Скважинный акустический излучатель

 

О П И С А Н И Е „„O4OiOS

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. спид-ву (22) Заявлено 12. 12. 80 (21) 3217930/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 06. 82. Бк ллетень № 24

Дата опубликования описания 02 . 07 . 82.(51)М. Кл.

G01 V 1/40

Государственный коинтет

СССР но аелзи нзабретеннй и открытнй (53 ) УД 3 5 50. 83 (088. 8) В. Н. Носов, О. Л. Кузнецов, А. А. Дергачев, В. А. Виноградов и Д. А. Крылов

Всесоюзный научно-исследовательский ин титут..ядерной геофизики и геохимии и Производственн объединение

"Ма н г ышла кнеф т ь" (72) Авторы изобретения

{71) Заявители (54) СКВАЖИННЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ са ГЗ).

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 с

5 отложением солей в скважинах.

Известен гидродинамический пластинчатый излучатель, содержащий корпус, мембрану-сопло, выполненное в виде прямоугольной щели в мембране, и выбирающий элемент, установленный на некотором расстоянии от сопла 111.

Недостатками излучателя являются малая акустическая мощность вследствие акустического короткого замыкания в процессе излучения и неустойчивость работы в широком диапазоне давлений потоков жидкости.

Известен многостержневои гидроди"., го нам ический и реобра зова тель, соде ржа— щий отражатель, стержень, сопло-патрубок и контргайки (2 ).

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 корпу3 94 01

Однако для получения большой мощности в режиме излучения необходимо на вход излучателя подавать нефть под большим давлением от наземного нагнетательного насоса, что ограни- 5 чено возможностью возникновения больших акустических потерь в насоснокоспрессорных трубах и необходимостью последующего отсоса этой нефти из скважины. При этом имеют место дополнительные 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- 2о 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 эв 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, 4в что в скважинном акустическом излучателе, содержащем цилиндрический корпус с размещенными на нем активными элементами и элементом крепления к на-. сосно-компрессорной трубе, установлен-

HblH e o H cTopoHbI корпуса, эаглуш". кой, установленной с другой стороны корпуса, и защитный корпус, выполненный,в виде сетки или отрезка рубы 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- >5

ro корпуса, при этом каждая пластина установлена напротив проема, выполненного в цилиндрическом корпусе с заэо06 ром, хвостовик и посадочное место под него выполнены плоскими, центральная вертикальная ось пластины образует с осью цилиндрического корпуса угол в

)-10

Отношение ширины пластины к ее длине лежит в пределах 0,10-0,25.

Пластины расположены на поверхности цилиндрического корпуса рядами, при этом число пластин в каждом ряду определяется из выражения K )3, Р КВ где D„- наружный диаметр цилиндрического корпуса;

1(— коэффициент пропорциональностии, равный 2-3;

 — ширина пластины.

На фиг. 1 изображен излучатель, продольный разрез; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1.

Фланец 1 элемента крепления насосно-компрессорной трубе (НКТ, не показана) соединяется с помощью резьбового или иного соединения с фланцем цилиндрического корпуса 2, в выточке которого размещен защитный корпус выполненный в аиде отрезка трубы с отверстиями или сетки. Пластина 4, имеющая переменную толщину, а если необходимо то и профиль, размещена против проема 5 и закреплена на цилиндрическом корпусе 2 с помощью, например, заклепок б,число которых устанавливается от одной до трех. Крепление пластины 4 осуществлено за хомутик, сечение которого выполнено плоским, а толщина равна от 3 до 5-6 мм. Посадочное место для хомутика выполнено также плоским для получения устойчивого положения и фиксации пластины 4.

Продольная ось пластины образует с продольной осью излучателя угол порядка 3-10 . Проем 5 имеет площадь несколько больше, чем площадь пластины, вследствие чего образуется зазор между кромкой пластины и корпусом, величина которого выбирается, исходя из получения надежной работы в скважинной жидкости, обычно насыщенной твердыми частицами, и должно быть на 5-15l больше самой большой по диаметру частицы. С другой стороны трубчатый корпус закрыт заглушкой

7, закрепленной с помощью реэьбового соединения.

Излучатель может быть выполнен модульным. Один из подсоединенных

5 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- 5 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 мате1о 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 колебаний. Все пластины имеют одинаковые размеры и настроены на одну и ту же рабочую частоту.

На фиг. 2 виды дополнительные конструктивные элементы. В частности, 5 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.

При извлечении нефти или скважинной жидкости из скважины разряжение через НКТ передается в полость отверстия 11 излучателя. 3а счет увеличе- 4о ния давления снаружи излучателя жид-. кость через отверстия или сетку защитного корпуса 3 при обтекании пластины 4 увлекает ее в проем 5 цилинд— рического корпуса 2, преодолевая со15 противление пластины. Как только это произойдет, давление жидкостной струи вблизи пластины уменьшается и благодаря своей упругости пластина 4 воз-. вращается в исходное положение, затем

50 по инерции отклоняется в противоположную сторону и, подхваченная жидкостной струей, вновь входит в проем

5. Движения пластины повторяются до тех пор, пока извлекается скважинная

55 жидкость. При увеличении давления увеличивается амплитуда колебаний пластины, а следовательно, и мощность звука. Увеличение амплитуды происхо-, 6 6 дит до определенного предела (до срыва колебаний), вследствие чего необходимо. устанавливать определенное количество пластин, чтобы получить заданную мощность.. Увеличение амплитуды пластины достигается с помощью увеличения упругости материала, из которого она изготавливается, и правильного выбора толщины. Для работы в жидкости толщина пластины выбирается равной 3-6 мм. Рабочая частота пластины, которая в данном случае представляет собой четвертьволновый вибратор, определяется из формулы

О;1Ь Т, р где 1 — толщина пластины 4;

Н вЂ” длина ее до хомутика;

Е - модуль упругости материала, из которого изготовлена пластина;

Р плотность материала.

Как видно из формулы (1 ), рабочая частота пластины зависит только от геометрических размеров пластины и материала, из которого она выполнена.

Число необходимых пластин для обеспечения заданной мощности, исхо-, дя из дебита данной скважины, опреде.-, ляется из формулы

© = q. ï где Q — дебит скважины в течение 1 с, секундный расход жидкости

П или нефти на одну пластину и зазор в приеме, равный

g q +g- Ь вЂ” „ Рс - (3)

4 и= м ь р а 2-,, где U — скорость истечения жидкости через зазор проема 5;

S — площадь зазора по периметру проема; tt:= 3,14; частота, на которую настроен излучатель;

P - -акустическая мощность, раз" виваемая одной пластиной 4;

С вЂ” скорость распространения звука в скважинной жидкости; плотность скаажинной жидкос", ти.

Полная акустическая мощность, раз- в иваема я из луч а те лем ра в на Ф. P .

Число пластин в одном ряду определяется из выражения t 2т» къ

7 9401 где Э вЂ” наружный диаметр трубчатоI го корпуса 2;

 — ширина пластин, коэффициент пропорциональности равный 2-3. 5

Форма сигнала, излучаемого в скважинное просгранство, синусоидальная, что позволяет получить наибольшую возможность. Одновременно с излучением акустической мощности происходит10 извлечение нефти, разрушаются соли и уменьшается их отложение в НКТ и в скважине. Не требуется дополнительного оборудования для создания какихлибо сигналов ни на поверхности земли, ни в скважине. Излучатель может быть выполнен долговечным и протяжным при увеличении излучаемой мощности за счет добавления модулей 8.

Пластины 4 изготавливаются путем ис 20 пользования штамповки, что гарантирует идентичность пластин, получение одних и тех же резонансной частоты и высокой акустической мощности. Увеличение мощности в режиме излучения И достигает порядка 6 дБ за счет сокращения гидравлических потерь, Формула изобретения

1. 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- щ стиями„ расположенный поверх цилиндрического корпуса, о т л и ч а ю

06 8 шийся тем, что, с целью увеличения мощности излучателя, каждый активный элемент в нел выполнен в виде пластины с переменной толщиной, укрепленной своей центральной частью-хвостовиком на внешней поверхности цилиндрического корпуса, при этом каждая пластина установлена напротив

I проема, выполненного в цилиндрическом корпусе с зазором, хвостоник и посадочное место под него выполнены плоскими, вертикальная ось пластины образует с осью цилиндрического корпуса угол в 3-10

2. Излучатель по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что отношение ширины пластины к ее длине лежит в пределах 0,10-0,25.

3. Излучатель по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что пластины расположены на поверхности цилиндрического корпуса рядами, при этом число пластин в каждом ряду определяется из выражения где Э„ - наружный диаметр цилиндрического корпуса;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, разный 2-3;

В - ширина плстины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP

N 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. Использование в иб рации при добыче нефти. М., Недра", 1 977, с. 49-50 п ротот ип1.

940106

Составитель Н. Журавлева

Редактор Н. Чубелко Техреду K.Èûöüo Коооектоо 10. Макаре к

Заказ 4662/68 Тираж 717 Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Nocxeaz Ж-35 Раушская наб. e. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4