ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЕМ ЕГО КОЛЕБАНИЙ
VIBRATION GENERATOR AND METHOD OF CONTROL OF ITS VIBRATIONS DIRECTION

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано в генераторе направленных колебаний при выполнении вибрационного воздействия на заводненную нефтяную залежь с поверхности земли с целью ускорения ее восстановления. При этом имеется в виду возможность объединения ряда когерентных, длительно работающих вибровозбудителей в пространственно-распределенные блоки с целью реализации различных стратегий вибрационного воздействия, например - суммирования его на отдельных участках залежи, что предполагает прецизионное управление фазой и направлением колебаний вибровозбудителей в двух плоскостях: в вертикальной и в горизонтальной.
Известен вибровозбудитель с управляемой частотой и направлением колебаний по патенту РФ 2284870, В06В 1/16, опубл. в БИ №28, 2006, содержащий привод вращения валов с дебалансами, состоящий из одного асинхронного двигателя и одной зубчатой ременной передачи, между валами с дебалансами установлена зубчатая передача с передаточным числом, равным единице, изменение направления колебаний вибровозбудителя осуществляется с помощью асинхронного двигателя и цепной передачи, а также валов, вращающихся в подшипниковых опорах, установленных в креплениях вибровозбудителя, в цепи обратной связи установлен датчик вибрации. Таким образом, для управления направлением колебаний вибровозбудителя используется поворот источника вибраций в плоскости, перпендикулярной осям валов с дебалансами, с использованием специального электропривода.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является вибровозбудитель по патенту РФ №2231399, В06В 1/16, опубл. в БИ №18, 2004, содержащий вибромодули, в каждом из которых установлена пара коаксиальных грузовых валов с дебалансами. Каждый вал имеет свой механически независимый привод в виде электродвигателя, соединенного с валом посредством муфты и снабженного диском-носителем кода бесконтактного датчика частоты вращения и фазового угла поворота дебаланса, считывающая головка которого соединена с синхронизующей системой управления вибровозбудителя.
Наличие в каждом вибромодуле двух механически независимых электродвигателей, регулируемых блоками синхронизирующей системы управления, соединенными с датчиками частоты и угла фазового поворота дебалансов, позволяет при встречном вращении валов осуществлять прецизионное программное управление направлением колебаний модуля в плоскости, перпендикулярной оси вращения валов. Таким образом, для управления направлением колебаний вибровозбудителя только в одной плоскости, а именно в плоскости, перпендикулярной оси валов с дебалансами, можно использовать встречное вращение валов и поворот фазы вращения одного из дебалансов.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение прецизионного управления направлением колебаний в двух перпендикулярных плоскостях без применения дополнительного механического привода и непосредственного участия в этом человека, а только за счет свойств самого вибровозбудителя.
Поставленная задача решается тем, что в вибровозбудителе, содержащем пару коаксиальных грузовых валов с дебалансами, каждый вал имеет свой механически независимый привод в виде электродвигателя, соединенного с валом посредством муфты и снабженного диском-носителем кода бесконтактного датчика частоты вращения и фазового угла поворота дебаланса, считывающая головка которого соединена с синхронизующей системой управления вибровозбудителя. При этом грузовые валы с дебалансами горизонтально размещены на вибростоле, установленном на вертикальной оси, оснащенной токосъемником и бесконтактным датчиком угла поворота. Вибростол снабжен электрически управляемым замком, который фиксирует или освобождает его вращение вокруг вертикальной оси.
Схематическое изображение вибровозбудителя приведено на чертеже. Он содержит заглубленный в грунт анкер 1, вибростол 2, установленный на вертикальной оси 3 и оснащенный токосъемником 4, а также бесконтактным датчиком угла поворота 5, электрически управляемый замок 6, коаксиальные валы 7 и 8 с дебалансами 9 и 10, электродвигатели 11, соединенные с валами посредством муфт 12 и оснащенные бесконтактными датчиками частоты вращения и фазового угла поворота дебалансов 13.
Вибровозбудитель работает следующим образом. В исходном положении замок фиксирует вращение вибростола вокруг вертикальной оси, а дебалансы под действием сил тяжести располагаются в крайнем нижнем положении. После включения вибровозбудителя валы с дебалансами вращаются синхронно, в противоположных направлениях, направление колебаний - вертикальное. Для изменения направления колебаний в плоскости, перпендикулярной оси вращения валов с дебалансами, на некоторый угол, в сигналы, управляющие вращением электродвигателя одного из дебалансов, плавно вводят поворот фазы вращения на удвоенный угол. Для изменения направления колебаний в горизонтальной плоскости на катушку замка подают электрический импульс, и он освобождает вращение вибростола. Вращающиеся валы с дебалансами обладают свойствами гироскопов, поэтому они стремятся сохранять пространственные ориентации своих осей вращения. В достаточно высоких широтах северного полушария Земли (а основные российские нефтеносные районы расположены на широтах выше 54 градусов с.ш.), благодаря ее суточному вращению, вибростол с валами, вращающимися вокруг горизонтальных осей, закрепленный на вертикальной оси, стремится поворачиваться вокруг нее в направлении часовой стрелки, со скоростью один оборот в сутки. При этом вибрация способствует существенному снижению трения в подшипниках. Это позволяет обойтись без применения какого-либо дополнительного электромеханического привода. При достижении углом поворота вибростола требуемого значения замок по электрическому сигналу останавливает вращение вибростола.
На время настройки блока вибровозбудителей на определенные зоны залежи в скважины помещают трехкомпонентные датчики вибраций. В дальнейшем ввод фазовых сдвигов в синхронизирующую систему управления электродвигателями и управление работой замков осуществляют программно, с использованием данных, полученных при настройке, и информации, поступающей с бесконтактных датчиков частоты вращения и фазового угла поворота дебалансов, а также датчиков угла поворота вибростолов вокруг вертикальных осей.