RU2244946C1 - Well acoustic emitter - Google Patents
Well acoustic emitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2244946C1 RU2244946C1 RU2003136169/28A RU2003136169A RU2244946C1 RU 2244946 C1 RU2244946 C1 RU 2244946C1 RU 2003136169/28 A RU2003136169/28 A RU 2003136169/28A RU 2003136169 A RU2003136169 A RU 2003136169A RU 2244946 C1 RU2244946 C1 RU 2244946C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoceramic
- plates
- emitter
- acoustic emitter
- piezoceramic plates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для акустического воздействия на продуктивные пласты, в том числе для интенсификации добычи нефти, воды и других текучих сред из скважин.The invention relates to devices for acoustic impact on reservoirs, including for the intensification of oil, water and other fluids from wells.
В настоящее время акустическое воздействие на продуктивные пласты из скважин производится в диапазоне частот от единиц герц до десятков килогерц. При этом практически освоен нижний диапазон частот до одного килогерца и верхний, начиная с десяти килогерц и выше. Для воздействия в нижнем диапазоне частот известен целый ряд приборов, в основном, гидродинамического воздействия, создающих амплитуду давлений до 2 МПа и дающих положительный эффект увеличения дебита скважины (В.П.Дыбленко, Р.Н.Камалов, Р.Я.Шарифуллин, И.А.Туфанов "Повышение продуктивности и реанимация скважин", М. Недра, 2000 г, стр.197-198). Недостаток гидродинамических излучателей состоит в том, что на более высокие частоты разработка их весьма затруднительна из-за самих физических принципов их работы. Кроме того, срок службы таких излучателей не превышает нескольких сотен часов.Currently, acoustic effects on productive formations from wells are performed in the frequency range from units of hertz to tens of kilohertz. In this case, the lower frequency range up to one kilohertz and the upper one, starting from ten kilohertz and above, have been practically mastered. For exposure in the lower frequency range, a number of instruments are known, mainly hydrodynamic, which create a pressure amplitude of up to 2 MPa and give a positive effect of increasing the flow rate of the well (V.P. Dyblenko, R.N. Kamalov, R.Ya. Sharifullin, I .A. Tufanov "Increasing productivity and resuscitation of wells", M. Nedra, 2000, pp. 197-198). The disadvantage of hydrodynamic emitters is that at higher frequencies their development is very difficult due to the physical principles of their work. In addition, the service life of such emitters does not exceed several hundred hours.
Известен эффективный пьезокерамический излучатель, использующий принцип резонансных колебаний в пьезокерамических кольцах и стержнях, работающий на частотах более 10 килогерц (RU №2047280, 1994 г). По сравнению с гидродинамическими излучателями он развивает меньшее давление на своей поверхности.Known effective piezoceramic emitter, using the principle of resonant oscillations in piezoceramic rings and rods, operating at frequencies of more than 10 kilohertz (RU No. 2047280, 1994). Compared with hydrodynamic emitters, it develops less pressure on its surface.
Кроме того, крупным преимуществом пьезокерамических излучателей по сравнению с гидродинамическими является их высокая надежность (более 95%) и большой ресурс активной работы (более 2000 часов).In addition, a major advantage of piezoceramic emitters compared to hydrodynamic ones is their high reliability (more than 95%) and a long resource of active work (more than 2000 hours).
Однако использовать известное конструктивное решение для работы на частотах 1-10 кГц неэффективно, поскольку резонансный диаметр цилиндрического излучателя составит при этом более 150 мм, что превышает габаритные размеры скважины, а резонансная длина одного стержневого модуля - более 200 мм, что не обеспечивает сплошного облучения по толщине продуктивного пласта. При работе на частотах ниже резонанса пьезокерамических колец и стержней их механическое сопротивление существенно увеличивается. При этом акустическая мощность и коэффициент полезного действия снижаются в несколько раз.However, using the well-known constructive solution for operating at frequencies of 1-10 kHz is inefficient, since the resonant diameter of the cylindrical emitter will be more than 150 mm, which exceeds the overall dimensions of the well, and the resonant length of one core module is more than 200 mm, which does not provide continuous irradiation with the thickness of the reservoir. When operating at frequencies below the resonance of piezoceramic rings and rods, their mechanical resistance increases significantly. At the same time, acoustic power and efficiency are reduced several times.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является скважинный акустический излучатель в виде набранных в столб пьезокерамических колец, соединенных электрически параллельно. Кольца установлены на специальных разделительных втулках, нанизанных на центральный металлический стержень, являющийся каркасом излучателя. С торцов излучатель закрыт металлическими крышками. Само пьезокерамическое кольцо склеено из призматических пьезоэлементов, на боковые грани которых нанесены электроды методом вжигания серебра, при этом пьезоэлементы предварительно заполяризованы в направлении, перпендикулярном граням с электродами. Пьезоэлементы в кольце электрически соединены параллельно, т.е. во всех пьезоэлементах вектор поляризации параллелен направлению приложенного электрического поля. В результате, под действием переменного электрического напряжения, подведенного к электродам пьезоэлементов, кольца совершают пульсирующие колебания. Для герметизации от внешней среды боковая поверхность излучателя закрыта резиновым чехлом, герметично скрепленным с торцовыми крышками. Внутренний объем заполнен электроизоляционной жидкостью. Наружная поверхность чехла защищена от механических повреждений перфорированным металлическим кожухом. Собственно излучатель механически соединен с другими функциональными блоками, образующими в целом скважинный прибор для акустического излучения, который через геофизический грузонесущий электрический кабель соединен с наземной аппаратурой питания и управления (Полезная модель РФ №762, 1994 г).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a downhole acoustic emitter in the form of piezoceramic rings dialed into a column, connected electrically in parallel. The rings are mounted on special dividing bushes strung on a central metal rod, which is the frame of the emitter. At the ends, the emitter is closed with metal covers. The piezoceramic ring itself is glued from prismatic piezoelectric elements, on the side faces of which electrodes are deposited by burning silver, while the piezoelectric elements are pre-polarized in the direction perpendicular to the faces with the electrodes. The piezoelectric elements in the ring are electrically connected in parallel, i.e. in all piezoelectric elements, the polarization vector is parallel to the direction of the applied electric field. As a result, under the action of an alternating electric voltage supplied to the electrodes of the piezoelectric elements, the rings make pulsating oscillations. For sealing from the external environment, the side surface of the emitter is closed with a rubber cover hermetically fastened to the end caps. The internal volume is filled with insulating fluid. The outer surface of the cover is protected from mechanical damage by a perforated metal casing. The emitter itself is mechanically connected to other functional blocks that form a whole downhole acoustic radiation instrument, which is connected to the ground power and control equipment through a geophysical load-bearing electric cable (Utility Model of the Russian Federation No. 762, 1994).
Основным недостатком известного излучателя является его малая эффективность при работе в диапазоне средних частот 1-10 кГц. Это объясняется тем, что существующие диаметры скважин не позволяют использовать цилиндрические излучатели на их резонансных частотах, поскольку резонансный размер излучателя оказывается больше размера скважины. Работа же излучателя вне резонанса малоэффективна.The main disadvantage of the known emitter is its low efficiency when operating in the medium frequency range of 1-10 kHz. This is because the existing well diameters do not allow the use of cylindrical emitters at their resonant frequencies, since the resonant size of the emitter is larger than the well size. The operation of the emitter out of resonance is ineffective.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание скважинного акустического излучателя, эффективно работающего в диапазоне средних частот (1-10 кГц), т.е. имеющего частоту механического резонанса в этом диапазоне частот.The problem to which the invention is directed is to create a borehole acoustic emitter that effectively operates in the medium frequency range (1-10 kHz), i.e. having a frequency of mechanical resonance in this frequency range.
Техническим результатом является снижение резонансной частоты скважинного акустического излучателя без увеличения его размеров и обеспечение его высокой эффективности.The technical result is to reduce the resonant frequency of the downhole acoustic emitter without increasing its size and ensuring its high efficiency.
Технический результат достигается за счет того, что скважинный акустический излучатель содержит набор соосно расположенных пьезокерамических преобразователей, соединенных между собой через установочные детали и скрепленных центрирующим стержнем, герметизирующий эластичный кожух с двумя торцовыми крышками, заполненный электроизоляционной жидкостью. Каждый пьезокерамический преобразователь имеет форму правильной прямой многогранной призмы, грани которой выполнены в виде пьезокерамических пластин. Соединение пьезокерамических пластин с установочными деталями выполнено с возможностью осуществления пьезокерамическими пластинами упругих поперечных колебаний. Внутренние объемы пьезокерамических преобразователей и объем, образованный их наружной поверхностью и эластичным кожухом, имеют гидродинамическую связь.The technical result is achieved due to the fact that the downhole acoustic emitter contains a set of coaxially arranged piezoceramic transducers, interconnected through mounting parts and fastened by a centering rod, a sealing elastic casing with two end caps, filled with an insulating fluid. Each piezoceramic transducer has the shape of a regular straight multifaceted prism, the edges of which are made in the form of piezoceramic plates. The connection of the piezoceramic plates with the mounting parts is made with the possibility of the implementation of the piezoceramic plates of elastic transverse vibrations. The internal volumes of piezoelectric transducers and the volume formed by their outer surface and elastic casing have a hydrodynamic connection.
В предпочтительном варианте исполнения соединение пьезокерамических пластин с установочными деталями выполнено по типу "ласточкин хвост".In a preferred embodiment, the connection of the piezoceramic plates with the mounting parts is made according to the dovetail type.
Пьезокерамические пластины набраны по высоте из призматических пьезокерамических элементов прямоугольного поперечного сечения.Piezoceramic plates are arranged in height from prismatic piezoceramic elements of rectangular cross section.
Варьируя длиной пьезокерамических пластин и их толщиной, можно добиться требуемой частоты механического резонанса, поскольку длина и ширина пластины связаны для опертой по двум противоположным краям пластины следующим соотношением (Справочник "Прочность, устойчивость, колебания", под общей редакцией И.А.Биргера и Я.Г.Поновко, т.3, М., 1968):By varying the length of the piezoelectric ceramic plates and their thickness, it is possible to achieve the required frequency of mechanical resonance, since the length and width of the plate are related for the following relationship, which is supported on two opposite edges of the plate (Reference "Strength, Stability, Oscillations", edited by I. A. Birger and I .G. Ponovko, t. 3, M., 1968):
где ƒp - резонансная частота пластины - Гц;where ƒ p is the resonant frequency of the plate - Hz;
спл - скорость продольных волн в пластине - м/с;with PL - the speed of longitudinal waves in the plate - m / s;
hпл - толщина пластины - м;h PL - plate thickness - m;
пл - длина пластины (расстояние между опертыми краями) - м. pl - the length of the plate (the distance between the supported edges) - m.
Этот технический результат недостижим для цилиндрических и стержневых преобразователей, поскольку для первых резонансная частота определяется их диаметром, а для вторых - длиной.This technical result is unattainable for cylindrical and rod transducers, since for the former, the resonant frequency is determined by their diameter, and for the latter, by the length.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:The invention is illustrated graphic materials, where:
на Фиг.1 схематично изображена конструкция скважинного акустического излучателя,figure 1 schematically shows the design of a borehole acoustic emitter,
Фиг.2 - разрез по Б-Б Фиг.1,Figure 2 is a section along BB-1 Figure 1,
Фиг.3 - конструкция уплотнительной пластины,Figure 3 - design of the sealing plate,
Фиг.4 - конструкция установочной детали,Figure 4 - design of the mounting part,
Фиг.5 - разрез по В-В Фиг.4,Figure 5 is a section along bb In Figure 4,
Фиг.6 - пример выполнения пьезокерамической пластины из пьезокерамических призм,6 is an example of a piezoceramic plate made of piezoceramic prisms,
Фиг.7 - вид сбоку на Фиг.6,Fig.7 is a side view of Fig.6,
Фиг.8 - пьезокерамическая призма.Fig - piezoelectric prism.
В целом акустический скважинный излучатель представляет собой следующую конструкцию (Фиг.1). Скважинный акустический излучатель включает пьезокерамические преобразователи 1, каждый из которых представляет собой правильную прямую четырехгранную призму. Грани призмы выполнены в виде прямоугольных пьезокерамических пластин 2. Короткие края пластин 2 вставлены в пазы установочных деталей 3, размещенных между преобразователями 1, а у крайних преобразователей края пластин, обращенные к торцам излучателя, вставлены в пазы установочных деталей 3, совмещенных с торцовыми крышками 4 и 5. Установочные детали 3 у торцов скважинного акустического преобразователя могут быть выполнены и не совмещенными с торцовыми крышками. В пазах края всех пьезокерамических пластин 2 зафиксированы клеем. Установочные детали 3 и крышки 4 и 5 выполнены в виде металлических дисков. Установочные детали 3 и диск 4 имеют центральные отверстия, через которые проходит центрирующий стержень 6. Детали 3 зафиксированы на стержне 6. Конструкция установочной детали 3 с центральным и дополнительными отверстиями для прохода проводов и пазами 7 для фиксации пьезокерамических пластин показана на Фиг.4-5.In General, the acoustic downhole emitter is the following design (Figure 1). The downhole acoustic emitter includes piezoceramic transducers 1, each of which is a regular straight tetrahedral prism. The edges of the prism are made in the form of rectangular
Пьезокерамические пластины 2 установлены так, что между их внутренними вертикальными ребрами имеются зазоры ~2 мм. В эти зазоры плотно вставлены уплотнительные пластины 8 из полимерного материала. Ряд каналов 9 в пластинах 8 обеспечивает гидродинамическую связь между внутренним объемом пьезокерамических преобразователей 1, образованным пьезокерамическими пластинами 2 и наружным объемом, образованным наружной поверхностью пьезокерамических пластин 2 и герметизирующим эластичным кожухом 10.
Вся конструкция стянута гайкой, навинченной на центрирующий стержень 6 с внешней стороны торцевой крышки 4. Гайка установлена с фиксатором от самоотвинчивания.The whole structure is tightened with a nut screwed on the centering rod 6 from the outside of the end cover 4. The nut is installed with a lock against self-unscrewing.
Эластичный звукопрозрачный кожух 10 выполнен из резины или другого полимерного материала. Кожух образует цилиндрическую поверхность, края кожуха герметично соединены с боковыми поверхностями торцовых крышек 4 и 5 помощью клея и силовых бандажей.Elastic soundproof casing 10 is made of rubber or other polymeric material. The casing forms a cylindrical surface, the edges of the casing are hermetically connected to the side surfaces of the end caps 4 and 5 using glue and power bandages.
Электрический монтаж выполнен следующим образом. Все выводы от пьезокерамических пластин в каждом пьезокерамическом преобразователе 1 соединены электрически параллельно. Провода от каждого преобразователя 1 выходят через отверстия в установочных деталях. Преобразователи 1 соединены между собой либо параллельно, либо параллельно-последовательно в зависимости от требуемого импеданса излучателя.Electrical installation is as follows. All conclusions from the piezoceramic plates in each piezoceramic transducer 1 are connected electrically in parallel. Wires from each transducer 1 exit through holes in the mounting parts. The converters 1 are interconnected either in parallel or in parallel-series depending on the desired impedance of the emitter.
Пьезокерамические пластины, совершающие при работе излучателя колебания изгиба конструктивно могут быть выполнены различными известными способами. Ниже описан один из них.Piezoceramic plates performing bending vibrations during operation of the emitter can structurally be performed by various known methods. One of them is described below.
Пьезокерамическая пластина 2 (Фиг.6, 7) склеена из отдельных пьезокерамических призм 11 прямоугольного сечения (Фиг.8). Электропроводящие грани соседних призм, перпендикулярные излучающей поверхности пластины, склеены друг с другом через токопроводящие металлические тонкие пластины-электроды. К конечным пьезоэлементам пластины приклеены фигурные металлические призмы 12, имеющие на конечных боковых гранях шейку и крепление типа “ласточкин хвост”. Ответную форму имеют, соответственно, пазы 7 в установочных деталях 3. Для обеспечения механической прочности пьезокерамической пластины при колебаниях она стянута с усилием по длине пластины рядом жгутов 13 из высокопрочных, обычно полимерных нитей, пропитанных связующим. Жгуты 13 расположены на поверхностях пластины и проходят через пазы в оконечных металлических призмах 12. Возбуждение изгибных колебаний пластины достигается тем, что токопроводящие поверхности 14 пьезокерамических призм 11 (Фиг.8), предварительно поляризованных перпендикулярно этим поверхностям, разделены изоляционной канавкой 15 вдоль длины пьезокерамической призмы 11 (ширины пластины 2), и векторы поляризации на каждой из образованных таким образом половин пьезокерамической призмы взаимно противоположны по направлениям. Все электроды в пластине соединены электрически параллельно, и пластина, таким образом, имеет два вывода.The piezoceramic plate 2 (Fig.6, 7) is glued from individual
Работа скважинного акустического излучателя осуществляется следующим образом: скважинный акустический излучатель в составе скважинного прибора опускают в нефтяную скважину на уровень продуктивного пласта на геофизическом кабеле типа КГ-3. По двум жилам кабеля через кабельный наконечник на вход излучателя подают от наземного генератора зондирующий сигнал. Электрическое напряжение через вклеенные между пьезокерамическими призмами 11 токопроводящие металлические пластины попадает на их электропроводящие грани. Направление векторов поляризации по толщине пьезокерамической призмы выбрано таким образом, что наружная часть призмы 11 (до середины ее толщины) в силу пьезоэффекта расширяется, а внутренняя - сжимается. В результате происходит изгиб пьезокерамических призм 11, и в целом всех пластин 2, например во внешнюю сторону. При смене знака напряжения все произойдет наоборот. Так как края пластины закреплены неподвижно в пазах установочных деталей 3 (или крышек 4 и 5), за счет описанной конструкции концевых металлических призм пластины будут совершать колебания изгиба, приближающиеся по форме к колебаниям шарнирно опертых пластин. Все пластины в излучателе включены синфазно, поэтому все пластины изогнутся в одну сторону, например во внешнюю. При смене фазы напряжения произойдет прогиб во внутреннюю сторону - к центру излучателя. В целом возникшие в скважинном пространстве, заполненном жидкостью, колебания будут близки к тем, какие создает излучатель, набранный из соосно расположенных пульсирующих колец.The operation of a downhole acoustic emitter is as follows: a downhole acoustic emitter as part of a downhole tool is lowered into an oil well at the level of a reservoir on a KG-3 type geophysical cable. A probe signal is supplied from a ground generator through two cable cores through a cable lug to the input of the emitter. The electric voltage through the conductive metal plates glued between the
Частота питающего гармонического электрического напряжения подбирается близкой к частоте механического резонанса пьезокерамических пластин.The frequency of the harmonic supply voltage is selected close to the frequency of the mechanical resonance of the piezoceramic plates.
Акустическое воздействие в частотном диапазоне 1-10 кГц на продуктивный нефтяной пласт позволяет возбудить заметные колебания в нем на расстоянии в несколько десятков метров от скважины, тогда как акустическое воздействие высокими частотами не проникает на расстояние более 1 метра от скважины. Это обстоятельство позволяет получить при работе в среднечастотном диапазоне дополнительный продуктивный эффект.The acoustic impact in the frequency range of 1-10 kHz on the productive oil reservoir allows you to excite noticeable fluctuations in it at a distance of several tens of meters from the well, while the acoustic impact at high frequencies does not penetrate more than 1 meter from the well. This circumstance allows you to get an additional productive effect when working in the mid-frequency range.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003136169/28A RU2244946C1 (en) | 2003-12-16 | 2003-12-16 | Well acoustic emitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003136169/28A RU2244946C1 (en) | 2003-12-16 | 2003-12-16 | Well acoustic emitter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2244946C1 true RU2244946C1 (en) | 2005-01-20 |
Family
ID=34978177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003136169/28A RU2244946C1 (en) | 2003-12-16 | 2003-12-16 | Well acoustic emitter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2244946C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453677C1 (en) * | 2011-02-09 | 2012-06-20 | Сергей Александрович Турко | Acoustic downhole emitter |
WO2015074034A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Green Oilfield Services, Inc. | Acoustic fracturing of rock formations |
RU186060U1 (en) * | 2018-07-04 | 2018-12-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" | SUBMERSIBLE ULTRASONIC UNIT ASSEMBLY, ENSURING THE STABILITY OF OPERATION OF ULTRASONIC EQUIPMENT |
US10253601B2 (en) | 2014-06-10 | 2019-04-09 | Limited Liability Company “Ilmasonik-Science” | Downhole acoustic device for treating the bottomhole regions of oil and gas reservoirs |
-
2003
- 2003-12-16 RU RU2003136169/28A patent/RU2244946C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453677C1 (en) * | 2011-02-09 | 2012-06-20 | Сергей Александрович Турко | Acoustic downhole emitter |
WO2015074034A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Green Oilfield Services, Inc. | Acoustic fracturing of rock formations |
US10253601B2 (en) | 2014-06-10 | 2019-04-09 | Limited Liability Company “Ilmasonik-Science” | Downhole acoustic device for treating the bottomhole regions of oil and gas reservoirs |
RU186060U1 (en) * | 2018-07-04 | 2018-12-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" | SUBMERSIBLE ULTRASONIC UNIT ASSEMBLY, ENSURING THE STABILITY OF OPERATION OF ULTRASONIC EQUIPMENT |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8139443B2 (en) | Underwater sound projector system and method of producing same | |
US5130953A (en) | Submersible electro-acoustic transducer | |
WO1995030912A1 (en) | Flextensional acoustic source for offshore seismic exploration | |
GB2225191A (en) | An underwater acoustical projector | |
CN102169685A (en) | Small sized deepwater underwater sound energy transducer with low frequency and broad band | |
US3527300A (en) | Electro-mechanical transducer for secondary oil recovery and method therefor | |
RU2244946C1 (en) | Well acoustic emitter | |
CN108877756A (en) | A kind of low frequency annulus energy converter of flextensional structure driving | |
US3378075A (en) | Sonic energization for oil field formations | |
CN208133309U (en) | A kind of ultrasonic vibrator | |
US4257482A (en) | Sonic gravel packing method and tool for downhole oil wells | |
US5635685A (en) | Electroacoustic transducer with mechanical impedance transformer | |
RU2304214C1 (en) | Downhole sound emitting device | |
RU2640846C1 (en) | Method and device for recovery of horizontal well production and effect on formation | |
US6491095B2 (en) | Transducers, and methods of producing transducers, with cryogenically treated transducer members | |
US20120213036A1 (en) | Electroacoustic Transducer, in Particular Transmitting Transducer | |
CN102748013B (en) | Low-frequency dipole transmitting transducer | |
CN202042175U (en) | Low-frequency broadband small-size deep water underwater acoustic transducer | |
CN202330735U (en) | Cross dipole transmitting transducer assembly | |
RU2169383C2 (en) | Acoustic borehole radiator | |
RU2453677C1 (en) | Acoustic downhole emitter | |
RU2047280C1 (en) | Acoustic transmitter | |
RU9652U1 (en) | Piezoelectric transducer | |
US2419197A (en) | Electroacoustic transducer | |
RU2205936C2 (en) | Downhole vibrator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20061226 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151217 |