专利名称：石油采油井压电式声波换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型为石油采油井压电式声波换能器，适用于声波一超声波采油系统，可提高油井特别是中晚期油井的回采率，属于压电式声波换能器制造技术领域。
石油开采过程中，如何提高回采率，一直是人们关注的课题。这一点对中、晚期油井尤为重要。目前虽然采用了地层压裂、化学驱油等新技术，但其耗资大、成本高，并且具有损坏油井的作用。因此，尚不能普遍采用。
据《采油技术简讯》(1987年第3期)介绍，超声技术已应用于增加石油产量、防蜡、除垢、堵水、酸化、降粘，还可促进水淹的油、水自然分异过程，使油井恢复生产，提高采收率。声波采油系统中的关键部分是声波换能器。苏联研制并已投入使用的磁致伸缩式油井声波换能器(或称辐射器)，是利用镍及其合金在变化的磁场中可发生体积变化的特性而制成的一种换能器。这种换能器的电声转换率较低，一般为15～30％，而且制造工艺复杂，因此，在实际使用中受到一定限制。目前苏联研制的电声转换效率高的换能器首推压电式陶瓷声波换能器，据称它的电声转换效率可达50％以上。但是，在国内外的出版物中未发现压电式声波换能器的技术公开资料。本实用新型采用压电陶瓷管作为发声元件，它是利用锆钛酸铅压电材料在变化的电场中可发生体积变化的特性并采用特殊结构设计而制成的一种声波换能装置。本换能器的电声转换率为50～70％，最大发射声强为1.5W／cm2，发射频率为18～35kHz。同我国已使用的圆柱状水声压电换能器比较，本实用新型可工作在100～150℃和数百个大气压的环境中，而圆柱状水声压电换能器只能工作在60℃以下的环境中。而且本实用新型可在空化状态下工作，而水声换能器是在非空化状态下工作。
本实用新型的目的是提供一种具有特殊结构设计的上接头、发声体、下接头三个部分组成的适于与铠装电缆连接使用的石油采油井压电式声波换能器，该换能器具有电声转换率高，发射声场强等特点，采用这种换能器对提高中晚期油井的石油回采率、降低石油粘度、防止石油结蜡等具有重要作用。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型由设置在具有同心轴的上接头、发声体和下接头三个部分组成，其特征是上接头部分由起外套作用的连接外套筒、沿轴向并设于其内的可用外接的铠装电缆插入的电缆接头、起压紧铠装电缆铠装层的电缆压块和电缆压紧座、设于电缆压紧座内的插针紧固环、插针支架和插针、一端与连接外套筒相连接，而另一端与发声体部分相连接的转换接头、沿轴向并设于转换接头内的插孔支架、插孔座、用绝缘材料制成的插孔紧固环、可将发声体部分的一端与转换接头连接的外压紧套、起密封作用和紧定连接作用的位于外压紧套上的紧定螺钉、设于外压紧套与氟橡胶套管之间的内衬环、设于连接外套筒与电缆接头之间的紫铜垫环等所组成，在该上接头部分的电缆压紧座内的插针紧固环、插孔紧固环的空间处灌注有环氧密封胶，发声体部分由管壁上钻有若干通孔的内支承管、沿内支承管外壁轴向设有锁紧块、金属垫块、电感、锁紧环、紧定螺钉、由橡胶材料制成的耦合垫片、聚四氟乙烯内衬和等间隔相嵌在聚四氟乙烯内衬上的外壁有环氧玻璃纤维绕层的压电陶瓷管、聚四氟乙烯垫片、金属垫片和设于最外层起外套和透声作用的氟橡胶套管等所组成，下接头部分由可与内支承管螺纹配合的紧固头、可与紧固头螺纹连接的导向头、与紧固头配合的螺栓、设于螺栓与紧固头之间起密封作用的O型密封圈等所组成，在上述的氟橡胶套管内充满有甲基硅油，插孔座与电感之间设有可穿过内支承管管壁的电连接导线，电感的另一端与其相邻压电陶瓷管的正极电连接，各压电陶瓷管可以为并联电连接，也可以为并串联式电连接，在电感相邻的一个压电陶瓷管的负极与设于内支承管外壁上的金属垫片电连接。
使用本实用新型时，是将其插针与作为电信号传输用的铠装电缆的缆芯焊接牢固，插针再插入插针孔座内，铠装电缆的铠装层由电缆压块和电缆压紧座所牢固压紧。压紧作用是通过电缆接头的上端内壁与电缆压紧座的上端的螺纹紧配合迫使电缆压块靠近电缆压紧座而实现的，同时，连接外套筒与转换接头的螺纹配合又可迫使电缆接头紧固压紧电缆压块。由于本换能器的电缆压块、金属垫片、电缆压紧座、支管内承、锁紧环、金属垫片，由可导电的金属材料制作而成，它们共同因相互接触而成为一个电导体，而金属垫片又与压电陶瓷管的负极电连接，因此，当外接铠装电缆有声一超声波电信号输入时，通过插针、针孔座、电感器到压电陶瓷管，再通过上述金属元件到外接铠装电缆铠装层，便可形成一个电的回路。此时，压电陶瓷管受电信号作用产生声一超声波的机械形变振动，这种振动通过起耦合作用的甲基硅油和具有透声功能的氟橡胶套管沿垂直于换能器轴线方向的径向四周的液体介质辐射。这种声一超声波振动可引起周围介质产生一些特殊的生物和化学效应，以及机械和热效应，对附近的岩层产生一定的破坏作用，对原油起到防蜡、除垢、降粘作用和疏导油水的作用。
本实用新型具有如下特点和优点它可在约2000米的井下工作，可承受100～150℃的环境温度和250±50大气压的环境压力，其工作频率为18～35kHz，最大发射声强为1.5W／cm2，电声转换效率为50～70％，它特别适于中、晚期油井使用，可提高石油井原油回采率不低于10％。此外，还可用于油、气集输管线，可提高油气的输导能力。予计油井采用本实用新型，配合声波一超声波电信号发生机和铠装电缆使用，可产生1100～200的投资效能比，对我国油田的进一步开发利用，具有重要作用。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的结构示意图；图2为压电陶瓷管为并联连接的本实用新型电路示意图；图3为压电陶瓷管为并串联连接的本实用新型电路示意图。
图中，1为电缆接头，2为紫铜垫环，3为连接外套筒，4为电缆压块，5为金属垫片，6为电缆压紧座，7为插针紧固环，8为插针支架，9为插针，10为插孔支架，11为插孔座，12为插孔紧固环，13为紧定螺钉，14为内衬环，15为外压紧套，16为转换接头，17为锁紧块，18为金属垫块，19为电感，20为锁紧环，21为紧定螺钉，22为去耦垫片，23为聚四氟乙烯内衬，24为压电陶瓷管，25为环氧玻璃纤维缠绕层，26为聚四氟乙烯垫片，27为金属垫片，28为内支承管，29为氟橡胶套管，30为紧固头，31为导向头，32为O型密封圈，33为螺栓，34为信号电源，35为电感，36为压电陶瓷管，37为信号电源，38为电感。
本实用新型由上接头、发声体和下接头三个部分组成，具有同心轴，为圆柱形的外形结构。上接头部分由40Cr材料制成的电缆接头(1)、紫铜垫环(2)、由35CrMo材料制成的连接外套筒(3)、由40Cr材料制成的电缆压块(4)、由40Cr材料制成的金属垫片(5)、由40Cr材料制成的电缆压紧座(6)、由聚四氟乙烯塑料制成的插针紧固环(7)和插针支架(8)、由铍青铜材料制成的插针(9)、由聚四氟乙烯塑料制成的插孔支架(10)、由铍青铜材料制成的插孔座(11)、由聚四氟乙烯塑料制成的插孔紧固环(12)、由A3金属材料制成的紧定螺钉(13)、由聚四氟乙烯塑料制成的内衬环(14)、由40Cr材料制成的外压紧套和转换接头(16)等所组成，在电缆压紧座(6)内的插针紧固环(7)、插针支架(8)和插针(9)的空间处灌注有环氧密封胶，发声体部分由40Cr材料制成的锁紧块(17)和金属垫块(18)、由多股绝缘耐温铜线绕制而成的电感量约为0.1～1mH的电感(19)、由A3金属材料制成的紧固螺钉(21)、由40Cr材料制成的锁紧环(20)、由氟橡胶制成的去耦垫片(22)、聚四氟乙烯内衬(23)、外表设有环氧玻璃纤维绕层(25)的PZT－8型号的压电陶瓷管(24)、聚四氟乙烯垫片(26)、由40Cr材料制成的金属垫片(27)、由1Cr18Ni9Ti材料制成的管壁上钻有多个通孔的内支承管(28)、氟橡胶套管(29)等所组成，在氟橡胶套管(29)内灌满有甲基硅油，在下接头部分由40Cr材料制成的与上接头部分外压紧套(15)相同的一个外压紧套、由40Cr材料制成的紧固头(30)、导向头(31)、由氟橡胶制成的O型密封圈(32)、由40Cr材料制成的螺栓(33)等所组成。上接头部分与发声体的连接和下接头部分与发声体部分的连接是通过两个外压紧套(15)分别与转换接头(16)和紧固头(30)将氟橡胶套管(29)的两端连接，并通过紧定螺钉(13)紧定。在插孔座(11)上电连接有耐高温导线，该导线穿过内支承管(28)管壁上的通孔与设于内支承管(28)管壁上的电感(19)的一端电连接，电感(19)的另一端与压电陶瓷管(24)的正极电连接，各压电陶瓷管电连接方式可以为并联连接，也可以为并串联式电连接，在与电感(19)相邻处的压电陶瓷管(24)的负极设有一导线与其相邻处的金属垫片(27)相电连接。所有导线为耐高温的AF－250氟塑料导线。电感(19)的作用主要是提高功率因数，使换能器获得最大输出功率。下接头部分的导向头(31)的端部设计为锥体形状或弹头形状。导向头(31)可以设计为多个不同重量的导向头，根据工作需要，可选择一定重量的导向头配用在下接头部分上使用。
本实用新型可设计为外径为φ40～80mm，总长度为1500～2000mm，内支承管管壁厚为5～10mm。各金属件均可采用一般机械加工方法制造。本实用新型使用的工作介质为深井地层原油(油水、泥浆等多相介质)。其工作温度为100～150℃；下井深度可达2000±500M；承受最大压力为250kg／cm2；工作频率为18～35kHz；最大发射声强为1.5W／cm2；电声效率为50～70％；每次连续工作时间不少于8小时。采用本实用新型，可提高原油回采率不低于10％。
权利要求1.一种石油采油井压电式声波换能器，它可与外接的作为电信号传输用的铠装电缆连接使用，由设置在具有同心轴的上接头、发声体和下接头三个部分组成，其特征是上接头部分由起外套作用的连接外套筒(3)、沿轴向并设于其内的可用外接的铠装电缆插入的电缆接头(1)、起压紧铠装电缆铠装层的电缆压块(4)和电缆压紧座(6)、设于电缆压紧座(6)内的插针紧固环(7)、插针支架(8)和插针(9)、一端与连接外套筒(3)相连接，而另一端与发声体部分相连接的转换接头(16)、沿轴向并设于转换接头(16)内的插孔支架(10)、插孔座(11)、用绝缘材料制成的插孔紧固环(12)、可将发声体部分的一端与转换接头(16)连接的外压紧套(15)、起密封作用和紧定连接作用的位于外压紧套(15)上的紧定螺钉(13)、设于外压紧套(15)与氟橡胶套管(29)之间的内衬环(14)、设于连接外套筒(3)与电缆接头(1)之间的紫铜垫环(2)所组成，在该上接头部分的电缆压紧座(6)内的插针紧固环(7)、插孔紧固环(12)的空间处灌注有环氧密封胶，发声体部分由管壁上钻有若干通孔的内支承管(28)、沿内支承管(28)外壁轴向设有锁紧块(17)、金属垫块(18)、电感(19)、锁紧环(20)、紧定螺钉(21)、由橡胶材料制成的耦合垫片(22)、聚四氟乙烯内衬(23)和等间隔相嵌在聚四氟乙烯内衬(23)上的外壁有环氧玻璃纤维绕层(25)的压电陶瓷管(24)、聚四氟乙烯垫片(26)、金属垫片(27)和设于最外层起外套和透声作用的氟橡胶套管(29)所组成，下接头部分由可与内支承管(28)螺纹配合的紧固头(30)、可与紧固头(30)螺纹连接的导向头(31)、与紧固头(30)配合的螺栓(33)、设于螺栓(33)与紧固头(30)之间起密封作用的O型密封圈(32)所组成，在上述的氟橡胶套管(29)内充满有甲基硅油，插孔座(11)与电感(19)之间设有可穿过内支承管(28)管壁的电连接导线，电感(19)的另一端与其相邻压电陶瓷管(24)的正极电连接，各压电陶瓷管可以为并联电连接，也可以为并串联式电连接，在电感(19)相邻的一个压电陶瓷管的负极与设于内支承管(28)外壁上的金属垫片(27)电连接。
专利摘要石油采油井压电式声波换能器，由上接头、发声体、下接头三部分组成。在上接头，设有电缆压块和电缆压紧座；发声体采用外壁缠绕有环氧玻璃纤维层的压电陶瓷管作为发声元件，内支承管的管壁上钻有多个通孔，在起外套作用的氟橡胶套管内灌满有甲基硅油；下接头设有可与紧固头螺纹连接的导向头。本实用新型为声波—超声波采油系统的重要组成部分，其工作频率为18～35kHz，最大发射声强为1.5W/cm
文档编号E21B43/25GK2047716SQ8921273
公开日1989年11月15日 申请日期1989年1月21日 优先权日1989年1月21日
发明者李明海, 张晓军 申请人:成都传感换能技术研究所