超聲波變頻解堵增油增注裝置的製作方法

2023-05-07 13:36:14 2

本實用新型屬於採油技術領域，尤其涉及一種超聲波變頻解堵增油增注裝置。

背景技術：

在油田開發生產過程中，地下環境會日趨複雜。從鑽井到完井直至採油、注水，各種增產措施(如酸化、壓裂、油水井井下作業、井下大修等)，使油水井受到外來固相侵入、水敏性損害、酸敏損害、賤民損害、微粒運移、結構、細菌堵塞等損害，造成油水層的滲流空間的改變，有效滲透率降低，產液量降低，伸至徹底堵塞停產。

超聲波油層處理技術是一項應用於油、水井的物理解堵新技術，該技術利用超聲波的聲學特性，對油、水井的近井帶汙染、結構進行振蕩解堵除垢，以提高油井產量，增加水井注水能力。

超聲波解堵裝置是超聲波解堵技術的核心設備，超聲波解堵裝置的技術水平決定了解堵除垢效果。然而，現有的超聲波解堵裝置的電聲轉換效率較低，有效作用半徑較小，難以滿足深度解堵的使用需求。另外，現有技術中的超聲波解讀裝置在壓力平衡膠筒漏失後，外界的油、水等液體會進入壓電陶瓷所在的腔室，繼而造成電氣系統短路損壞且損壞後更換難度較大。

技術實現要素：

本實用新型提供一種超聲波變頻解堵增油增注裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。

本實用新型所解決的技術問題採用以下技術方案來實現：本實用新型提供一種用於石油生產的超聲波解堵裝置，包括電纜、電纜連接體、保護筒、壓電陶瓷和壓力平衡膠筒，還包括密封活塞，所述的電纜通過電纜接頭組件連接在電纜連接體的上側，所述的保護筒固定連接在電纜連接體的下端的外側，所述的壓電陶瓷通過壓蓋預緊固定於保護筒的內側，所述的壓電陶瓷的內壁貼有銅皮，銅皮通過導線和電纜接頭組件與電纜連接以實現供電，所述的電纜連接體下端的中心安裝有過線管，所述的導線從過線管的中央以及過線管管壁上的過線孔穿過；

所述的密封活塞安裝於活塞套內並可在活塞套內滑動，活塞套通過中間連接體連接在保護筒的下端；

所述的壓力平衡膠筒為兩端開口的筒狀結構，壓力平衡膠筒的一端連接有膠筒接頭，另一端連接有膠筒堵頭，所述的膠筒接頭通過下連接體連接在活塞套的下端，壓力平衡膠筒的外側設置有膠筒護罩，膠筒護罩固定連接在下連接體下端的外側；

密封活塞的兩側分別為發射腔和膨脹腔，發射腔和膨脹腔內均填充有矽油。

所述的電纜接頭組件包括銅芯、外絕緣套、鋼環、壓緊絕緣套和密封墊，所述的外絕緣套包覆在銅芯的外側，所述鋼環通過螺紋連接在電纜連接體上並將包覆有外絕緣套的銅芯封裝在電纜連接體內，所述的密封墊共有兩個，分別壓裝在鋼環與外絕緣套以及電纜連接體與外絕緣套之間，所述的壓緊絕緣套也通過螺紋連接在電纜連接體上，壓緊絕緣套的一端插在銅芯與鋼環之間並抵在相應側的密封墊上。

所述的過線管的下端插在所述的中間連接體上側的圓孔內。所述的壓電陶瓷為套狀結構，壓電陶瓷至少有兩個，各壓電陶瓷之間設置有絕緣墊片，各壓電陶瓷均通過導線和電纜接頭組件與電纜連接。所述的壓力平衡膠筒與膠筒接頭、壓力平衡膠筒與膠筒堵頭的連接處的外側均設置有箍環，箍環的橫斷面上與壓力平衡膠筒接觸的邊緣為平滑的曲線。所述的外絕緣套和壓緊絕緣套均由聚醚醚酮材料製成。

本實用新型的有益效果為：

1、在超聲波發射段，壓電陶瓷直接預緊固定於保護筒內壁，使超聲波直接發射出，減少了過渡介質聲波損耗，提高了電聲轉換效率,從而變相的降低了設備的功率，增大了超聲波的有效作用半徑，實現了小功率高頻率的效果。

2、本實用新型將發射腔內的矽油與膨脹腔內的矽油用密封活塞隔離，避免壓力平衡膠筒漏失後造成系統短路損壞，且漏失後更換方便。

3、壓力平衡膠筒與膠筒接頭、壓力平衡膠筒與膠筒堵頭的連接處的外側均設置有箍環，防止因矽油受熱膨脹導致壓力平衡膠筒撕裂損壞。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1中A處的局部放大圖；

圖3是圖1中B處的局部放大圖；

圖4是圖1中C處的局部放大圖；

圖5是圖1中D處的局部放大圖；

圖6是壓電陶瓷所在區段的放大圖；

圖7是壓力平衡膠筒所在區段的放大圖。

圖中：1-電纜，2-電纜連接體，3-保護筒，4-壓電陶瓷，5-過線管，6-中間連接體，7-活塞套，8-密封活塞，9-下連接體，10-箍環，11-壓力平衡膠筒，12-壓蓋，13-導線，14-壓緊絕緣套，15-鋼環，16-外絕緣套，17-銅芯，18-銅皮，19-絕緣墊片，20-膠筒接頭，21-膠筒堵頭，22-膠筒護罩，23-密封墊。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步描述：

超聲波變頻解堵增油增注裝置包括電纜1、電纜連接體2、保護筒3、壓電陶瓷4和壓力平衡膠筒11，還包括密封活塞8，所述的電纜1通過電纜接頭組件連接在電纜連接體2的上側，所述的保護筒3固定連接在電纜連接體2的下端的外側。

所述的壓電陶瓷4通過壓蓋12預緊固定於保護筒3的內側，與採用過渡介質安裝壓電陶瓷4的方式相比，壓電陶瓷4直接預緊固定於保護筒3內壁，可使超聲波直接發射出去，減少了過渡介質聲波損耗，提高了電聲轉換效率，從而增大了超聲波的有效作用半徑。

所述的壓電陶瓷4的內壁貼有銅皮18，銅皮18通過導線13和電纜接頭組件與電纜1連接以實現供電。銅皮18的設置，使得壓電陶瓷的導電面積更大，從而減小了電路的阻抗，提高了超聲波作業的精準度。

所述的電纜連接體2下端的中心安裝有過線管5，所述的導線13從過線管5的中央以及過線管5管壁上的過線孔穿過。過線管5的作用是便於布線，同時防止導線13在裝配時因纏繞而打結或折斷。

所述的密封活塞8安裝於活塞套7內並可在活塞套7內滑動，活塞套7通過中間連接體6連接在保護筒3的下端。密封活塞8的兩側分別為發射腔和膨脹腔，發射腔和膨脹腔內均填充有矽油，將發射腔內的矽油與膨脹腔內的矽油用密封活塞8隔離，可將現有技術中的一個密封腔室分隔成兩個腔室(即發射腔和膨脹腔)，被分隔出的兩個腔室在空間上相互獨立，從而避免壓力平衡膠筒11漏失後，外界的油、水等液體會進入壓電陶瓷4所在的腔室(即發射腔)，繼而造成系統短路損壞。另外，在現有技術中，壓力平衡膠筒11漏失後，油、水、沙石等物質會進入壓電陶瓷4所在的密封腔室，因此更換壓力平衡膠筒11前需要對密封腔室內進行全面清理，操作費時費力，壓力平衡膠筒的更換難度比較大；使用本實用新型，壓力平衡膠筒11漏失後，只需更換壓力平衡膠筒11並將壓力平衡膠筒11內(即膨脹腔)的矽油重新填滿即可，無需進行大量的清理工作，因此壓力平衡膠筒的更換難度較小。

所述的壓力平衡膠筒11為兩端開口的筒狀結構，壓力平衡膠筒11的一端連接有膠筒接頭20，另一端連接有膠筒堵頭21，所述的膠筒接頭20通過下連接體9連接在活塞套7的下端。

壓力平衡膠筒11的外側設置有膠筒護罩22，膠筒護罩22固定連接在下連接體9下端的外側；膠筒護罩22可起到保護壓力平衡膠筒11的作用，防止向井下下入本實用新型時膠筒受到刮傷損壞。

所述的電纜接頭組件包括銅芯17、外絕緣套16、鋼環15、壓緊絕緣套14和密封墊23，所述的外絕緣套16包覆在銅芯17的外側，所述鋼環15通過螺紋連接在電纜連接體2上並將包覆有外絕緣套16的銅芯17封裝在電纜連接體2內，所述的密封墊23共有兩個，分別壓裝在鋼環15與外絕緣套16以及電纜連接體2與外絕緣套16之間，所述的壓緊絕緣套14也通過螺紋連接在電纜連接體2上，壓緊絕緣套14的一端插在銅芯17與鋼環15之間並抵在相應側的密封墊23上。

在電纜接頭組件中，銅芯17用於連通電路，起導電作用；外絕緣套16和壓緊絕緣套14分別在銅芯17的兩個區段起絕緣作用；密封墊23起密封作用，可防止發射腔內的高壓液體(矽油)從電纜接頭組件與電纜連接體2之間的縫隙滲出；鋼環15起壓緊作用，同時也是承受來自發射腔內的壓力的主要零件；密封墊23、外絕緣套16和壓緊絕緣套14之間連續且緊密相接，保證了銅芯17和電纜連接體2之間絕緣的可靠性。

所述的過線管5的下端插在所述的中間連接體6上側的圓孔內。

所述的壓電陶瓷4為套狀結構，壓電陶瓷4至少有兩個，各壓電陶瓷4之間設置有絕緣墊片19，各壓電陶瓷4均通過導線13和電纜接頭組件與電纜1連接。多個壓電陶瓷4組成超聲波換能器的核心部件，與一體式的壓電陶瓷結構相比，電聲轉換效率更高，超聲波解堵效果更好。

所述的壓力平衡膠筒11與膠筒接頭20、壓力平衡膠筒11與膠筒堵頭21的連接處的外側均設置有箍環10，箍環10的橫斷面上與壓力平衡膠筒11接觸的邊緣為平滑的曲線。受壓力平衡膠筒11結構強度不均勻性的影響，壓力平衡膠筒11與膠筒接頭20、壓力平衡膠筒11與膠筒堵頭21的連接處為強度的短板，當矽油在井下受熱膨脹時，壓力平衡膠筒11會向外脹起，進而產生在強度短板處撕裂的隱患。事實證明，在強度薄弱處設置箍環10，可有效防止壓力平衡膠筒11撕裂損壞，從而提高了本實用新型的使用壽命。箍環10的橫斷面上與壓力平衡膠筒11接觸的邊緣為平滑的曲線，目的是防止箍環10對壓力平衡膠筒11產生切割作用，從而進一步保證了壓力平衡膠筒11強度的可靠性。

所述的外絕緣套16和壓緊絕緣套14均由聚醚醚酮材料製成。聚醚醚酮是一種絕緣性超好的塑料，通過注塑的方式可將聚醚醚酮包覆在銅芯17上，在保證銅芯17與電纜連接體2之間的絕緣度的同時，也使得銅芯17與外絕緣套16可製成一體，便於裝配；與分體式結構相比，銅芯17與外絕緣套16製成一體，使得技術人員在進行密封設計時可以不用考慮銅芯17與外絕緣套16之間的密封，從而大大簡化了密封結構。

本實用新型的使用方法為：使用時，通過電纜1將本實用新型下放至井下，然後通過地面上的聲波發生器和頻率控制裝置控制本實用新型發出的超聲波的頻率。

工作狀態下，本實用新型中的壓力平衡膠筒11外側的壓力環境與井下的壓力環境相同，井下壓力通過壓力平衡膠筒11傳導至膨脹腔內的矽油中，膨脹腔內的矽油通過密封活塞8將壓力傳導至發射腔內的矽油中，繼而將壓力傳導至壓電陶瓷4，從而保證了壓電陶瓷4工作所需的壓力條件。

通過反覆試驗，得到了本實用新型的如下技術參數：

電源輸入：380V±10％；

功率：4KW；

超高頻信號頻率：9410±30MHz；

有效工作半徑：70m；

電聲轉換率：大於93％；

使用壽命：10000h；

工作井深：3000-5000m。

綜合上述技術參數可知，本實用新型在功率、頻率、有效工作半徑、電聲轉換率、使用壽命等方面的性能指標方面大大優於國內同類產品，技術水平已躋身世界前列。