一种井下大功率声波激励增强助采换能器的制作方法

本发明涉及一种换能器，具体涉及一种井下大功率声波激励增强助采换能器。

技术背景

声波助采法作为三次采油的一种方法已经通过国内外的研究证明了其有着良好的应用前景。换能器产生的声波作用于储层从而提高油气渗流速度是声波助采的重要机理。声场作用下，在固体中产生周期性应力分布以及流体中的声压差异，是振波造缝、降粘解堵的主要原因。同时声波的作用能使井下流体向振源方向流动，对增产非常有利。井下助采换能器的研制方向便是获得较大的功率，较大辐射范围以及较好的作用效果。井下声波助采磁致伸缩换能器相比于压电换能器而言，磁致伸缩换能器具有输出位移大，机电耦合系数高，输出能量高等优点。如中国专利cn106448644a中设计的换能器采用的就是压电材料，但是没有相应的位移放大装置，从而整体位移输出功率不够，而在中国专利cn101964185a中，将压电材料和磁致伸缩材料共同作为驱动材料，该换能器便获得了功率上的较大提高。国内外现阶段研制的磁致伸缩换能器结构上相对复杂，不满足下井的结构要求，难以进行实际的井下作业，这也导致了磁致伸缩换能器的井下相关实验参数的空白，极大限制了换能器的后续优化升级。如中国专利cn103586192a中，采用的是双磁致伸缩执行器并行排布的结构，提高了整体的输出功率，但由于油井内径尺寸会限制换能器的直径，而其并行排列的执行器结构尺寸太大，并不能适应下井技术要求。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：解决磁致伸缩换能器功率低，石油助采效果不明显，整体结构不适应井下工作要求，换能器尺寸普遍较大难以下放井下的问题，提供一种井下大功率声波激励增强助采换能器。

本发明技术解决方案：一种井下大功率声波激励增强助采换能器，包括：两个相同磁致伸缩执行器(1)、凸型声辐射器(2)、两个碟簧基座(3)、网筒(4)、两对碟簧(5)、密封环(6)、密封圈(7)和导热油(8)；两个磁致伸缩执行器(1)通过网筒(4)连接；凸型声辐射器(2)两端分别固连碟簧基座(3)顶部；碟簧基座(3)底部与磁致伸缩执行器(1)相连；凸型声辐射器(2)安装在网筒(4)内部；所述碟簧(5)对合组合放置，并分别套于碟簧基座(3)上；磁致伸缩执行器(1)包括执行器外壳(1-1)、磁致伸缩驱动组件(1-2)和底盖(1-3)；磁致伸缩驱动组件(1-2)通过底盖(1-3)固定在执行器外壳(1-1)的内部，并且在磁致伸缩驱动组件(1-2)和执行器外壳(1-1)之间的空隙填充导热油(8)；所述凸型声辐射器(2)包括辐射板(2-1)和辐射器端盖(2-2)，辐射板(2-1)等间距固定于辐射器端盖(2-2)的圆周上；所述密封橡胶环(6)放置于碟簧基座上(3)，并与碟簧(5)同轴心，与执行器外壳(1-1)进行水密配合；所述密封圈(7)安置于碟簧基座(3)上，与执行器外壳(1-1)进行水密配合；所述导热油(8)采用变压器油。

所述两个磁致伸缩执行器(1)通过网筒(4)对向连接。

所述网筒(4)与执行器外壳(1-1)外径尺寸相同。

所述网筒(4)上的网孔直径d范围为10-50mm，其相对于介质中振动声波波长λ较小，网孔视为满足声波干涉理想条件。

所述网筒(4)上相邻网孔的间距d与预期声波辐射距离l和声波波长λ之间满足声波干涉加强关系，其中n为正整数。

通过调整所述网筒(4)上网孔相关参数，即网孔直径d以及网孔间距d，能够达到在预期声波辐射距离l处得到声波干涉增强，利用声波能量集中效应提高声波对井下环境的作用效果。

所述两个相同磁致伸缩执行器(1)输出相位一致，保证凸型声辐射器(2)两端同时收缩和扩张。

本发明的原理：本发明由两个相同地磁致伸缩执行器，一个凸型声辐射器，两个相同的碟簧基座，一个网筒，两对对合碟簧，两个密封环，两个密封圈和导热油组成；所述磁致伸缩执行器由执行器外壳，磁致伸缩驱动组件和底盖组成，磁致伸缩组件通过底盖固定在执行器外壳内部；

本发明所述的对合碟簧分别放置在碟簧基座上，密封环安装在碟簧基座上碟簧的外围，与碟簧同轴；密封圈安装在碟簧基座的上端；碟簧基座安装在执行器外壳内部，磁致伸缩执行器组件的顶端；磁致伸缩执行器通过网筒固连在一起，防止产生相对运动；安置在碟簧基座上的密封圈和密封环通过与执行器外壳接触形成水密配合；

本发明所述凸型辐射器的8片辐射板等间距固定于辐射器端盖的圆柱侧壁上，辐射器两个端盖分别与两个碟簧基座固连，将辐射器安装在两个磁致伸缩执行器的中间，即网筒的内部。

本发明所述磁致伸缩执行器外壳与磁致伸缩驱动组件之间的空隙注入导热油。

本发明由于存在两个相同的磁致伸缩执行器进行驱动，所以能够提供更大的输入功率，提高声波辐射能量，提高声波助采的效果。

本发明由于采用网筒连接两个磁致伸缩执行器，不仅仅结构在强度上保证换能器稳定工作，也保护了在下放过程中辐射器受到损伤，同时的节省了径向尺寸，能够适应不同尺寸的油井。

本发明由于结合声波助采频率要求对网筒的网孔直径d以及相邻网孔间距d进行特定设计，能够达到在某介质中预期声波辐射位置l处达到声波的干涉加强，从而进一步提高声波对于油层疏通清堵，提高石油采收率的作用效果。

本发明具有特殊的密封结构，通过将叠簧和密封圈，密封环的组合套放，在不影响预应力施加的基础上，达到水下密封的效果。密封结构形式简单，大大降低换能器装配难度。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)由于磁致伸缩声波助采换能器工作在油井中，而油井井口尺寸对换能器径向尺寸要求较高，换能器径向尺寸必须小于井口尺寸才能够顺利投到井下进行工作。本发明采用网筒的连接方式不仅利用了圆柱形结构力学性能好，强度高的优点，还最大限度的减小了径向尺寸，能够满足下井的尺寸要求。

(2)对于一般磁致伸缩换能器来说，功率相对较小。声波能量的大小直接关系到助采效果。本发明采用两个相同磁致伸缩执行器驱动，该换能器输入功率更大，即在同样的工作频率下能够输出更大的声波能量，对周围地层辐射面积更大，助采效果更为明显。

(3)本发明通过控制输入电流信号调节两个相同磁致伸缩执行器的输出保持在相同相位，保证凸型声辐射器两端同时收缩和扩张，达到最好的声波辐射效果。

(4)除了磁致伸缩驱动组件之外，磁致伸缩换能器其他组件均用不导磁材料进行制造。不导磁材料减小了磁致伸缩驱动组件的磁力线损失，能够提高能量利用率，减小不必要的能量损失。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中声波通过网筒后干涉加强原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明由两个相同的磁致伸缩执行器1、凸型声辐射器2、两个完全相同的碟簧基座3、网筒4、两对完全相同的碟簧5、两个相同的密封环6、两个相同的密封圈7、导热油8组成。磁致伸缩执行器外壳1-1是无底金属筒状外壳；所述执行器底盖1-3安装在执行器外壳的底部，磁致伸缩组件1-2通过底盖固定在执行器外壳1-1的内部；网筒4两端分别固连两个执行器外壳1-1的一端，将两个执行器固1连在一起；辐射板2-1等间距固定在两个辐射器端盖2-2的圆柱侧壁上；凸型声辐射器2通过两个辐射器端盖2-2分别固连两个碟簧基座3上，从而固定在网筒4内部；2对对合碟簧5分别安装在碟簧基座3上；碟簧基座3通过其自身的圆盘结构安装在执行器1内部顶端；密封环6分别安装在两个碟簧基座3的圆盘结构上，并且处于碟簧外围，与碟簧同轴心；密封圈7分别安装在两个碟簧基座3的顶部；密封环6和密封圈7与执行器外壳1-1紧密配合形成水密配合；在执行器外壳1-1和磁致伸缩驱动组件1-2之间的空隙中填充有导热油8，导热油8选用变压器油。

工作时，两个相同磁致伸缩执行器1在激励电流的驱动下做同相位的轴向输出，输出力作用在凸型声辐射器2的两个端盖2-2上，辐射板2-1在辐射器端盖2-2的带动下做弯张运动，将振动能量转化为声能向外传播。辐射板2-1振动产生的声波通过网筒4向外传递，并且声波穿过网孔后，便遵循干涉加强原理，在预期声波辐射范围处产生干涉加强效果，使声波作用于周围岩层和油藏。

如图2所示，是声波干涉加强示意图。黑色粗线段代表网筒4的侧壁，中间是网筒4上的两个直径为d的网孔，两个网孔的间距为d。当声波从网孔中穿过时，在预期声波发射范围l处产生干涉加强的效果。

以上内容是结合具体实施方式对本发明做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。