УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТЕНКИ АРТЕЗИАНСКОЙ СКВАЖИНЫ

Техническое решение относится к области эксплуатации буровых скважин, в частности к средствам акустического воздействия на стенки артезианской скважины, и может быть использовано также при добыче нефти и газа.
Известно устройство для акустического воздействия на нефтяной пласт, обеспечивающее увеличение притока нефти из скважины, в котором источник акустического воздействия представляет собой гидравлический вибратор, установленный в зоне перфорации скважины [1].
Недостаток этого устройства заключается в том, что его вибратор работает на частоте нескольких сотен герц, в результате чего в скважине происходит отслоение цементного камня.
Известно также устройство для акустического воздействия на стенки скважины, включающее магнитострикционный преобразователь, установленный в зоне перфорации скважины, электронный генератор и, соединяющий их, питающий кабель [2].
Недостатком этого устройства, работающего в ультразвуковом диапазоне частот, является наличие больших энергетических потерь, составляющих до 5% от мощности электронного генератора.
Кроме этого, известно устройство для термоакустического воздействия на стенки скважины, которое включает, соединенные между собой посредством питающего кабеля, высокочастотный электронный генератор и акустический излучатель, состоящий из магнитострикционного преобразователя и электронагревателя [3].
Данное устройство по своей технической сущности и результату, достигаемому при его использовании, является наиболее близким к предлагаемому и принято в качестве прототипа.
Недостаток этого устройство заключается в больших (до 50% от мощности генератора) энергетических потерях в питающем кабеле, взаимосвязывающим наземную и скважинную части устройства.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная
модель, является уменьшение энергетических потерь в питающем кабеле.
Поставленная задача в устройстве для термоакустического воздействия на стенки артезианской скважины, включающем акустический излучатель, образованный, параллельно включенными, ультразвуковым преобразователем и электронагревателем, высокочастотный генератор и питающий кабель, соединяющий акустический излучатель с высокочастотным генератором, достигается за счет того, что акустический излучатель дополнительно снабжен умножителем частоты, который подключен к питающему кабелю между электронагревателем и высокочастотным генератором.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что, что умножитель частоты выполнен в виде, преимущественно, двухполупериодного диодного выпрямителя и при этом его вход подключен к высокочастотному генератору, а выход - к электронагревателю и ультразвуковому преобразователю.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
на фиг.1 - представлена функциональная схема устройства;
на фиг.2 - изображен вариант выполнения умножителя частоты, нагруженного на пьезоэлектрический преобразователь;
на фиг.3 - изображен вариант выполнения умножителя частоты, нагруженного на магнитострикционный преобразователь.
Устройство для термоакустического воздействия на стенки артезианской скважины, которое через средство коммутации 1 подключено к промышленной сети переменного тока частотой 50 Гц, создано на базе электромашинного генератора высокой частоты типа ВПЧ8000-12, образованного электродвигателем 2, и соединенного с ним через вал 3 генератором высокой частоты 4. Выход высокочастотного генератора нагружен на согласующее устройство 5 и на питающий
кабель, который намотан на кабельный барабан 6 и через подвеску 7 и ролик 8 опущен в скважину 9, пересекающую водонесущий пласт 10. Выход кабеля 11 подключен к электрическому разъему 12 скважинного снаряда, в котором размещены умножитель частоты 13, электронагреватель 14 (ТЭН) и ультразвуковой преобразователь 15.
В общем случае умножитель частоты может быть выполнен по любой из известных одно или двухполупериодных схем выпрямителей на диодах, лампах, тиристорах или других нелинейных элементах. На фиг.2 представлен выпрямительный диодный мост 16, который своим входом через зажимы А и Б, подключен к электрическому разъему 12, а своим выходом - к электронагревателю 17 и пьезоэлектрическому преобразователю 18. На фиг.3 показан вариант использования умножителя частоты 16 такого же типа, но уже с магнитострикционным преобразователем 19, который в процессе своей работы одновременно с созданием акустической мощности Р производит и излучение тепловой Q энергии.
Предлагаемое устройство эксплуатируется следующим образом. Предварительно скважинный снаряд опускают в зону водонесущего пласта 10, а затем на высокочастотный генератор 4 через средство коммутации 1 подают электрическую энергию от сети промышленной частоты 50 Гц, которую он и преобразует в энергию высокой частоты вдвое, втрое и более раз меньшую, нежели резонансная частота ультразвукового преобразователя 15. По питающему кабелю 11 напряжение пониженной частоты передается через электрический разъем 12 на вход умножителя частоты, представляющего собой в простейшем случае выпрямительный мост 16 (фиг.2 и 3), выход которого нагружен на электрический нагреватель 17 и на ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (фиг.2) или на ультразвуковой магнитострикционный преобразователь. В последнем случае (фиг.3) постоянная
составляющая тока выпрямителя одновременно является и током подмагничивания для магнитострикционного преобразователя, который в данном случае выполняет и функцию электронагревателя, поскольку его электроакустический КПД не является достаточно высоким и составляет всего 10-15%.
Система питающий кабель 11 - акустический излучатель, состоящий из последовательно включенных электронагревателя 14 и ультразвукового преобразователя 15, представляет собой делитель напряжения. Полное сопротивление питающего кабеля 11 является комплексной величиной, возрастающей с частотой выходного напряжения генератора 4. Поэтому для уменьшения влияния полного сопротивления питающего кабеля необходимо снижать частоту генератора. Возможность уменьшения рабочей частоты генератора достигается с помощью установки в скважинном снаряде умножителя частоты 13, позволяющего в случае использования выпрямителя, представленного на фиг.2 и 3, получить не только умножение частоты напряжения питания акустического излучателя 15, но и получить постоянную составляющую для питания электронагревателя 14. Однако, как показывают результаты экспериментов, умножение частоты более чем в 4 раза оказывается нерациональным в связи с большим уменьшением мощности высокочастотных гармоник в выпрямленном напряжении генератора. Практически слишком большое увеличение частоты и не требуется и является даже вредным в связи с ростом затухания звука в горной породе при увеличении частоты и ограничением радиуса озвучиваемого пространства подвергаемого термоакустическому воздействию. С точки зрения снижения энергетических потерь выгодно повышать величину выходного сопротивления акустического излучателя, что более легко осуществимо при использовании пьезокерамических преобразователей, которые к тому же имеют гораздо больший электроакустический КПД, в сравнении с магнитострикционными
преобразователями, что и приводит к выравниванию между собой долей акустического и термического воздействия.
Как показывают эксперименты, при удвоении частоты использование умножителя частоты позволяет получить снижение энергетических потерь в питающем кабеле на 20-25%, что, в свою очередь, при эксплуатации на скважине комплекса типа ВАТ-1, приводит к снижению потребляемой мощности с 60 до 45 кВт.
Таким образом, введение умножителя частоты в термоакустический излучатель позволяет получить энергетический выигрыш за счет уменьшения потребляемой электроэнергии, а выполнение умножителя частоты в виде выпрямителя, в свою очередь, позволяет получить простое и надежное решение поставленной задачи.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы полезной модели:
1. Гадиев С.М. Использование вибраций в добыче нефти. М., «Недра», 1977.
2. Макаров В.Н. и др. Первые результаты применения ультразвука в борьбе с отложением солей в нефтепромысловом оборудовании на Шаимском месторождении. "Нефтепромысловое дело". М., ВНИИОЭНТ, 1978, №6, с.23.
3. Шейнман А.Б. Фильтрация, теплоперенос и нефтегазоотдача в сложных пластовых системах. М., «Наука», 1978, с.10-13.