超声波变频解堵增油增注装置的制作方法

本发明属于采油技术领域，尤其涉及一种超声波变频解堵增油增注装置。

背景技术：

在油田开发生产过程中，地下环境会日趋复杂。从钻井到完井直至采油、注水，各种增产措施(如酸化、压裂、油水井井下作业、井下大修等)，使油水井受到外来固相侵入、水敏性损害、酸敏损害、贱民损害、微粒运移、结构、细菌堵塞等损害，造成油水层的渗流空间的改变，有效渗透率降低，产液量降低，伸至彻底堵塞停产。

超声波油层处理技术是一项应用于油、水井的物理解堵新技术，该技术利用超声波的声学特性，对油、水井的近井带污染、结构进行振荡解堵除垢，以提高油井产量，增加水井注水能力。

超声波解堵装置是超声波解堵技术的核心设备，超声波解堵装置的技术水平决定了解堵除垢效果。然而，现有的超声波解堵装置的电声转换效率较低，有效作用半径较小，难以满足深度解堵的使用需求。另外，现有技术中的超声波解读装置在压力平衡胶筒漏失后，外界的油、水等液体会进入压电陶瓷所在的腔室，继而造成电气系统短路损坏且损坏后更换难度较大。

技术实现要素：

本发明提供一种超声波变频解堵增油增注装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供一种用于石油生产的超声波解堵装置，包括电缆、电缆连接体、保护筒、压电陶瓷和压力平衡胶筒，还包括密封活塞，所述的电缆通过电缆接头组件连接在电缆连接体的上侧，所述的保护筒固定连接在电缆连接体的下端的外侧，所述的压电陶瓷通过压盖预紧固定于保护筒的内侧，所述的压电陶瓷的内壁贴有铜皮，铜皮通过导线和电缆接头组件与电缆连接以实现供电，所述的电缆连接体下端的中心安装有过线管，所述的导线从过线管的中央以及过线管管壁上的过线孔穿过；

所述的密封活塞安装于活塞套内并可在活塞套内滑动，活塞套通过中间连接体连接在保护筒的下端；

所述的压力平衡胶筒为两端开口的筒状结构，压力平衡胶筒的一端连接有胶筒接头，另一端连接有胶筒堵头，所述的胶筒接头通过下连接体连接在活塞套的下端，压力平衡胶筒的外侧设置有胶筒护罩，胶筒护罩固定连接在下连接体下端的外侧；

密封活塞的两侧分别为发射腔和膨胀腔，发射腔和膨胀腔内均填充有硅油。

所述的电缆接头组件包括铜芯、外绝缘套、钢环、压紧绝缘套和密封垫，所述的外绝缘套包覆在铜芯的外侧，所述钢环通过螺纹连接在电缆连接体上并将包覆有外绝缘套的铜芯封装在电缆连接体内，所述的密封垫共有两个，分别压装在钢环与外绝缘套以及电缆连接体与外绝缘套之间，所述的压紧绝缘套也通过螺纹连接在电缆连接体上，压紧绝缘套的一端插在铜芯与钢环之间并抵在相应侧的密封垫上。

所述的过线管的下端插在所述的中间连接体上侧的圆孔内。所述的压电陶瓷为套状结构，压电陶瓷至少有两个，各压电陶瓷之间设置有绝缘垫片，各压电陶瓷均通过导线和电缆接头组件与电缆连接。所述的压力平衡胶筒与胶筒接头、压力平衡胶筒与胶筒堵头的连接处的外侧均设置有箍环，箍环的横断面上与压力平衡胶筒接触的边缘为平滑的曲线。所述的外绝缘套和压紧绝缘套均由聚醚醚酮材料制成。

本发明的有益效果为：

1、在超声波发射段，压电陶瓷直接预紧固定于保护筒内壁，使超声波直接发射出，减少了过渡介质声波损耗，提高了电声转换效率,从而变相的降低了设备的功率，增大了超声波的有效作用半径，实现了小功率高频率的效果。

2、本发明将发射腔内的硅油与膨胀腔内的硅油用密封活塞隔离，避免压力平衡胶筒漏失后造成系统短路损坏，且漏失后更换方便。

3、压力平衡胶筒与胶筒接头、压力平衡胶筒与胶筒堵头的连接处的外侧均设置有箍环，防止因硅油受热膨胀导致压力平衡胶筒撕裂损坏。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是图1中B处的局部放大图；

图4是图1中C处的局部放大图；

图5是图1中D处的局部放大图；

图6是压电陶瓷所在区段的放大图；

图7是压力平衡胶筒所在区段的放大图。

图中：1-电缆，2-电缆连接体，3-保护筒，4-压电陶瓷，5-过线管，6-中间连接体，7-活塞套，8-密封活塞，9-下连接体，10-箍环，11-压力平衡胶筒，12-压盖，13-导线，14-压紧绝缘套，15-钢环，16-外绝缘套，17-铜芯，18-铜皮，19-绝缘垫片，20-胶筒接头，21-胶筒堵头，22-胶筒护罩，23-密封垫。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

超声波变频解堵增油增注装置包括电缆1、电缆连接体2、保护筒3、压电陶瓷4和压力平衡胶筒11，还包括密封活塞8，所述的电缆1通过电缆接头组件连接在电缆连接体2的上侧，所述的保护筒3固定连接在电缆连接体2的下端的外侧。

所述的压电陶瓷4通过压盖12预紧固定于保护筒3的内侧，与采用过渡介质安装压电陶瓷4的方式相比，压电陶瓷4直接预紧固定于保护筒3内壁，可使超声波直接发射出去，减少了过渡介质声波损耗，提高了电声转换效率，从而增大了超声波的有效作用半径。

所述的压电陶瓷4的内壁贴有铜皮18，铜皮18通过导线13和电缆接头组件与电缆1连接以实现供电。铜皮18的设置，使得压电陶瓷的导电面积更大，从而减小了电路的阻抗，提高了超声波作业的精准度。

所述的电缆连接体2下端的中心安装有过线管5，所述的导线13从过线管5的中央以及过线管5管壁上的过线孔穿过。过线管5的作用是便于布线，同时防止导线13在装配时因缠绕而打结或折断。

所述的密封活塞8安装于活塞套7内并可在活塞套7内滑动，活塞套7通过中间连接体6连接在保护筒3的下端。密封活塞8的两侧分别为发射腔和膨胀腔，发射腔和膨胀腔内均填充有硅油，将发射腔内的硅油与膨胀腔内的硅油用密封活塞8隔离，可将现有技术中的一个密封腔室分隔成两个腔室(即发射腔和膨胀腔)，被分隔出的两个腔室在空间上相互独立，从而避免压力平衡胶筒11漏失后，外界的油、水等液体会进入压电陶瓷4所在的腔室(即发射腔)，继而造成系统短路损坏。另外，在现有技术中，压力平衡胶筒11漏失后，油、水、沙石等物质会进入压电陶瓷4所在的密封腔室，因此更换压力平衡胶筒11前需要对密封腔室内进行全面清理，操作费时费力，压力平衡胶筒的更换难度比较大；使用本发明，压力平衡胶筒11漏失后，只需更换压力平衡胶筒11并将压力平衡胶筒11内(即膨胀腔)的硅油重新填满即可，无需进行大量的清理工作，因此压力平衡胶筒的更换难度较小。

所述的压力平衡胶筒11为两端开口的筒状结构，压力平衡胶筒11的一端连接有胶筒接头20，另一端连接有胶筒堵头21，所述的胶筒接头20通过下连接体9连接在活塞套7的下端。

压力平衡胶筒11的外侧设置有胶筒护罩22，胶筒护罩22固定连接在下连接体9下端的外侧；胶筒护罩22可起到保护压力平衡胶筒11的作用，防止下井施工时压力平衡胶筒受到刮伤损坏。

所述的电缆接头组件包括铜芯17、外绝缘套16、钢环15、压紧绝缘套14和密封垫23，所述的外绝缘套16包覆在铜芯17的外侧，所述钢环15通过螺纹连接在电缆连接体2上并将包覆有外绝缘套16的铜芯17封装在电缆连接体2内，所述的密封垫23共有两个，分别压装在钢环15与外绝缘套16以及电缆连接体2与外绝缘套16之间，所述的压紧绝缘套14也通过螺纹连接在电缆连接体2上，压紧绝缘套14的一端插在铜芯17与钢环15之间并抵在相应侧的密封垫23上。

在电缆接头组件中，铜芯17用于连通电路，起导电作用；外绝缘套16和压紧绝缘套14分别在铜芯17的两个区段起绝缘作用；密封垫23起密封作用，可防止发射腔内的高压液体(硅油)从电缆接头组件与电缆连接体2之间的缝隙渗出；钢环15起压紧作用，同时也是承受来自发射腔内的压力的主要零件；密封垫23、外绝缘套16和压紧绝缘套14之间连续且紧密相接，保证了铜芯17和电缆连接体2之间绝缘的可靠性。

所述的过线管5的下端插在所述的中间连接体6上侧的圆孔内。

所述的压电陶瓷4为套状结构，压电陶瓷4至少有两个，各压电陶瓷4之间设置有绝缘垫片19，各压电陶瓷4均通过导线13和电缆接头组件与电缆1连接。多个压电陶瓷4组成超声波换能器的核心部件，与一体式的压电陶瓷结构相比，电声转换效率更高，超声波解堵效果更好。

所述的压力平衡胶筒11与胶筒接头20、压力平衡胶筒11与胶筒堵头21的连接处的外侧均设置有箍环10，箍环10的横断面上与压力平衡胶筒11接触的边缘为平滑的曲线。受压力平衡胶筒11结构强度不均匀性的影响，压力平衡胶筒11与胶筒接头20、压力平衡胶筒11与胶筒堵头21的连接处为强度的短板，当硅油在井下受热膨胀时，压力平衡胶筒11会向外胀起，进而产生在强度短板处撕裂的隐患。事实证明，在强度薄弱处设置箍环10，可有效防止压力平衡胶筒11撕裂损坏，从而提高了本发明的使用寿命。箍环10的横断面上与压力平衡胶筒11接触的边缘为平滑的曲线，目的是防止箍环10对压力平衡胶筒11产生切割作用，从而进一步保证了压力平衡胶筒11强度的可靠性。

所述的外绝缘套16和压紧绝缘套14均由聚醚醚酮材料制成。聚醚醚酮是一种绝缘性超好的塑料，通过注塑的方式可将聚醚醚酮包覆在铜芯17上，在保证铜芯17与电缆连接体2之间的绝缘度的同时，也使得铜芯17与外绝缘套16可制成一体，便于装配；与分体式结构相比，铜芯17与外绝缘套16制成一体，使得技术人员在进行密封设计时可以不用考虑铜芯17与外绝缘套16之间的密封，从而大大简化了密封结构。

本发明的使用方法为：使用时，通过电缆1将本发明下放至井下，然后通过地面上的声波发生器和频率控制装置控制本发明发出的超声波的频率。

工作状态下，本发明中的压力平衡胶筒11外侧的压力环境与井下的压力环境相同，井下压力通过压力平衡胶筒11传导至膨胀腔内的硅油中，膨胀腔内的硅油通过密封活塞8将压力传导至发射腔内的硅油中，继而将压力传导至压电陶瓷4，从而保证了压电陶瓷4工作所需的压力条件。

通过反复试验，得到了本发明的如下技术参数：

电源输入：380V±10％；

功率：4KW；

超高频信号频率：9410±30MHz；

有效工作半径：70m；

电声转换率：大于93％；

使用寿命：10000h；

工作井深：3000-5000m。

综合上述技术参数可知，本发明在功率、频率、有效工作半径、电声转换率、使用寿命等方面的性能指标方面大大优于国内同类产品，技术水平已跻身世界前列。