СКВАЖИННЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРИБОР
ACOUSTIC DOWNHOLE EMITTER

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для акустического воздействия на продуктивные пласты, в том числе для интенсификации добычи нефти, воды и других текучих сред из скважин.
Из "Уровня техники" известен излучатель акустический скважинный, который содержит верхнюю головку с контактным устройством под кабельный наконечник, нижнюю головку, герметичный корпус. В корпусе размещен блок электроники, пьезопреобразователи из продольно-поляризованных, электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб. Несколько шайб выполнено с электрически изолированными от остальной поверхности шайбы сегментами. Пьезопреобразователи размещены перпендикулярно продольной оси излучателя и выполнены с накладками. Рабочая поверхность накладок контактирует непосредственно с окружающей средой. Пьезопреобразователи электрически и механически независимы друг от друга и размещены с поворотом друг относительно друга на угол от 0 до 180°. Накладки не выступают за образующую цилиндра, описанного вокруг корпуса излучателя. Рабочая поверхность накладок выполнена плоской, или выпуклой, или вогнутой. Корпус, в котором размещены пьезопреобразователи, выполнен из металла в виде цилиндра или многогранного параллелепипеда с узлами герметизации в виде сальниковых устройств. Пьезокерамические шайбы установлены предварительно напряженными (см. патент РФ №2193651, опубл. 27.11.2002).
Недостатками известного устройства являются следующие:
- отсутствие возможности обработки горизонтальных стволов и спуска в эксплуатационную колонну из-за отсутствия НКТ в скважине;
- отсутствие возможности использования устройства в боковых стволах из-за большого диаметра излучателя;
- увеличение времени обработки из-за небольшой длины излучателя;
- отсутствие сплошной акустической волны - излучаются узконаправленные волны;
- низкая проходная способность в искривленных участках скважины при переходе в боковой ствол и в горизонтальный участок.
Кроме того, из уровня техники также известен излучатель акустический скважинный, который содержит пьезопреобразователи из пьезокерамических шайб, расположенные в металлических герметичных корпусах. Пьезопреобразователи попарно размещены в нескольких, не менее двух, несущих корпусах, выдерживающих внешнее скважинное давление, корпусы соединены в единую герметичную конструкцию с помощью металлических катушек, имеющих на концах резьбу и не менее двух уплотняющих элементов радиального типа. При этом пьезопреобразователи имеют на концах изолирующие накладки. Причем накладки выполнены из того же материала, что и пьезокерамические шайбы, пьезопреобразователи размещены в тонкостенной трубке из электроизоляционного материала и имеют внутренний центральный канал для прокладки электрических проводов, проходящих сквозь полые электроизоляционные разрезные втулки, установленные с торцев пьезопреобразователей, которые одновременно служат для центрирования пьезопреобразователей в корпусах. Причем корпусы и катушки имеют внешнюю кольцевую проточку, расположенную симметрично относительно их центра и обеспечивающую дисковидную форму характеристики направленности акустического излучения (см. патент РФ№34406, опубл. 10.12.2003).
Недостатками известного устройства также являются отсутствие возможности обработки горизонтальных и боковых стволов и низкая проходная способность в искривленных участках скважины при переходе в боковой ствол и в горизонтальный участок, а также низкий КПД излучения в радиальном направлении.
Задачей настоящего изобретения является устранение всех перечисленных недостатков.
Технический результат заключается в повышении эффективности воздействия на скважину за счет получения высокого КПД излучения в радиальном направлении и создания сплошной акустической волны, обеспечения обработки горизонтальных и боковых стволов и за счет работы устройства в эксплуатационной колонне без спуска НКТ.
Технический результат обеспечивается тем, что скважинный акустический прибор содержит блок электроники, верхнюю головку, обеспечивающую соединение с контактным устройством под кабельный наконечник, нижнюю головку, канал для электропроводов и соединенные друг с другом в единую конструкцию металлические герметичные корпусы, в которых размещены пьезопреобразователи. Внешняя и внутренняя поверхность каждого корпуса имеет углубления желобообразной формы. При этом в корпусах установлены втулки с прикрепленными к ним гайками, выполненными с возможностью присоединения и фиксации друг к другу двух соседних корпусов с помощью прикрепляемых одновременно к двум гайкам соседних корпусов металлических тросиков. Кроме того, корпусы также соединены друг с другом посредством деталей, образованных заливкой резино-пластиковой композиции в местах стыка с зазором двух соседних корпусов.
В соответствии с частными случаями осуществления настоящее изобретение имеет следующие конструктивные особенности.
Корпусы герметизированы с помощью эластичных прокладок и пробок.
Пьезопреобразователи снабжены резино-металлическими прокладками.
Втулка выполнена с возможностью размещения в ее отверстии пробки и обеспечивает вместе со стяжными винтами скрепление друг с другом пьезопреобразователей и резино-металлических прокладок.
Пьезопреобразователи размещены в каждом корпусе со смещением друг относительно друга на угол 90°.
Сущность настоящего изобретения поясняется иллюстрацией, на которой отображен продольный разрез устройства.
На иллюстрации отображены следующие конструктивные элементы:
1 - скважинное акустическое устройство;
2 - корпус;
3 - пьезопреобразователь;
4 - стяжной винт;
5 - резино-металлическая прокладка;
6 - прокладка;
7 - втулка;
8 - деталь, образованная заливкой резино-пластиковой
композиции;
9 - металлический тросик;
10 - гайка;
11 - электропровода;
12 - соединительный узел;
13 - винт;
14 - гайка;
15 - пробка.
Настоящее устройство 1 включает верхнюю головку, обеспечивающую соединение с контактным устройством под кабельный наконечник, нижнюю головку, соединенные друг с другом в единую конструкцию металлические герметичные корпусы 2, в которых размещены парами пьезопреобразователи 3 со смещением друг относительно друга на угол 90°. Пьезопреобразователи 3 состоят из продольно-поляризованных, электрически соединенных пьезокерамических шайб (по 5 шт. в каждом пьезопреобразователе). Пьезопреобразователи 3 скрепляются между собой стяжными винтами 4 (4 шт.). Между пьезопреобразователями установлены резино-металлические прокладки 5. Для надежной фиксации пьезопреобразователей 3 в корпусе 2 установлены втулки 7, к которым прикреплены стяжные винты 4.
В настоящем устройстве обеспечивается независимая работа каждого пьезопреобразователя 3, размещенного в корпусе 2. Это обусловлено взаимным расположением пьезопреобразователей 3, а также наличием резино-металлических прокладок 5. Такое конструктивное выполнение позволяет повышать избирательность акустического воздействия на скважину, призабойную зону, пласт.
Верхний и нижний корпусы 2 соединяются между собой металлическими тросиками 9 (4 шт.) и деталью 8, образованной резино-пластиковой заливкой места стыка двух корпусов 2 с небольшим зазором. Такое конструктивное выполнение обеспечивает гибкость, что позволяет беспрепятственно проходить искривленные участки скважины. Кроме того, соединение корпусов 2 с помощью металлических тросиков и детали 8 обеспечивает повышение поперечной податливости корпусов 2, что повышает КПД излучения в радиальном направлении. Такое устройство также имеет более длительный срок службы, поскольку наличие гибкого соединения корпусов 2 исключает его разрушение под действием высокого давления в скважине и делает устройство менее хрупким.
Крепление и герметизация корпуса 2 происходят за счет сжатия и расширения в радиальном направлении резиновой прокладки 6 сжимающими гайками 10, которые прикреплены к втулкам 7 (привинчены или приварены). Гаки 10 имеют выступающие части, обеспечивающие прикрепление к ним металлических тросиков 9. Из них выполняется петля (замкнутое соединение), которая одновременно накидывается на выступающие части гаек 10, расположенных в двух соседних корпусах 2.
Пьезокерамические шайбы скрепляются вплотную друг к другу с помощью металлических шайб, винта 13 и гайки 14. Предварительное напряжение пьезокерамических шайб осуществляется с помощью винта 13 и гайки 14. С помощью заданного напряжения возможно настроить частоту резонанса и значение импеданса каждого пьезопреобразователя 3 под необходимые значения в момент сборки.
Дополнительная герметизация и крепление корпусов 2 обеспечивается за счет резино-пластиковой заливки 8 в местах стыка двух соседних корпусов 2.
Электропитание к пьезопреобразователям подается по проводам 11, которые проходят через канал для электропроводов. Пьезопреобразователи 3 подсоединяются к проводам 11 по параллельной схеме. Провода 11 между двумя соседними корпусами 2 соединяются при помощи стандартных геофизических соединительных узлов («пятаков») 12 и заливаются резино-пластиком. Для предотвращения попадания резино-пластика внутрь корпуса 2 в цилиндрические отверстия втулок 7 установлены резиновые пробки 15.
Внешняя и внутренняя поверхность корпуса 2 может иметь углубления желобообразной формы, выполненные фрезерованием по длине корпуса 2 (на рисунке не показано). Наличие таких углублений обеспечивает определенную направленность акустического излучения, а также приводит к поперечной податливости корпуса 2. Такое конструктивное выполнение позволяет получить излучение в радиальном направлении.
Блок электроники герметично соединен с корпусом 2 (на рисунке не показано), предназначен для формирования сигнала с рабочей частотой пьезопреобразователей 3 и для автоматической корректировки параметров работы пьезопреобразователей 3 (частота, напряжение, фазовый сдвиг) непосредственно во время работы в зависимости от результатов обработки в блоке электроники сигналов, снимаемых со встроенных датчиков контроля работы пьезопреобразователей 3.
Корпусные детали скважинного акустического прибора выполнены из нержавеющей стали различных марок (например: 95X18) и алюминиевых сплавов. Шайбы пьезопреобразователей 3 выполнены из керамики ПКР-78. Блок электроники выполнен на общепромышленных элементах.
Настоящее устройство может быть использовано следующим образом.
Полностью смонтированный и соединенный с наземной аппаратурой скважинный акустический прибор 1 подвергают проверке на работоспособность, при этом наземная аппаратура работает в режиме диагностики и выдает сообщение о характере неисправности либо подтверждает возможность работы. После этого его опускают в скважину и включают электропитание.
Промышленное напряжение, после преобразований в наземном блоке (частота, напряжение, сила тока, фазовый сдвиг), через геофизический кабель или шлангокабель подается на скважинный акустический прибор 1. Напряжение, через блок электроники, подается на пьезопреобразователи 3, где, за счет пьезоэффекта, возникают акустические колебания, механическая энергия которых воздействует непосредственно на корпус 2. В свою очередь корпус 2 передает акустическую волну непосредственно в окружающую излучатель среду.
Под действием давления в изолированных от остальной поверхности пьезокерамических шайб сегментах (датчиках давления) возникает электрический сигнал, поступающий в блок электроники, в результате обработки которого происходит корректировка параметров (частота, напряжение, фазовый сдвиг) электрических сигналов, подаваемых на пьезопреобразователи 3, в сторону максимизации акустического воздействия на скважину, призабойную зону, пласт.