Электродная система скважинного электрогидравлического устройства


 


Владельцы патента RU 2461704:

Картелев Анатолий Яковлевич (RU)

Изобретение предназначено для исследования электрического пробоя и сейсмоакустических эффектов в химических реагентах и смесях, используемых для повышения нефтеотдачи пластов, но токсичных и пожароопасных при применении на земле. Электродная система скважинного электрогидравлического устройства содержит положительный и отрицательный электроды, размещенные соосно друг против друга в металлическом корпусе с окнами, расположенными напротив межэлектродного промежутка. Положительный электрод изолирован от корпуса, а отрицательный электрод соединен с дном корпуса и имеет возможность перемещения относительно положительного электрода. Коаксиально корпусу установлен съемный металлический кожух в виде стакана, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру обсадной колонны. Верхняя часть кожуха закреплена на корпусе герметично. В дне кожуха выполнены два отверстия, одно из которых заглушено пробкой и служит для заливки скважинной жидкости или химреагента. Во втором отверстии кожуха установлен торцовый ключ с сальниковым уплотнением, выполненный с возможностью механического соединения с отрицательным электродом и служащий для регулирования зазора между положительным и отрицательным электродами. Технический результат - повышение безопасности и уменьшение трудозатрат на определение оптимальных уровней пробивного напряжения и энерговыделения в электродной системе, а также повышение производительности скважинного электрогидравлического устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электроразрядным испытательным системам и может быть использовано для исследований электрического пробоя и сейсмоакустических эффектов в химических реагентах и смесях, используемых для повышения нефтеотдачи пластов, но токсичных и пожароопасных при применении на земле.

Известен полуавтоматический высоковольтный автомат 16-0915 для испытаний проб электроизоляционных масел немецкой фирмы Petrotest Instruments Gmbn & Со (см. каталог «Лабораторное оборудование для контроля качества нефтепродуктов», вып.10, Petrotest, 1966, с.18), содержащий повышающий трансформатор, схему управления, автоматический регулятор напряжения, испытательную ячейку и индикатор. Пробу изоляционного масла наливают в испытательную ячейку и на электроды с расстоянием между ними 2,5 мм автоматически подают переменное (частотой 50 Гц) напряжение с нарастающей (до 50-70 кВ) амплитудой напряжения. На индикаторе в момент пробоя масла фиксируется величина пробивного напряжения масла.

Недостатки высоковольтного автомата 16-0915 - ограниченная стандартными электроизоляционными (трансформаторным и конденсаторным) маслами и промышленной частотой область применения. Импульсную электрическую прочность масел этот аппарат не определяет. Кроме того, токсичные и пожароопасные жидкости типа растворителей и химических реагентов в испытательную ячейку не заливаются по требованиям безопасности.

Известны также закрытые электроразрядные камеры установок электрогидравлического удара (см. книгу: В.П.Севастьянов, С.А.Ракитин. Экстремальные физические воздействия в технологии производства изделий знакосинтезирующей электроники. Саратов, СГАП, 1999, с.87-88, рис.4.11, б), состоящие из толстостенного стакана из нержавеющей стали (наружный диаметр 72 мм, толщина стенки 8 мм) и крышки из эбонита, в которой установлен высоковольтный электрод. Дно стакана выполняет роль второго заземленного электрода. Внутрь камеры заливаются исследуемые жидкости и суспензии. Высоковольтный электрод изготавливается из тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, титана) или их сплавов. Малые размеры камеры, ее высокая прочность и закрытость делают ее удобной для исследования в лабораторных условиях электрического пробоя в токсичных или пожароопасных химических реагентах и смесях.

Недостаток закрытой электроразрядной камеры - невозможность регулирования в процессе исследований без вскрытия камеры и контакта с токсической жидкостью рабочего зазора между высоковольтным электродом и дном камеры и, соответственно, трудность регулирования эффективности электрогидравлического удара и степени разложения токсической жидкости.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является электродная система скважинного электрогидравлического устройства (см. патент РФ №2317413, МПК E21B 43/24, авторы А.Я.Картелев и А.А.Сидоров, опубл. 20.02.2008, бюл. №5), содержащая положительный и отрицательный электроды, размещенные соосно друг против друга в металлическом корпусе с окнами, расположенными напротив межэлектродного промежутка, токоподвод к положительному электроду, при этом отрицательный электрод соединен с дном корпуса и имеет продолжение - резьбовой хвостовик, с помощью которого отрицательный электрод ввинчивается в дно корпуса или вывинчивается из него, и тем самым регулируется расстояние между положительным и отрицательным электродами, положительный электрод выполнен в форме массивного конуса, конус направлен вершиной к отрицательному электроду, на боковую поверхность и основание конуса положительного электрода и токоподвод к нему нанесено изолирующее покрытие, корпус выполнен с возможностью упора в него основания конуса положительного электрода.

Недостатками вышеуказанной электродной системы-прототипа являются:

- сообщаемость ее внутреннего рабочего объема с окружающей средой через окна в корпусе, вследствие чего в электродную систему нельзя залить образец скважинной жидкости или химреагента (электродную систему можно настраивать, только погружая в специальный резервуар с жидкостью или скважину);

- на определение пробивного напряжения скважинной жидкости или химреагента и оптимального зазора в электродной системе уходит много времени (может быть несколько перестроек электродной системы и аппарата в целом). Это связано с тем, что скважинная жидкость на каждой нефтяной скважине имеет свой минеральный состав солей, свою степень обводненности и определенное удельное электрическое сопротивление. Соответственно, на каждой скважине необходимо иметь определенный объем скважинной жидкости или химреагента и резервуар для их хранения. В этот резервуар необходимо погрузить электродную систему скважинного электрогидравлического аппарата, включить аппарат и измерить параметры электрического разряда и ударной волны. При их недостаточности или неоптимальности необходимо извлечь аппарат из резервуара, изменить межэлектродный промежуток в электродной системе или напряжение срабатывания коммутатора, вновь погрузить аппарат в скважинную жидкость или химреагент и провести повторно измерения параметров электрического разряда и ударной волны;

- определение пробивного напряжения скважинной жидкости или химреагента с помощью электродной системы-прототипа в открытых резервуарах и, особенно, вблизи скважин запрещено правилами взрывобезопасности и небезопасно для обслуживающего аппарат персонала, так как оно происходит в атмосфере испаряющихся нефтепродуктов и различного рода токсичных химреагентов (это углеводородные ароматические растворители, углеводородно-кислотные эмульсии или растворы кислот и т.п.) и, кроме того, представляет экологическую опасность для окружающей среды (возможны разливы химреагента на землю).

Задача настоящего изобретения - создание специальной электродной системы:

а) в которую можно было бы в лабораторных или полевых условиях заливать химические реагенты и смеси, использующиеся для повышения нефтеотдачи пластов, но токсичные или пожароопасные по своим свойствам;

б) в которой можно было бы проводить исследования электрического пробоя и электроакустических эффектов, причем быстро и безопасно для персонала;

в) которую можно было бы после вышеуказанных исследований (при установленных оптимальных параметрах разрядного тока и ударной волны) использовать без перестроек для работ в скважине в составе скважинного электрогидравлического аппарата.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности и уменьшение трудозатрат на определение оптимальных уровней пробивного напряжения и энерговыделения в электродной системе, а также повышение производительности скважинного электрогидравлического устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известной электродной системой, содержащей положительный и отрицательный электроды, размещенные соосно друг против друга в металлическом корпусе с окнами, расположенными напротив межэлектродного промежутка, при этом положительный электрод изолирован от корпуса, а отрицательный электрод соединен с дном корпуса и имеет возможность перемещения относительно положительного электрода, новым является то, что дополнительно введен съемный металлический кожух, выполненный в виде стакана и установленный коаксиально корпусу электродной системы, при этом верхняя часть кожуха закреплена на корпусе электродной системы герметично, а в дне кожуха выполнены два отверстия, одно из которых заглушено пробкой и служит для заливки внутрь кожуха и электродной системы скважинной жидкости или химреагента, а во втором отверстии установлен торцовый ключ с сальниковым уплотнением, выполненный с возможностью механического соединения с отрицательным электродом и служащий для регулирования зазора между положительным и отрицательным электродами.

Кроме того, внутренний диаметр кожуха равен внутреннему диаметру обсадной колонны.

Введение в устройство съемного металлического кожуха, выполненного в виде стакана, установленного коаксиально электродной системе и закрепленного верхней частью на корпусе электродной системы герметично, позволяет использовать металлический кожух в качестве закрытого резервуара для скважинной жидкости или токсичного химреагента и тем самым:

а) за счет высокой механической прочности кожуха проводить как экспресс-, так и длительные исследования электрического пробоя в токсичных или пожароопасных жидкостях без риска разрыва кожуха ударной волной электрического разряда в жидкости, без опасного влияния на обслуживающий персонал и без разливов и испарения химреагента в окружающую среду;

б) за счет малой деформации (малых колебаний стенки) металлического кожуха при электрогидравлическом ударе снизить уровень акустического удара при разряде в жидкости (персоналу можно проводить исследования без наушников);

- использовать штатную электродную систему скважинного электрогидравлического аппарата в двух номинациях: для наземных экспресс-исследований электрического пробоя и электроакустических эффектов и для работы по очистке призабойной зоны непосредственно в скважине.

Выполнение в дне кожуха двух отверстий, одно из которых заглушено пробкой, или в нем установлен вентиль, и через которое внутрь кожуха и электродной системы заливается скважинная жидкость или химреагент, в во втором отверстии установлен торцовый ключ с сальниковым уплотнением, выполненный с возможностью механического соединения с отрицательным электродом и служащий для регулирования зазора между положительным и отрицательным электродами, обеспечивает:

- доставку (заливку) скважинной жидкости или химреагента в межэлектродный промежуток электродной системы аппарата;

- быструю (без вскрытия камеры, простым поворотом торцового ключа) регулировку рабочего зазора между положительным и отрицательным электродами камеры и пробивного напряжения скважинной жидкости или химреагента, минимизацию потерь электрической энергии на предпробивные процессы в скважинной жидкости или химреагенте и обеспечение максимальной силы электрогидравлического удара.

Выполнение кожуха с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру обсадной колонны, обеспечивает соблюдение условий по насыщению межэлектродного промежутка электродной системы электронами как в реальной обсадной колонне и, соответственно, сохраняет условия развития и параметры электрического разряда в электродной системе такими же, как в скважине, обсаженной металлическими трубами. Как показали эксперименты, в электродной системе со съемным металлическим кожухом время запаздывания пробоя меньше, а амплитуды тока разряда и ударной волны больше.

Т.е. отличительные признаки предлагаемой электродной системы делают ее не только безопасной, но и привлекательной для экспресс-оценки в полевых условиях (непосредственно на скважине и особенно зимой) пробивного напряжения химических реагентов и смесей, использующихся для повышения нефтеотдачи пластов. Кроме того, на основе этой экспресс-оценки пробивного напряжения скважинной жидкости или химреагента можно отрегулировать напряжение пробоя коммутатора и рабочий зазор в электродной системе скважинного электрогидравлического аппарата и оптимизировать режим работы аппарата (амплитуду и частоту повторения электрогидравлических ударов) и, соответственно, режим очистки призабойной зоны нефтяной скважины от солевых, асфальтено-смолистых и парафиновых отложений.

Электродных систем с указанными отличительными признаками в патентной и научно-технической литературе не обнаружено, что свидетельствует о новизне и изобретательском уровне настоящей заявки на изобретение.

На фиг.1 изображена в разрезе заявляемая электродная система.

Заявляемая электродная система содержит штатную электродную систему 1 от скважинного электрогидравлического устройства и съемный металлический кожух 2.

Штатная электродная система 1 выполнена по патенту РФ №2317413, МПК E21B 43/24, авторы А.Я.Картелев и А.А.Сидоров, опубл. 20.02.2008, бюл. №5) и содержит положительный электрод 3 и отрицательный электрод 4, установленные соосно друг против друга в трубчатом металлическом корпусе 5 с продольными окнами - прорезями 6, расположенными напротив межэлектродного промежутка. Указанные окна служат для сообщения электродной системы со скважинной жидкостью и выхода (высокоскоростного выброса) скважинной жидкости на стенку обсадной колонны при электрическом разряде.

Положительный электрод 3 выполнен в виде массивного конуса и имеет в вершине конуса отверстие для крепления эрозионно-стойкого наконечника 7. Конус положительного электрода 3 направлен вершиной к отрицательному электроду 4 и имеет поперечные размеры и массу, превышающие в несколько раз аналогичные параметры центрального токоподвода. Поверхность положительного электрода 3 покрыта слоем изоляции 8 как со стороны боковой поверхности, так и со стороны основания конуса. В качестве изолирующего покрытия использован полипропилен или резина.

Отрицательный электрод 4 выполнен в виде металлического стержня с наружной резьбой, благодаря которой отрицательный электрод 4 может ввинчиваться в дно корпуса 5 или вывинчиваться из него. Тем самым регулируется расстояние между положительным 3 и отрицательным 4 электродами. На нижнем конце отрицательного электрода 4 выполнено глухое квадратное отверстие для установки в него, например, торцового ключа.

Корпус 5 электродной системы прикручивается к массивному металлическому фланцу 9, являющемуся продолжением корпуса коммутатора скважинного электрогидравлического аппарата. В торец фланца 9 упирается своим изолированным основанием положительный электрод 3. Диаметр корпуса 5 электродной системы 102 мм, длина 400 мм. К корпусу 5 электродной системы прикреплено через специальные съемные шпонки или сухари (на фиг.1 не показаны) металлическое кольцо 10 с несколькими отверстиями по периметру.

Съемный кожух 2 выполнен в виде металлического стакана и установлен снаружи и коаксиально корпусу 5 электродной системы 1. Верхняя часть кожуха 2 имеет утолщение - фланец с несколькими резьбовыми отверстиями по периметру, предназначенными для установки крепежных болтов 11. На внутренней поверхности верхнего фланца кожуха 2 выполнена проточка для установки резинового уплотнения 12. Верхняя часть кожуха 2 с помощью болтов 11 прикрепляется к металлическому кольцу 10 и, соответственно, к корпусу 5 электродной системы 1. При подтягивании болтов 11 одновременно поджимается кольцевое резиновое уплотнение 12, и съемный кожух 2 герметизируется относительно корпуса 5 электродной системы.

В дне кожуха 2 выполнены два отверстия, в которые вварены металлические штуцеры 13 и 14. Один из штуцеров 13 заглушен пробкой 15 или на нем установлен вентиль, и через этот штуцер внутрь кожуха 2 и электродной системы 1 заливается исследуемый химреагент или скважинная жидкость 16. В отверстии второго штуцера 14 установлен торцовый ключ 17, снабженный на нижнем конце рукояткой 18, на верхнем конце имеющий квадратное сечение и механически соединенный верхним концом с отрицательным электродом 4. Торцовый ключ 17 герметизируется в штуцере 14 с помощью поджимной втулки 19 с сальником. Поворотом рукоятки 18 через торцовый ключ 17 осуществляется вращение отрицательного электрода 4 и регулируется зазор между положительным 3 и отрицательным 4 электродами электродной системы 1.

Работа с заявляемой электродной системой осуществляется в следующей последовательности. Вначале в электродной системе 1 устанавливается начальный рабочий зазор между положительным 3 и отрицательным 4 электродами, равный, например, 20 мм. Затем электродная система 1 переворачивается вверх дном, и на корпусе 5 электродной системы 1 устанавливаются металлическое кольцо 10 и резиновое уплотнение 12. Далее на электродную систему 1 надевается металлический кожух 2, который с помощью болтов 11 подтягивается к металлическому кольцу 12 и к корпусу 5 электродной системы и герметизируется относительно последнего. После этого через отверстие в штуцере 13 в камеру заливается исследуемый химреагент или скважинная жидкость 16. После заполнения камеры жидкостью штуцер 13 закрывается пробкой 15, а торцовый ключ 17 устанавливается в отверстие штуцера 14, подается вниз до соединения его с отрицательным электродом 4 и герметизируется (зажимается) поджимной втулкой 19 с сальником. Заполненная химреагентом или скважинной жидкостью электродная система 1 с кожухом 2 переворачивается обратно, вниз дном, и электродная система 1 стыкуется (привинчивается) к коммутатору скважинного электрогидравлического аппарата. Скважинный электрогидравлический аппарат предварительно подвешивается на кране или устанавливается на треноге. Затем скважинный электрогидравлический аппарат подключается через штатный геофизический кабель или через специальный короткий кабель к наземному пульту питания и управления, и в электродной системе 1 осуществляется серия из 5-10 электрических разрядов. При этом измеряются параметры выходного напряжения аппарата и тока разряда в электродной системе и исследуемом химреагенте или скважинной жидкости. Если, например, время запаздывания разряда велико или амплитуда тока разряда мала, то поворотом торцового ключа 17 на днище кожуха 2 уменьшают зазор между положительным 3 и отрицательным 4 электродами. После этого повторно включают аппарат и осуществляют новую серию разрядов и новую серию измерений. По результатам измерений параметров напряжения и тока в электродной системе 1 при различных зазорах между положительным и отрицательным электродами определяют оптимальный зазор между электродами электродной системы для исследуемого типа химреагента или скважинной жидкости и их пробивное напряжение. Далее выкручивают пробку 15 и сливают химреагент или скважинную жидкость из кожуха 2 электродной системы, снимают металлический кожух 2 и металлическое кольцо 12 с электродной системы 1 и окончательно готовят электродную систему и скважинный электрогидравлический аппарат к спуску в нефтяную скважину и к работе по очистке призабойной зоны скважины от солевых, асфальтено-смолистых и парафиновых отложений.

Автор изготовил и испытал опытный образец предлагаемой электродной системы на наземном электрическом стенде и в полевых условиях при подготовке скважинного электрогидравлического аппарата «ЭРА-1» к работе в нефтяных скважинах НГДУ «Джалильнефть» ОАО «Татнефть».

Предлагаемая электродная система позволила в полевых условиях НГДУ «Джалильнефть» быстро и безопасно для персонала и для окружающей среды (без разливов в землю), а также без нарушения условий взрывобезопасности на скважине провести экспресс-анализ на электрический пробой двух типов скважинных жидкостей: сырой нефти и дисциллята с добавкой катионного ПАВ, оптимизировать рабочий зазор в электродной системе скважинного электрогидравлического аппарата «ЭРА-1» и осуществить эффективную очистку призабойной зоны пяти нефтяных скважин от солевых, асфальто-смолистых и парафиновых отложений. Дебит нефтяных скважин вырос при этом на 151-196%.

1. Электродная система скважинного электрогидравлического устройства, содержащая положительный и отрицательный электроды, размещенные соосно напротив друг друга в металлическом корпусе с окнами, расположенными напротив межэлектродного промежутка, при этом положительный электрод изолирован от корпуса, а отрицательный электрод соединен с дном корпуса и имеет возможность перемещения относительно положительного электрода, отличающаяся тем, что дополнительно введен съемный металлический кожух, выполненный в виде стакана и установленный коаксиально корпусу электродной системы, при этом верхняя часть кожуха закреплена на корпусе электродной системы герметично, а в дне кожуха выполнены два отверстия, одно из которых заглушено пробкой и служит для заливки внутрь кожуха и электродной системы скважинной жидкости или химреагента, а во втором отверстии установлен торцовый ключ с сальниковым уплотнением, выполненный с возможностью механического соединения с отрицательным электродом и служащий для регулирования зазора между положительным и отрицательным электродами.

2. Электродная система по п.1, отличающаяся тем, что внутренний диаметр кожуха равен внутреннему диаметру обсадной колонны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу транспортировки "in situ" - на месте добычи битума или тяжелой нефти из месторождений нефтеносного песка. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретно к пороховым генераторам давления, и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к термическим способам добычи высоковязкой нефти и/или битума. .
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам разработки залежей высоковязких нефтей и природных битумов. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке месторождений высоковязкой нефти и/или битума с использованием термических способов добычи.

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для активизации или возобновления нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано для добычи тяжелой нефти и природных битумов. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке месторождения высоковязкой и битумной нефти. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при замере забойного давления в скважине

Изобретение относится к системе извлечения газообразного метана из подземного пласта гидрата метана с использованием тепловой энергии

Изобретение относится к способу добычи в естественном залегании битумов или особо тяжелой нефти из близких к поверхности месторождений нефтеносного песка, в котором для уменьшения вязкости битума или особо тяжелой нефти в месторождение вводят тепловую энергию, при этом применяют, по меньшей мере, одну транспортировочную трубу для транспортировки сжиженного битума или особо тяжелой нефти и, по меньшей мере, одну трубу для ввода тепловой энергии, которые проходят обе параллельно

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к области термической добычи нефти из неглубоких залежей

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности

Изобретение относится к разработке залежи высоковязкой нефти с применением тепла, сложенной из послойно-неоднородных пластов

Изобретение относится к разработке залежи высоковязкой нефти, сложенной из продуктивных пластов малой толщины

Изобретение относится к области контроля за разработкой нефтяных месторождений и может быть применено при термических способах разработки нефтяных залежей
Наверх