скважинный акустический излучатель

Формула изобретения

1. Скважинный акустический излучатель, содержащий электромеханический вибратор, подключенный к входу вибратора электрический генератор, выполненный с возможностью изменения фазировки возбуждающих вибратор сигналов, средство крепления вибратора к устьевой части скважины, отличающийся тем, что электромеханический вибратор выполнен из двух симметричных одинаковых частей в виде прямоугольных металлических пластин, на противоположных сторонах которых жестко закреплены пьезоэлектрические пластины, имеющие противоположную поляризацию относительно металлических пластин, при этом внешние стороны пьезоэлектрических пластин покрыты со всех сторон герметизирующим слоем влагонепроницаемого материала и соединены электрически между собой и одним из выходов электрического генератора, с другим выходом которого соединены металлические пластины, причем средство крепления вибратора выполнено в виде двух одинаковых симметричных относительно оси скважины частей, образующих жесткий зажим, охватывающий цилиндрическую поверхность элементов устьевой части скважины, а к этим частям зажима с внешних сторон жестко прикреплены части электромеханического вибратора с обеспечением возможности совершения изгибных колебаний относительно средства крепления.

2. Скважинный акустический излучатель по п.1, отличающийся тем, что части зажима средства крепления вибратора выполнены с обеспечением возможности охвата цилиндрической поверхности штока штангового насоса.

3. Скважинный акустический излучатель по п.1, отличающийся тем, что части зажима средства крепления вибратора выполнены с обеспечением возможности охвата цилиндрической поверхности колонны насосно-компрессорных труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения притока нефти и борьбы с образованием отложений солей в скважинах.

Известны скважинные акустические излучатели, предназначенные для ликвидации гидратных, газогидратных и гидратоуглеводородных отложений в нефтяных скважинах, содержащие акустический вибратор, имеющий диаметр, обеспечивающий его прохождение через колонну насосно-компрессорных труб, причем этот вибратор подвешен на кабель-тросе и соединен с электрическим генератором (Патент РФ № 2140519, МПК Е21В 28/00, от 11.03.1998 г.; Патент РФ № 2304214, МПК Е21В 43/25, от 15.02.2006 г.; Патент РФ № 2320851, МПК Е21В 37/00, от 27.07.2006 г.).

Общим недостатком этих устройств является необходимость остановки скважины и разборки штанг глубинного насоса.

Известно устройство скважинного акустического излучателя, содержащее электромеханический вибратор, подключенный к входу вибратора электрический генератор, средство крепления вибратора к колонне штанг глубинного насоса скважины, обеспечивающее воздействие виброакустическими колебаниями на колонну насосных штанг без их разборки (Патент США № 4817712, МПК Е21В 43/25, 04.04.1989 г.)

Это устройство предназначено в основном для разрушения отложений, образующихся в зоне перфорации скважины и не позволяет бороться с отложениями в виде глухих пробок в насосно-компрессорных трубах, когда наличие таких пробок затрудняет или делает невозможным движение колонны насосных штанг.

Известен скважинный акустический излучатель, содержащий электромеханический вибратор, подключенный к входу вибратора электрический генератор, средство крепления вибратора, закрепленное на торце устьевого штока или на его наружной поверхности выше устья скважины. Это устройство обеспечивает воздействие виброакустическими колебаниями на колонну насосных штанг и трубных колонн с отложениями по всему их протяжению (Патент РФ № 2137908, МПК Е21В 37/00, от 10.02.1999 г.).

Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность разрушения отложений в скважине, так как обеспечивается возбуждение виброакустических колебаний только продольного типа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является известный скважинный акустический излучатель, содержащий электромеханический вибратор, подключенный к входу вибратора электрический генератор, средство крепления вибратора к устьевой части скважины, причем электрический генератор выполнен с обеспечением фазировки сигнала возбуждения вибратора, а средство крепления вибратора выполнено в виде шарнира, закрепленного с помощью резьбового соединения к штоку штангового насоса, с обеспечением возможности возбуждения акустических колебаний под углом от 0 до 60 градусов к оси штанги (Патент РФ № 2148151, МПК Е21В 37/00, от 20.05.1999 г.).

В этом устройстве повышена эффективность передачи акустических колебаний в скважину и тем самым скорость разрушения отложений за счет формирования как продольных, так и поперечных колебаний при изменении угла ввода колебаний под разными углами к оси штанги.

Недостатком устройства является низкая эффективность разрушения отложений, обусловленная малым уровнем возбуждаемых акустических колебаний из-за потерь в резьбовых соединениях шарнира, а также из-за возбуждения акустических колебаний только в штанге насоса.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности разрушения отложений за счет увеличения уровня возбуждаемых акустических колебаний и обеспечения возбуждения акустических колебаний как в колонне штанг глубинного штангового насоса, так и непосредственно в колонне насосно-компрессорных труб.

Технический результат достигается за счет того, что в скважинном акустическом излучателе, содержащем электромеханический вибратор, подключенный к входу вибратора электрический генератор, выполненный с возможностью изменения фазировки возбуждающих вибратор сигналов, средство крепления вибратора к устьевой части скважины, электромеханический вибратор выполнен из двух симметричных одинаковых частей в виде прямоугольных металлических пластин, на противоположных сторонах которых жестко закреплены пьезоэлектрические пластины, имеющие противоположную поляризацию относительно металлических пластин, при этом внешние стороны пьезоэлектрических пластин покрыты со всех сторон герметизирующим слоем влагонепроницаемого материала и соединены электрически между собой и одним из выходов электрического генератора, с другим выходом которого соединены металлические пластины, причем средство крепления вибратора выполнено в виде двух одинаковых симметричных относительно оси скважины частей, образующих жесткий зажим, охватывающий цилиндрическую поверхность элементов устьевой части скважины, а к этим частям зажима с внешних сторон жестко прикреплены части электромеханического вибратора с обеспечением возможности совершения изгибных колебаний относительно средства крепления, при этом части зажима средства крепления вибратора выполнены с обеспечением возможности охвата цилиндрической поверхности штока штангового насоса или с обеспечением возможности охвата цилиндрической поверхности колонны насосно-компрессорных труб.

На чертежах (Фиг.1) и (Фиг.2) представлено предлагаемое устройство -соответственно разрез по длине и вид сверху.

Скважинный акустический излучатель содержит электромеханический вибратор 1, подключенный к входу вибратора электрический генератор 2, выполненный с возможностью изменения фазировки возбуждающих вибратор сигналов, средство крепления 3 вибратора к устьевой части скважины, причем электромеханический вибратор 1 выполнен из двух симметричных одинаковых частей в виде прямоугольных металлических пластин 4, средство крепления вибратора выполнено в виде двух одинаковых симметричных относительно оси скважины частей 3, образующих жесткий зажим, охватывающий цилиндрическую поверхность элементов 5 устьевой части скважины (полированного штока колонны штанг штангового глубинного насоса или наземного патрубка колонны насосно-компрессорных труб), а к этим частям зажима 3 с внешних сторон жестко закреплены части электромеханическог вибратора 1 с обеспечением возможности совершения изгибных колебаний. На противоположных сторонах металлических прямоугольных пластин 4 жестко закреплены пьезоэлектрические пластины 6, имеющие противоположную поляризацию относительно металлических пластин, причем внешние стороны пьезоэлектрических пластин 6 покрыты со всех сторон герметизирующим слоем 7 влагонепроницаемого материала и соединены электрически между собой и одним из выходов электрического генератора 2, с другим выходом которого соединены металлические пластины. Крепление металлических пластин 4 с пьезоэлектрическими пластинами 6 осуществляется с помощью клея, а с частями зажима 3 - с помощью болтов 8, а крепление частей зажима 3 к цилиндрической поверхности 5 штанги насоса или колонны насосно-компрессорных труб осуществляется с помощью болтов 9.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на электроды пьезоэлектрических пластин 6 электромеханического вибратора 1 электрических сигналов с генератора 2 на резонансной частоте вибраторы 1 начинают совершать изгибные колебания на этой частоте. Если сигналы подаются в одной фазе и с одинаковой амплитудой, то биморфные пластины изгибаются симметрично одновременно вверх и одновременно вниз. При этом на место крепления 3 пластин к трубе 5 действует переменная сила с частотой колебаний электромеханических вибраторов 1, направленная параллельно оси, возбуждая в трубе продольные колебания. При изменении фазы колебаний генератора 2 между вибраторами появляется поперечная оси патрубка 5 составляющая колебаний, вызывающая изгибные колебания полированного штока или патрубка, которые через конструктивные элементы наземного оборудования передаются в колонну насосных штанг или колонну насосно-компрессорных труб. Под действием этих колебаний в вязкой среде налипших на поверхности штанг и труб отложений возникают сдвиговые колебания, распространяющиеся по нормали к поверхности штанг и насосно-компрессорных труб. Скорость вязких волн очень мала - единицы метров в секунду, и поэтому даже на очень низких частотах они очень короткие и составляют единицы или доли миллиметров, аккумулируя благодаря большой теплоемкости и малой теплопроводности в тонком слое вязкой среды небольшую и безвредную для скважинного оборудования энергию вводимых акустических колебаний в штангу (трубу), нагревая этот тонкий слой настолько, что между трубой и массой отложений образуется тонкая жидкая и скользкая пленка, благодаря которой эта масса отрывается от стенки и начинает движение вместе с потоком нефти. При этом увеличивается проходное сечение насосно-компрессорных труб и повышается отдача скважины без ее разборки за счет увеличения уровня возбуждаемых акустических колебаний и возбуждения продольных и изгибных акустических колебаний как в штанге насоса, так и непосредственно в колонне насосно-компрессорных труб.