ПЬЕЗОБЛОК ГЕОФИЗИЧЕСКОГО СКВАЖИННОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

Полезная модель относится к технической электроакустике и может найти применение в мощных геофизических излучателях, используемых для предотвращения солеотложения в нефтедобывающем оборудовании и трубопроводах, а также для восстановления дебита скважин и акустического каротажа.
Геофизические скважинные излучатели в силу специфики своей работы имеют обычно цилиндрическую форму [1].
Известны геофизические скважинные излучатели, содержащие заключенные в цилиндрический металлический корпус, заполненный электроизоляционной жидкостью, пьезоблоки, расположенные по оси корпуса [1], [2]. Пьезоблоки таких излучателей, как правило, собраны из плоских пьезокерамических элементов в виде круглых шайб, стянутых для повышения прочности центральной армирующей стяжкой и имеющих накладки на торцах. Такие пьезоблоки работают на продольном пьезоэффекте [1], [2], совершая механические колебания вдоль оси, перпендикулярной плоскости пьезокерамических шайб.
По технической сущности наиболее близким предполагаемому является пьезоблок по патенту [3]. Такой пьезоблок содержит пьезокерамические шайбы, имеющие собственные электроды, нанесенные на их плоские поверхности вжиганием серебра, чередующиеся с тонкими латунными монтажными электродами, конформные собственным электродам пьезокерамических шайб. Шайбы и монтажные электроды склеены между собой в единый стержневой пьезоблок, армированный стяжкой и имеющий на торцах металлические накладки. Монтажные электроды имеют лепестки, выступающие за наружную боковую поверхность пьезоблока. К лепесткам припаяны монтажные провода, соединяющие положительные и отрицательные монтажные электроды в соответствии с полярностью собственных электродов пьезокерамических шайб. Корпус скважинного излучателя выполнен из титанового сплава и заполнен электроизоляционной жидкостью. К недостаткам пьезоблока, работающего на продольном пьезоэффекте, можно отнести следующее. Для эффективного акустического коротажа и облучения продуктивных пластов в зоне перфорации скважины необходимо направленное воздействие в радиальном направлении. Для формирования соответствующей направленности и обеспечения прохождения акустической энергии через стенку корпуса пьезоблоки располагаются вдоль оси корпуса с разными промежутками. Перфорированные участки корпуса располагаются над этими промежутками и соответствуют их длине. Перфорированные участки обычно закрыты навулканизованной на звукопрозрачные участки фтористой резиной или аналогично патенту [4] звукопрозрачными окнами из титанового сплава в виде многогранника. Все это увеличивает массогабаритные размеры, а также риск поломки в жестких условиях эксплуатации.
Такая конструкция является технологически сложной для производства ввиду требования обеспечения электрического контакта по всей высоте столба длиной не менее 1 м. Из-за обеспечения требуемой акустической мощности приходится использовать массивные пьезокерамические элементы, при этом из-за значительной толщины излучатель сам становится переотражателем волн, отразившихся от стенок скважины, что резко ухудшает его нагружаемость, и в конечном итоге приводит к снижению коэффициента полезного действия.
В последнее время к геофизическим излучателям предъявляются жесткие ограничения по радиальному размеру для прохождения излучателя через устьевое оборудование скважины.
Задачей изобретения является создание пьезоблока для скважинного излучателя такой конструкции, которая позволила бы повысить эффективное использование электромеханического преобразования в радиальном направлении и одновременно с этим уменьшить габаритный размер, а также повысить качество электрического монтажа.
Техническим результатом является повышение механической и электрической прочности электрического монтажа пьезоблока пьезоэлементов, его надежности, а также улучшение технологичности его изготовления и как следствие повышение механической и электрической прочности и технологичности всего скважинного геофизического излучателя.
Для решения поставленной задачи в пьезоблок геофизического скважинного излучателя цилиндрической формы, состоящий из пьезокерамических элементов, имеющих собственные электроды, электрический монтаж которых выполнен посредством монтажных электродов, конформных собственным электродам пьезокерамических элементов, соединяющих собственные электроды пьезокерамических элементов одной полярности, введены новые признаки, а именно пьезоблок геофизического скважинного излучателя выполнен в виде секционированного армированного кольца, состоящего из пьезокерамических элементов в виде трапецеидальных призм, склеенных по боковым поверхностям, между которыми установлены монтажные электроды, монтажные лепестки которых выступают за наружную торцевую поверхность секционированного армированного кольца.
Для повышения электрической и механической прочности область электрического монтажа заполнена компаундом, адгезионно связанным с торцевой поверхностью секционированного армированного кольца
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлена конструкция предполагаемого пьезоблока, а на фиг. 2 показана область электрического монтажа, заполненная компаундом.
Пьезоблок (фиг. 1) представляет собой механически единое секционированное кольцо, которое содержит следующие основные детали: пьезокерамические трапецеидальные призмы 1, монтажные электроды с лепестками 2, армирующая стеклонить 3, компаунд 4.
Механическая монолитность и механическая прочность пьезоблока обеспечивается склеиванием деталей 1, 2 и сжатием их с помощью стеклонити 3.
Пьезокерамические трапецеидальные призмы 1, число которых в данном примере выполнения пьезоблока составляет 18 штук, имеют посеребренные боковые поверхности (собственные электроды). Пьезокерамические трапецеидальные призмы предварительно заполяризованы в направлении, перпендикулярном боковым поверхностям. Для обеспечения возбуждения механических колебаний пьезоблока пьезокерамические трапецеидальные призмы в нем установлены так, чтобы их однополярные плоскости электрически контактировали друг с другом через монтажные электроды с лепестками. Контакт обеспечивается либо применением токопроводящего клея, либо путем вкрапления токопроводящего клея в основной клей.
Электрический монтаж в пьезоблоке (фиг. 2) осуществлен с помощью пайки со стороны торцов кольца.
Работа пьезоблока в составе геофизического скважинного излучателя осуществляется следующим образом. Через транзитные провода на пьезоблоки подается электрический сигнал, как правило, гармонического типа. В результате обратного пьезоэффекта пьезоблоки деформируются и начинают совершать механические колебания, адекватные электрическому сигналу. Через звукопрозрачный металлический корпус геофизического скважинного излучателя эти колебания возбуждают колебания внутрискважинного пространства и далее всей геофизической среды.
При работе излучателя лепестки монтажных электродов испытывают значительные механические нагрузки, вызванные силами инерции, особенно в режиме полной мощности. В результате лепестки монтажных электродов могут сломаться, в зазоре возникнет электрическая дуга, продукты горения попадут между положительными и отрицательными электродами пьезокерамического элемента, что вызовет электрический пробой и выход из строя пьезоблока и, следовательно, всего излучателя. Для повышения механической прочности лепестков монтажных электродов область электрического монтажа заполняют компаундом, адгезионно связанным с торцевой поверхностью пьезоблока, как представлено на фиг. 2.
Использование в качестве пьезоблока секционированного кольца позволило уменьшить габаритные размеры излучателя до 42 мм при сохранении высокой акустической мощности, а также увеличить механическую и электрическую прочность пьезоблока и упростить технологию его изготовления. Благодаря предложенной конструкции становится возможным увеличить эффективность геофизических скважинных излучателей за счет работы пьезоблоков преобразователей на радиальных колебаниях.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Патент США № 4305140, кл. H04K 1/44, 1981.
2. Патент РФ № 2047280, кл. 6 H04K 1/44, 1994.
3. Патент США № 3328751, Н. кл. 340-10 (прототип).
4. Патент РФ № 2159516, кл. 7 H04R 1/02, G01V 1/52, 1999.