RU54973U1

RU54973U1 - DEVICE FOR ULTRASONIC INFLUENCE ON THE WALLS OF THE ARTESIAN WELL

Info

Publication number: RU54973U1
Application number: RU2006105776/22U
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Абрамов; Владимир Олегович Абрамов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Виатех"
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Техническое решение относится к области эксплуатации буровых скважин, в частности к средствам акустического воздействия на стенки артезианской скважины, и может быть использовано также при добыче нефти и газа. Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение энергетических потерь в питающем кабеле. Поставленная задача в устройстве для термоакустического воздействия на стенки артезианской скважины, включающем акустический излучатель, образованный, параллельно включенными, ультразвуковым преобразователем 15 и электронагревателем 14, высокочастотный генератор 4 и питающий кабель 11, соединяющий акустический излучатель с высокочастотным генератором, достигается за счет того, что акустический излучатель дополнительно снабжен умножителем частоты 13, который подключен к питающему кабелю 11 между электронагревателем 14 и высокочастотным генератором 4. Решению поставленной задачи способствует также и то, что, что умножитель частоты выполнен в виде, преимущественно, двухполупериодного диодного выпрямителя 16и при этом его вход подключен к высокочастотному генератору 4, а выход - к электронагревателю 14 и ультразвуковому преобразователю 15. 2 з.п. ф-лы 3 илл.The technical solution relates to the field of operation of boreholes, in particular to acoustic means on the walls of an artesian well, and can also be used in oil and gas production. The technical problem to which the utility model is directed is to reduce energy losses in the power cable. The object of the invention is a device for thermoacoustic impact on the walls of an artesian well, including an acoustic emitter formed by parallel-connected ultrasonic transducer 15 and electric heater 14, a high-frequency generator 4 and a power cable 11 connecting the acoustic emitter to the high-frequency generator, due to the fact that the acoustic the emitter is additionally equipped with a frequency multiplier 13, which is connected to the supply cable 11 between the electric heater 14 and the high-frequency generator 4. The task is also facilitated by the fact that the frequency multiplier is made in the form of, mainly, a half-wave diode rectifier 16 and its input is connected to a high-frequency generator 4, and the output to an electric heater 14 and an ultrasonic transducer 15. 2 h. P. f-ly 3 ill.

Description

Техническое решение относится к области эксплуатации буровых скважин, в частности к средствам акустического воздействия на стенки артезианской скважины, и может быть использовано также при добыче нефти и газа.The technical solution relates to the field of operation of boreholes, in particular to acoustic means on the walls of an artesian well, and can also be used in oil and gas production.

Известно устройство для акустического воздействия на нефтяной пласт, обеспечивающее увеличение притока нефти из скважины, в котором источник акустического воздействия представляет собой гидравлический вибратор, установленный в зоне перфорации скважины [1].A device for acoustic impact on the oil reservoir, providing an increase in oil flow from the well, in which the source of acoustic impact is a hydraulic vibrator installed in the perforation zone of the well [1].

Недостаток этого устройства заключается в том, что его вибратор работает на частоте нескольких сотен герц, в результате чего в скважине происходит отслоение цементного камня.The disadvantage of this device is that its vibrator operates at a frequency of several hundred hertz, as a result of which a detachment of cement stone occurs in the well.

Известно также устройство для акустического воздействия на стенки скважины, включающее магнитострикционный преобразователь, установленный в зоне перфорации скважины, электронный генератор и, соединяющий их, питающий кабель [2].A device for acoustic impact on the walls of the well is also known, including a magnetostrictive transducer installed in the zone of perforation of the well, an electronic generator and a power cable connecting them [2].

Недостатком этого устройства, работающего в ультразвуковом диапазоне частот, является наличие больших энергетических потерь, составляющих до 5% от мощности электронного генератора.The disadvantage of this device, operating in the ultrasonic frequency range, is the presence of large energy losses, up to 5% of the power of the electronic generator.

Кроме этого, известно устройство для термоакустического воздействия на стенки скважины, которое включает, соединенные между собой посредством питающего кабеля, высокочастотный электронный генератор и акустический излучатель, состоящий из магнитострикционного преобразователя и электронагревателя [3].In addition, it is known a device for thermo-acoustic impact on the walls of the well, which includes, interconnected by means of a power cable, a high-frequency electronic generator and an acoustic emitter consisting of a magnetostrictive transducer and an electric heater [3].

Данное устройство по своей технической сущности и результату, достигаемому при его использовании, является наиболее близким к предлагаемому и принято в качестве прототипа.This device in its technical essence and the result achieved when using it, is the closest to the proposed and adopted as a prototype.

Недостаток этого устройство заключается в больших (до 50% от мощности генератора) энергетических потерях в питающем кабеле, взаимосвязывающим наземную и скважинную части устройства.The disadvantage of this device is the large (up to 50% of the generator power) energy losses in the supply cable, interconnecting the ground and borehole parts of the device.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная The technical problem to which the proposed useful

модель, является уменьшение энергетических потерь в питающем кабеле.model, is to reduce energy losses in the power cable.

Поставленная задача в устройстве для термоакустического воздействия на стенки артезианской скважины, включающем акустический излучатель, образованный, параллельно включенными, ультразвуковым преобразователем и электронагревателем, высокочастотный генератор и питающий кабель, соединяющий акустический излучатель с высокочастотным генератором, достигается за счет того, что акустический излучатель дополнительно снабжен умножителем частоты, который подключен к питающему кабелю между электронагревателем и высокочастотным генератором.The problem in the device for thermoacoustic impact on the walls of an artesian well, including an acoustic emitter formed by parallel-connected ultrasonic transducer and electric heater, a high-frequency generator and a power cable connecting the acoustic emitter with a high-frequency generator, is achieved due to the fact that the acoustic emitter is additionally equipped with a multiplier frequency that is connected to the power cable between the electric heater and the high-frequency generator m.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что, что умножитель частоты выполнен в виде, преимущественно, двухполупериодного диодного выпрямителя и при этом его вход подключен к высокочастотному генератору, а выход - к электронагревателю и ультразвуковому преобразователю.The task is also facilitated by the fact that the frequency multiplier is made in the form of, mainly, a half-wave diode rectifier and at the same time its input is connected to a high-frequency generator, and the output to an electric heater and an ultrasonic transducer.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:The proposed utility model is illustrated by drawings:

на фиг.1 - представлена функциональная схема устройства;figure 1 - presents a functional diagram of the device;

на фиг.2 - изображен вариант выполнения умножителя частоты, нагруженного на пьезоэлектрический преобразователь;figure 2 - shows an embodiment of a frequency multiplier loaded on a piezoelectric transducer;

на фиг.3 - изображен вариант выполнения умножителя частоты, нагруженного на магнитострикционный преобразователь.figure 3 - shows an embodiment of a frequency multiplier loaded on a magnetostrictive converter.

Устройство для термоакустического воздействия на стенки артезианской скважины, которое через средство коммутации 1 подключено к промышленной сети переменного тока частотой 50 Гц, создано на базе электромашинного генератора высокой частоты типа ВПЧ8000-12, образованного электродвигателем 2, и соединенного с ним через вал 3 генератором высокой частоты 4. Выход высокочастотного генератора нагружен на согласующее устройство 5 и на питающий The device for thermoacoustic impact on the walls of an artesian well, which is connected via a switching means 1 to an industrial AC network with a frequency of 50 Hz, is based on a high-frequency electric machine generator type VPCh8000-12, formed by an electric motor 2, and connected to it through a shaft 3 by a high-frequency generator 4. The output of the high-frequency generator is loaded on the matching device 5 and on the supply

кабель, который намотан на кабельный барабан 6 и через подвеску 7 и ролик 8 опущен в скважину 9, пересекающую водонесущий пласт 10. Выход кабеля 11 подключен к электрическому разъему 12 скважинного снаряда, в котором размещены умножитель частоты 13, электронагреватель 14 (ТЭН) и ультразвуковой преобразователь 15.a cable that is wound on a cable drum 6 and through a suspension 7 and a roller 8 is lowered into a well 9 intersecting the water-bearing layer 10. The output of the cable 11 is connected to the electrical connector 12 of the downhole tool, in which a frequency multiplier 13, an electric heater 14 (TEN), and an ultrasonic transducer 15.

В общем случае умножитель частоты может быть выполнен по любой из известных одно или двухполупериодных схем выпрямителей на диодах, лампах, тиристорах или других нелинейных элементах. На фиг.2 представлен выпрямительный диодный мост 16, который своим входом через зажимы А и Б, подключен к электрическому разъему 12, а своим выходом - к электронагревателю 17 и пьезоэлектрическому преобразователю 18. На фиг.3 показан вариант использования умножителя частоты 16 такого же типа, но уже с магнитострикционным преобразователем 19, который в процессе своей работы одновременно с созданием акустической мощности Р производит и излучение тепловой Q энергии.In the General case, the frequency multiplier can be made according to any one of the known one or two-half-wave rectifier circuits on diodes, lamps, thyristors or other nonlinear elements. Figure 2 shows the rectifier diode bridge 16, which is connected via its input through terminals A and B to an electrical connector 12, and by its output to an electric heater 17 and a piezoelectric transducer 18. Figure 3 shows an example of using a frequency multiplier 16 of the same type , but already with a magnetostrictive transducer 19, which in the course of its work simultaneously with the creation of acoustic power P produces radiation of thermal Q energy.

Предлагаемое устройство эксплуатируется следующим образом. Предварительно скважинный снаряд опускают в зону водонесущего пласта 10, а затем на высокочастотный генератор 4 через средство коммутации 1 подают электрическую энергию от сети промышленной частоты 50 Гц, которую он и преобразует в энергию высокой частоты вдвое, втрое и более раз меньшую, нежели резонансная частота ультразвукового преобразователя 15. По питающему кабелю 11 напряжение пониженной частоты передается через электрический разъем 12 на вход умножителя частоты, представляющего собой в простейшем случае выпрямительный мост 16 (фиг.2 и 3), выход которого нагружен на электрический нагреватель 17 и на ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (фиг.2) или на ультразвуковой магнитострикционный преобразователь. В последнем случае (фиг.3) постоянная The proposed device is operated as follows. Previously, the downhole tool is lowered into the zone of the water-bearing formation 10, and then to the high-frequency generator 4, through the switching means 1, electric energy is supplied from a 50 Hz industrial frequency network, which it converts into high-frequency energy twice, three times or more than the resonant frequency of the ultrasonic the Converter 15. On the power cable 11, the voltage of low frequency is transmitted through the electrical connector 12 to the input of the frequency multiplier, which in the simplest case is a rectifier bridge 16 (figure 2 and 3), the output of which is loaded on an electric heater 17 and on an ultrasonic piezoelectric transducer (figure 2) or on an ultrasonic magnetostrictive transducer. In the latter case (figure 3) constant

составляющая тока выпрямителя одновременно является и током подмагничивания для магнитострикционного преобразователя, который в данном случае выполняет и функцию электронагревателя, поскольку его электроакустический КПД не является достаточно высоким и составляет всего 10-15%.the rectifier current component is also the magnetization current for the magnetostrictive transducer, which in this case also performs the function of an electric heater, since its electro-acoustic efficiency is not high enough and amounts to only 10-15%.

Система питающий кабель 11 - акустический излучатель, состоящий из последовательно включенных электронагревателя 14 и ультразвукового преобразователя 15, представляет собой делитель напряжения. Полное сопротивление питающего кабеля 11 является комплексной величиной, возрастающей с частотой выходного напряжения генератора 4. Поэтому для уменьшения влияния полного сопротивления питающего кабеля необходимо снижать частоту генератора. Возможность уменьшения рабочей частоты генератора достигается с помощью установки в скважинном снаряде умножителя частоты 13, позволяющего в случае использования выпрямителя, представленного на фиг.2 и 3, получить не только умножение частоты напряжения питания акустического излучателя 15, но и получить постоянную составляющую для питания электронагревателя 14. Однако, как показывают результаты экспериментов, умножение частоты более чем в 4 раза оказывается нерациональным в связи с большим уменьшением мощности высокочастотных гармоник в выпрямленном напряжении генератора. Практически слишком большое увеличение частоты и не требуется и является даже вредным в связи с ростом затухания звука в горной породе при увеличении частоты и ограничением радиуса озвучиваемого пространства подвергаемого термоакустическому воздействию. С точки зрения снижения энергетических потерь выгодно повышать величину выходного сопротивления акустического излучателя, что более легко осуществимо при использовании пьезокерамических преобразователей, которые к тому же имеют гораздо больший электроакустический КПД, в сравнении с магнитострикционными The system of the power cable 11 is an acoustic emitter, consisting of a series-connected electric heater 14 and an ultrasonic transducer 15, is a voltage divider. The impedance of the supply cable 11 is a complex value that increases with the frequency of the output voltage of the generator 4. Therefore, to reduce the influence of the impedance of the supply cable, it is necessary to reduce the frequency of the generator. The ability to reduce the operating frequency of the generator is achieved by installing a frequency multiplier 13 in the borehole projectile, which allows, when using the rectifier shown in FIGS. 2 and 3, to obtain not only a multiplication of the frequency of the supply voltage of the acoustic emitter 15, but also to obtain a constant component for powering the electric heater 14 However, as the experimental results show, frequency multiplication by more than 4 times turns out to be irrational due to a large decrease in the power of high-frequency harmonics in rectified generator voltage. Almost too large a frequency increase is not required and is even harmful due to the increase in sound attenuation in the rock with increasing frequency and limiting the radius of the voiced space subjected to thermoacoustic effects. From the point of view of reducing energy losses, it is advantageous to increase the output impedance of the acoustic emitter, which is more easily feasible using piezoceramic transducers, which also have a much greater electro-acoustic efficiency, compared to magnetostrictive

преобразователями, что и приводит к выравниванию между собой долей акустического и термического воздействия.converters, which leads to equalization among themselves of the share of acoustic and thermal effects.

Как показывают эксперименты, при удвоении частоты использование умножителя частоты позволяет получить снижение энергетических потерь в питающем кабеле на 20-25%, что, в свою очередь, при эксплуатации на скважине комплекса типа ВАТ-1, приводит к снижению потребляемой мощности с 60 до 45 кВт.As experiments show, when frequency is doubled, the use of a frequency multiplier allows one to obtain a reduction in energy losses in the supply cable by 20–25%, which, in turn, when a BAT-1 complex is used in a well, leads to a decrease in power consumption from 60 to 45 kW .

Таким образом, введение умножителя частоты в термоакустический излучатель позволяет получить энергетический выигрыш за счет уменьшения потребляемой электроэнергии, а выполнение умножителя частоты в виде выпрямителя, в свою очередь, позволяет получить простое и надежное решение поставленной задачи.Thus, the introduction of a frequency multiplier into a thermoacoustic emitter makes it possible to obtain an energy gain by reducing the consumed electric power, and the implementation of a frequency multiplier in the form of a rectifier, in turn, allows one to obtain a simple and reliable solution to the problem.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы полезной модели:Sources of information taken into account when drawing up the description and formulas of the utility model:

1. Гадиев С.М. Использование вибраций в добыче нефти. М., «Недра», 1977.1. Gadiev S.M. Use of vibrations in oil production. M., "Nedra", 1977.

2. Макаров В.Н. и др. Первые результаты применения ультразвука в борьбе с отложением солей в нефтепромысловом оборудовании на Шаимском месторождении. "Нефтепромысловое дело". М., ВНИИОЭНТ, 1978, №6, с.23.2. Makarov V.N. et al. The first results of the use of ultrasound in the fight against salt deposition in oilfield equipment at the Shaim field. "Oilfield business." M., VNIIOENT, 1978, No. 6, p.23.

3. Шейнман А.Б. Фильтрация, теплоперенос и нефтегазоотдача в сложных пластовых системах. М., «Наука», 1978, с.10-13.3. Sheinman A.B. Filtration, heat transfer and oil and gas recovery in complex reservoir systems. M., "Science", 1978, p.10-13.

Claims

1. Device for ultrasonic treatment of the walls of an artesian well, comprising an acoustic emitter formed in parallel by an ultrasonic transducer and an electric heater, a high-frequency generator and a power cable connecting the acoustic emitter to a high-frequency generator, characterized in that the acoustic emitter is additionally equipped with a frequency multiplier, which connected to a power cable between the electric heater and the high-frequency generator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the frequency multiplier is made in the form of, mainly, a half-wave diode rectifier.

3. The device according to claim 2, characterized in that the input of the rectifier is connected to a high-frequency generator, and the output to an electric heater and an ultrasonic transducer.