專利名稱：石油采油井壓電式聲波換能器的制作方法
技術領域：
本實用新型為石油采油井壓電式聲波換能器，適用于聲波一超聲波采油系統(tǒng)，可提高油井特別是中晚期油井的回采率，屬于壓電式聲波換能器制造技術領域。
石油開采過程中，如何提高回采率，一直是人們關注的課題。這一點對中、晚期油井尤為重要。目前雖然采用了地層壓裂、化學驅油等新技術，但其耗資大、成本高，并且具有損壞油井的作用。因此，尚不能普遍采用。
據《采油技術簡訊》(1987年第3期)介紹，超聲技術已應用于增加石油產量、防蠟、除垢、堵水、酸化、降粘，還可促進水淹的油、水自然分異過程，使油井恢復生產，提高采收率。聲波采油系統(tǒng)中的關鍵部分是聲波換能器。蘇聯(lián)研制并已投入使用的磁致伸縮式油井聲波換能器(或稱輻射器)，是利用鎳及其合金在變化的磁場中可發(fā)生體積變化的特性而制成的一種換能器。這種換能器的電聲轉換率較低，一般為15～30％，而且制造工藝復雜，因此，在實際使用中受到一定限制。目前蘇聯(lián)研制的電聲轉換效率高的換能器首推壓電式陶瓷聲波換能器，據稱它的電聲轉換效率可達50％以上。但是，在國內外的出版物中未發(fā)現壓電式聲波換能器的技術公開資料。本實用新型采用壓電陶瓷管作為發(fā)聲元件，它是利用鋯鈦酸鉛壓電材料在變化的電場中可發(fā)生體積變化的特性并采用特殊結構設計而制成的一種聲波換能裝置。本換能器的電聲轉換率為50～70％，最大發(fā)射聲強為1.5W／cm2，發(fā)射頻率為18～35kHz。同我國已使用的圓柱狀水聲壓電換能器比較，本實用新型可工作在100～150℃和數百個大氣壓的環(huán)境中，而圓柱狀水聲壓電換能器只能工作在60℃以下的環(huán)境中。而且本實用新型可在空化狀態(tài)下工作，而水聲換能器是在非空化狀態(tài)下工作。
本實用新型的目的是提供一種具有特殊結構設計的上接頭、發(fā)聲體、下接頭三個部分組成的適于與鎧裝電纜連接使用的石油采油井壓電式聲波換能器，該換能器具有電聲轉換率高，發(fā)射聲場強等特點，采用這種換能器對提高中晚期油井的石油回采率、降低石油粘度、防止石油結蠟等具有重要作用。
本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型由設置在具有同心軸的上接頭、發(fā)聲體和下接頭三個部分組成，其特征是上接頭部分由起外套作用的連接外套筒、沿軸向并設于其內的可用外接的鎧裝電纜插入的電纜接頭、起壓緊鎧裝電纜鎧裝層的電纜壓塊和電纜壓緊座、設于電纜壓緊座內的插針緊固環(huán)、插針支架和插針、一端與連接外套筒相連接，而另一端與發(fā)聲體部分相連接的轉換接頭、沿軸向并設于轉換接頭內的插孔支架、插孔座、用絕緣材料制成的插孔緊固環(huán)、可將發(fā)聲體部分的一端與轉換接頭連接的外壓緊套、起密封作用和緊定連接作用的位于外壓緊套上的緊定螺釘、設于外壓緊套與氟橡膠套管之間的內襯環(huán)、設于連接外套筒與電纜接頭之間的紫銅墊環(huán)等所組成，在該上接頭部分的電纜壓緊座內的插針緊固環(huán)、插孔緊固環(huán)的空間處灌注有環(huán)氧密封膠，發(fā)聲體部分由管壁上鉆有若干通孔的內支承管、沿內支承管外壁軸向設有鎖緊塊、金屬墊塊、電感、鎖緊環(huán)、緊定螺釘、由橡膠材料制成的耦合墊片、聚四氟乙烯內襯和等間隔相嵌在聚四氟乙烯內襯上的外壁有環(huán)氧玻璃纖維繞層的壓電陶瓷管、聚四氟乙烯墊片、金屬墊片和設于最外層起外套和透聲作用的氟橡膠套管等所組成，下接頭部分由可與內支承管螺紋配合的緊固頭、可與緊固頭螺紋連接的導向頭、與緊固頭配合的螺栓、設于螺栓與緊固頭之間起密封作用的O型密封圈等所組成，在上述的氟橡膠套管內充滿有甲基硅油，插孔座與電感之間設有可穿過內支承管管壁的電連接導線，電感的另一端與其相鄰壓電陶瓷管的正極電連接，各壓電陶瓷管可以為并聯(lián)電連接，也可以為并串聯(lián)式電連接，在電感相鄰的一個壓電陶瓷管的負極與設于內支承管外壁上的金屬墊片電連接。
使用本實用新型時，是將其插針與作為電信號傳輸用的鎧裝電纜的纜芯焊接牢固，插針再插入插針孔座內，鎧裝電纜的鎧裝層由電纜壓塊和電纜壓緊座所牢固壓緊。壓緊作用是通過電纜接頭的上端內壁與電纜壓緊座的上端的螺紋緊配合迫使電纜壓塊靠近電纜壓緊座而實現的，同時，連接外套筒與轉換接頭的螺紋配合又可迫使電纜接頭緊固壓緊電纜壓塊。由于本換能器的電纜壓塊、金屬墊片、電纜壓緊座、支管內承、鎖緊環(huán)、金屬墊片，由可導電的金屬材料制作而成，它們共同因相互接觸而成為一個電導體，而金屬墊片又與壓電陶瓷管的負極電連接，因此，當外接鎧裝電纜有聲一超聲波電信號輸入時，通過插針、針孔座、電感器到壓電陶瓷管，再通過上述金屬元件到外接鎧裝電纜鎧裝層，便可形成一個電的回路。此時，壓電陶瓷管受電信號作用產生聲一超聲波的機械形變振動，這種振動通過起耦合作用的甲基硅油和具有透聲功能的氟橡膠套管沿垂直于換能器軸線方向的徑向四周的液體介質輻射。這種聲一超聲波振動可引起周圍介質產生一些特殊的生物和化學效應，以及機械和熱效應，對附近的巖層產生一定的破壞作用，對原油起到防蠟、除垢、降粘作用和疏導油水的作用。
本實用新型具有如下特點和優(yōu)點它可在約2000米的井下工作，可承受100～150℃的環(huán)境溫度和250±50大氣壓的環(huán)境壓力，其工作頻率為18～35kHz，最大發(fā)射聲強為1.5W／cm2，電聲轉換效率為50～70％，它特別適于中、晚期油井使用，可提高石油井原油回采率不低于10％。此外，還可用于油、氣集輸管線，可提高油氣的輸導能力。予計油井采用本實用新型，配合聲波一超聲波電信號發(fā)生機和鎧裝電纜使用，可產生1100～200的投資效能比，對我國油田的進一步開發(fā)利用，具有重要作用。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明


圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為壓電陶瓷管為并聯(lián)連接的本實用新型電路示意圖；圖3為壓電陶瓷管為并串聯(lián)連接的本實用新型電路示意圖。
圖中，1為電纜接頭，2為紫銅墊環(huán)，3為連接外套筒，4為電纜壓塊，5為金屬墊片，6為電纜壓緊座，7為插針緊固環(huán)，8為插針支架，9為插針，10為插孔支架，11為插孔座，12為插孔緊固環(huán)，13為緊定螺釘，14為內襯環(huán)，15為外壓緊套，16為轉換接頭，17為鎖緊塊，18為金屬墊塊，19為電感，20為鎖緊環(huán)，21為緊定螺釘，22為去耦墊片，23為聚四氟乙烯內襯，24為壓電陶瓷管，25為環(huán)氧玻璃纖維纏繞層，26為聚四氟乙烯墊片，27為金屬墊片，28為內支承管，29為氟橡膠套管，30為緊固頭，31為導向頭，32為O型密封圈，33為螺栓，34為信號電源，35為電感，36為壓電陶瓷管，37為信號電源，38為電感。
本實用新型由上接頭、發(fā)聲體和下接頭三個部分組成，具有同心軸，為圓柱形的外形結構。上接頭部分由40Cr材料制成的電纜接頭(1)、紫銅墊環(huán)(2)、由35CrMo材料制成的連接外套筒(3)、由40Cr材料制成的電纜壓塊(4)、由40Cr材料制成的金屬墊片(5)、由40Cr材料制成的電纜壓緊座(6)、由聚四氟乙烯塑料制成的插針緊固環(huán)(7)和插針支架(8)、由鈹青銅材料制成的插針(9)、由聚四氟乙烯塑料制成的插孔支架(10)、由鈹青銅材料制成的插孔座(11)、由聚四氟乙烯塑料制成的插孔緊固環(huán)(12)、由A3金屬材料制成的緊定螺釘(13)、由聚四氟乙烯塑料制成的內襯環(huán)(14)、由40Cr材料制成的外壓緊套和轉換接頭(16)等所組成，在電纜壓緊座(6)內的插針緊固環(huán)(7)、插針支架(8)和插針(9)的空間處灌注有環(huán)氧密封膠，發(fā)聲體部分由40Cr材料制成的鎖緊塊(17)和金屬墊塊(18)、由多股絕緣耐溫銅線繞制而成的電感量約為0.1～1mH的電感(19)、由A3金屬材料制成的緊固螺釘(21)、由40Cr材料制成的鎖緊環(huán)(20)、由氟橡膠制成的去耦墊片(22)、聚四氟乙烯內襯(23)、外表設有環(huán)氧玻璃纖維繞層(25)的PZT－8型號的壓電陶瓷管(24)、聚四氟乙烯墊片(26)、由40Cr材料制成的金屬墊片(27)、由1Cr18Ni9Ti材料制成的管壁上鉆有多個通孔的內支承管(28)、氟橡膠套管(29)等所組成，在氟橡膠套管(29)內灌滿有甲基硅油，在下接頭部分由40Cr材料制成的與上接頭部分外壓緊套(15)相同的一個外壓緊套、由40Cr材料制成的緊固頭(30)、導向頭(31)、由氟橡膠制成的O型密封圈(32)、由40Cr材料制成的螺栓(33)等所組成。上接頭部分與發(fā)聲體的連接和下接頭部分與發(fā)聲體部分的連接是通過兩個外壓緊套(15)分別與轉換接頭(16)和緊固頭(30)將氟橡膠套管(29)的兩端連接，并通過緊定螺釘(13)緊定。在插孔座(11)上電連接有耐高溫導線，該導線穿過內支承管(28)管壁上的通孔與設于內支承管(28)管壁上的電感(19)的一端電連接，電感(19)的另一端與壓電陶瓷管(24)的正極電連接，各壓電陶瓷管電連接方式可以為并聯(lián)連接，也可以為并串聯(lián)式電連接，在與電感(19)相鄰處的壓電陶瓷管(24)的負極設有一導線與其相鄰處的金屬墊片(27)相電連接。所有導線為耐高溫的AF－250氟塑料導線。電感(19)的作用主要是提高功率因數，使換能器獲得最大輸出功率。下接頭部分的導向頭(31)的端部設計為錐體形狀或彈頭形狀。導向頭(31)可以設計為多個不同重量的導向頭，根據工作需要，可選擇一定重量的導向頭配用在下接頭部分上使用。
本實用新型可設計為外徑為φ40～80mm，總長度為1500～2000mm，內支承管管壁厚為5～10mm。各金屬件均可采用一般機械加工方法制造。本實用新型使用的工作介質為深井地層原油(油水、泥漿等多相介質)。其工作溫度為100～150℃；下井深度可達2000±500M；承受最大壓力為250kg／cm2；工作頻率為18～35kHz；最大發(fā)射聲強為1.5W／cm2；電聲效率為50～70％；每次連續(xù)工作時間不少于8小時。采用本實用新型，可提高原油回采率不低于10％。
權利要求1.一種石油采油井壓電式聲波換能器，它可與外接的作為電信號傳輸用的鎧裝電纜連接使用，由設置在具有同心軸的上接頭、發(fā)聲體和下接頭三個部分組成，其特征是上接頭部分由起外套作用的連接外套筒(3)、沿軸向并設于其內的可用外接的鎧裝電纜插入的電纜接頭(1)、起壓緊鎧裝電纜鎧裝層的電纜壓塊(4)和電纜壓緊座(6)、設于電纜壓緊座(6)內的插針緊固環(huán)(7)、插針支架(8)和插針(9)、一端與連接外套筒(3)相連接，而另一端與發(fā)聲體部分相連接的轉換接頭(16)、沿軸向并設于轉換接頭(16)內的插孔支架(10)、插孔座(11)、用絕緣材料制成的插孔緊固環(huán)(12)、可將發(fā)聲體部分的一端與轉換接頭(16)連接的外壓緊套(15)、起密封作用和緊定連接作用的位于外壓緊套(15)上的緊定螺釘(13)、設于外壓緊套(15)與氟橡膠套管(29)之間的內襯環(huán)(14)、設于連接外套筒(3)與電纜接頭(1)之間的紫銅墊環(huán)(2)所組成，在該上接頭部分的電纜壓緊座(6)內的插針緊固環(huán)(7)、插孔緊固環(huán)(12)的空間處灌注有環(huán)氧密封膠，發(fā)聲體部分由管壁上鉆有若干通孔的內支承管(28)、沿內支承管(28)外壁軸向設有鎖緊塊(17)、金屬墊塊(18)、電感(19)、鎖緊環(huán)(20)、緊定螺釘(21)、由橡膠材料制成的耦合墊片(22)、聚四氟乙烯內襯(23)和等間隔相嵌在聚四氟乙烯內襯(23)上的外壁有環(huán)氧玻璃纖維繞層(25)的壓電陶瓷管(24)、聚四氟乙烯墊片(26)、金屬墊片(27)和設于最外層起外套和透聲作用的氟橡膠套管(29)所組成，下接頭部分由可與內支承管(28)螺紋配合的緊固頭(30)、可與緊固頭(30)螺紋連接的導向頭(31)、與緊固頭(30)配合的螺栓(33)、設于螺栓(33)與緊固頭(30)之間起密封作用的O型密封圈(32)所組成，在上述的氟橡膠套管(29)內充滿有甲基硅油，插孔座(11)與電感(19)之間設有可穿過內支承管(28)管壁的電連接導線，電感(19)的另一端與其相鄰壓電陶瓷管(24)的正極電連接，各壓電陶瓷管可以為并聯(lián)電連接，也可以為并串聯(lián)式電連接，在電感(19)相鄰的一個壓電陶瓷管的負極與設于內支承管(28)外壁上的金屬墊片(27)電連接。
專利摘要石油采油井壓電式聲波換能器，由上接頭、發(fā)聲體、下接頭三部分組成。在上接頭，設有電纜壓塊和電纜壓緊座；發(fā)聲體采用外壁纏繞有環(huán)氧玻璃纖維層的壓電陶瓷管作為發(fā)聲元件，內支承管的管壁上鉆有多個通孔，在起外套作用的氟橡膠套管內灌滿有甲基硅油；下接頭設有可與緊固頭螺紋連接的導向頭。本實用新型為聲波—超聲波采油系統(tǒng)的重要組成部分，其工作頻率為18～35kHz，最大發(fā)射聲強為1.5W/cm
文檔編號E21B43/25GK2047716SQ8921273
公開日1989年11月15日 申請日期1989年1月21日 優(yōu)先權日1989年1月21日
發(fā)明者李明海, 張曉軍 申請人:成都傳感換能技術研究所