственн елам иэобретосква Жд уравлева Кордектор 10. Макаренк о писное