带有匹配装置的井下超声采油用换能器 【技术领域】
本发明涉及一种换能器， 具体涉及一种井下超声采油用换能器。背景技术 目前超声增油技术广泛应用在各大油田， 其增油的工作原理是利用超声波功率源 将电能传输给设置在井下的换能器， 换能器将接收到的电能通过自身的震荡环转化为振荡 机械能并将这种振荡机械能传递给周边岩石缝隙的石油， 使其粘度降低， 流动速度加快， 便 于抽油操作， 以此来实现增油的目的。 现在一般的换能器主要是采用压电陶瓷换能器， 这种 压电陶瓷换能器会使由超声波功率源、 传输电缆和压电陶瓷换能器组成的传输系统中存在 着较大的容性阻抗， 使整个传输系统产生较大的无功电流， 极大地降低了传输系统的传输 效率， 现有传输系统的传输效率只有 10％～ 20％， 造成了极大的能源浪费。
发明内容 本发明为了解决现有压电陶瓷换能器使整个传输系统产生较大的无功电流， 传输 系统的传输效率极低， 资源浪费严重的问题， 而提出的带有匹配装置的井下超声增油用换 能器。
带有匹配装置的井下超声采油用换能器， 它它由筒状壳体、 多个相同的压电陶瓷 振荡环、 两个相同的电感匹配装置、 填充液、 压力平衡装置和两个固定架组成 ； 筒状壳体为 一个无底金属圆筒 ； 所述多个相同的压电陶瓷振荡环和两个电感匹配装置均装设在筒状壳 体的内部， 多个相同的压电陶瓷振荡环相互紧密地固定装设在筒状壳体内部的一个固定架 上， 两个相同的电感匹配装置重叠设置在筒状壳体内部的另一个固定架上 ； 固定有多个相 同的压电陶瓷振荡环的固定架固定设置在筒状壳体的底部， 固定有两个相同的电感匹配装 置的固定架固定设置在筒状壳体的顶部 ； 所述电感匹配装置由电感线圈、 空心筒状电感骨 架和绝缘包裹层组成 ； 电感线圈紧密地缠绕在空心筒状电感骨架上， 绝缘包裹层包裹在电 感线圈的外部 ； 一个电感匹配装置的电感线圈的进线接线端密封地穿过筒状壳体的顶端面 与外部传输电缆相连， 所述电感匹配装置的电感线圈的出线接线端与另一个电感匹配装置 的电感线圈的进线接线端相连 ； 所述另一个电感匹配装置的电感线圈的出线接线端密封地 穿过筒状壳体的顶端面与外部传输电缆相连 ； 所述每个压电陶瓷振荡环分别并联在两个首 尾相连的电感匹配装置两端 ； 所述筒状壳体内部的空隙处填充有填充液 ； 所述压力平衡装 置由外壳体、 活塞、 可伸缩的活塞杆和弹簧组成 ； 所述外壳体为一个无盖的金属圆筒 ； 压力 平衡装置的外壳体通过连接件与筒状壳体密封连接， 压力平衡装置的外壳体的内部与筒状 壳体的内部连通 ； 活塞、 可伸缩的活塞杆和弹簧均装设在外壳体的内部， 活塞与外壳体的内 壁水密配合 ； 可伸缩的活塞杆的一端与外壳体的底端固定连接， 可伸缩的活塞杆的另一端 与活塞固定连接， 所述弹簧套装在可伸缩的活塞杆上， 所述外壳体的底端面设置有多个通 孔。
本发明能降低整个传输系统中的容性阻抗， 减少传输系统内的无功电流， 极大地
提高传输系统的传输效率， 使传输系统的传输效率达到 70％以上， 节约了能源， 它不但可以 释放大部分的束缚油， 而且还能疏通堵塞的油路通道， 增加开采量。 附图说明
图 1 为本发明的结构示意图。具体实施方式
具体实施方式一 ： 结合图 1 说明本实施方式， 它由筒状壳体 1、 多个相同的压电陶 瓷振荡环 2、 两个相同的电感匹配装置 3、 填充液 4、 压力平衡装置 5 和两个固定架组成 ； 筒 状壳体 1 为一个无底金属圆筒 ； 所述多个相同的压电陶瓷振荡环 2 和两个电感匹配装置 3 均装设在筒状壳体 1 的内部， 多个相同的压电陶瓷振荡环 2 相互紧密地固定装设在筒状壳 体 1 内部的一个固定架上， 两个相同的电感匹配装置 3 重叠设置在筒状壳体 1 内部的另一 个固定架上 ； 固定有多个相同的压电陶瓷振荡环 2 的固定架固定设置在筒状壳体 1 的底部， 固定有两个相同的电感匹配装置 3 的固定架固定设置在筒状壳体 1 的顶部 ； 所述电感匹配 装置 3 由电感线圈 3-1、 空心筒状电感骨架 3-2 和绝缘包裹层组成 ； 电感线圈 3-1 紧密地缠 绕在空心筒状电感骨架 3-2 上， 绝缘包裹层包裹在电感线圈 3-1 的外部 ； 一个电感匹配装置 3 的电感线圈 3-1 的进线接线端密封地穿过筒状壳体 1 的顶端面与外部传输电缆相连， 所述 电感匹配装置 3 的电感线圈 3-1 的出线接线端与另一个电感匹配装置 3 的电感线圈 3-1 的 进线接线端相连 ； 所述另一个电感匹配装置 3 的电感线圈 3-1 的出线接线端密封地穿过筒 状壳体 1 的顶端面与外部传输电缆相连 ； 所述每个压电陶瓷振荡环 2 分别并联在两个首尾 相连的电感匹配装置 3 两端 ； 所述筒状壳体 1 内部的空隙处填充有填充液 4 ； 所述压力平衡 装置 5 由外壳体 5-1、 活塞 5-2、 可伸缩的活塞杆 5-3 和弹簧 5-4 组成 ； 所述外壳体 5-1 为一 个无盖的金属圆筒 ； 压力平衡装置 5 的外壳体 5-1 通过连接件与筒状壳体 1 密封连接， 压力 平衡装置 5 的外壳体 5-1 的内部与筒状壳体 1 的内部连通 ； 活塞 5-2、 可伸缩的活塞杆 5-3 和弹簧 5-4 均装设在外壳体 5-1 的内部， 活塞 5-2 与外壳体 5-1 的内壁水密配合 ； 可伸缩的 活塞杆 5-3 的一端与外壳体 5-1 的底端固定连接， 可伸缩的活塞杆 5-3 的另一端与活塞 5-2 固定连接， 所述弹簧 5-4 套装在可伸缩的活塞杆 5-3 上， 所述外壳体 5-1 的底端面设置有多 个通孔 6。
本实施方式的工作原理 ：
由于换能器是工作在数千米的井下， 工作环境很恶劣 ； 为了克服工况恶劣的问题， 本实施方式通过在换能器内部增加电感匹配装置 3， 来增加传输系统的感性阻抗， 减少了传 输系统内部的无功电流， 使传输系统的传输效率大幅提高， 既解决了周围环境对电感匹配 装置 3 的影响， 又实现减少传输系统无功电流的目的 ； 换能器在加上大电功率而产生发热 或由于地热的影响， 使换能器的温度可能会超出规定的工作温度 130℃， 而且换能器会受温 度性能的影响， 使传输系统的电功率发生变化 ； 电感匹配装置 3 体积很小， 可以装设在管径 为 72mm 的金属管内， 并承受 2000V 左右的高压和 50A 的大电流。通过设置电感匹配装置 3 的电感值来改善换能器的温度性能， 使换能器在温度变化时系统的电功率保持不变， 通过 调节电感匹配装置 3 的电感值来使换能器在室温和高温情况下的电功率相等， 此时调节电 感匹配装置 3 的电感值即为改善换能器温度性能所需要的电感值。设置压力平衡装置 5 的目的是为了防止井下的压力过大损坏换能器， 压力平衡装置 5 通过通孔 6 和活塞 5-2 来平 衡换能器内外的压力， 使换能器内外压力平衡， 防止换能器损坏。填充液 4 的一个作用是传 递机械振荡， 将压电陶瓷振荡环 2 产生的机械振荡传递给筒状壳体 1 的筒壁， 筒状壳体 1 的 筒壁将机械振荡传递给换能器周围的石油， 使其粘度降低、 流动性提高， 还可以释放大部分 的束缚油， 而且还能疏通堵塞的油路通道， 增加开采量。
具体实施方式二 ： 本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述两个电感匹配装 置 3 中电感线圈 3-1 的缠绕方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。由于 电感匹配装置 3 设置在密闭的筒状壳体 1 内部， 而筒状壳体 1 为一个无底金属圆筒， 电感匹 配装置 3 在通入高频电信号时， 可能会在筒状壳体 1 的金属管壁上产生感应电流， 从而造 成换能器局部电压击穿， 而影响整个传输系统的可靠性。两个电感匹配装置 3 中电感线圈 3-1 的缠绕方向相同的目的在于使通过筒状壳体 1 的金属管壁的的磁力线可以封闭在线圈 内， 基本上消除通过金属管壁的的磁力线， 使线圈外金属管壁内的磁通可忽略不计， 不足以 产生足够大的感应电流造成局部电压击穿， 而影响整个传输系统的可靠性。
具体实施方式三 ： 本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于填充液 4 采用硅 油或变压器油。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。填充液 4 采用硅油的好 处是具有良好的绝缘性能， 而且还具有很好的导热性。
具体实施方式四 ： 本实施方式与具体实施方式三不同点在于筒状壳体 1 的外径与 外壳体 5-1 的外径相同， 筒状壳体 1 的内径与外壳体 5-1 的内径相同。其它组成和连接方 式与具体实施方式三相同。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 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， 还可以做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专利保护范围。