Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к скважинным геофизическим приборам. Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит накопитель электрической энергии, механизм подачи металлического проводника, состыкованный с плазменным излучателем, который в свою очередь соединен с блоком управления. К последнему жестко присоединена кабельная головка, на которую накручен кабельный наконечник с зафиксированным в нем геофизическим кабелем. Плазменный излучатель включает оппозитно расположенные высоковольтный и низковольтный электроды, каждый из которых имеет сменный контактный элемент из тугоплавкого материала, при этом на торцах обоих контактных элементов выполнены сферические углубления, обращенные вогнутостью друг к другу. Вместе с тем, сферические углубления на торцах контактных элементов имеют одинаковый радиус кривизны с общим центром, лежащим на общей геометрической оси. Кроме того, расстояние между высоковольтным и низковольтным электродами может ступенчато регулироваться путем попарной замены контактных элементов, имеющих иные геометрические размеры в осевом направлении. Помимо этого, контактный элемент высоковольтного электрода снабжен наружным изолятором по периферии. Технический результат - повышение надежности и эффективности работы скважинного источника плазменно-импульсного воздействия. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к скважинным геофизическим приборам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен источник упругих колебаний, раскрытый в RU 44183 U1, опубл. 27.02.2005. Известный скважинный источник упругих колебаний содержит корпус скважинного прибора, в котором размещены зарядное, накопительное и разрядное устройства, а также механизм подачи проволоки. Разрядное устройство содержит высоковольтный и низковольтный электроды, причем головка высоковольтного электрода изолирована от корпуса только воздушным промежутком и имеет выпуклую поверхность.

Основным недостатком данного известного источника упругих колебаний является низкая надежность работы устройства в целом, поскольку выпуклая форма головки высоковольтного электрода и незащищенность ее изолятором по периферии способствует соскальзыванию проволоки с головки электрода в момент подачи в излучатель и ее касанию корпуса скважинного прибора, что является причиной либо несрабатывания прибора, либо неполного испарения порции проволоки. Это снижает эффективность образования плазмы при испарении металлического проводника, а также надежность скважинного прибора в целом.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является скважинный источник сейсмической энергии, раскрытый в RU 2385472 С2, МПК G01V 1/01, опубл. 27.03.2010. Известный из наиболее близкого аналога скважинный источник сейсмической энергии содержит электро-гидроимпульсный разрядник с расположенными оппозитно низковольтным и высоковольтным электродами, снабженными контактными элементами из тугоплавкого металла, причем контактный элемент высоковольтного электрода имеет на торце сферическую впадину, предназначенную для предотвращения соскальзывания проволоки (металлического проводника) в момент подачи ее к высоковольтному электроду и ее касания корпуса («массы») скважинного прибора.

Недостатком известного из наиболее близкого аналога скважинного источника является отсутствие оптимальной формы межэлектродного пространства электрогидроимпульсного разрядника (по сути - плазменного излучателя), выраженное в том, что контактный элемент низковольтного электрода выступает в сферическую область газовоздушного пузыря, образующегося в скважинном флюиде в результате появления плазмы, что в свою очередь снижает скорость ударной волны при «схлопывании» пузыря и, как следствие, снижает эффективность воздействия на продуктивный пласт. Кроме того, контактный элемент высоковольтного электрода не имеет изолятора по периферии и находится в непосредственной близости от частей корпуса. Это может вызвать пробой на корпус без испарения металлического проводника и образования плазменного канала, что является отказом в работе устройства.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача заявляемого изобретения состоит в разработке скважинного источника плазменно-импульсного воздействия с повышенной эффективностью плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) на продуктивный пласт, а также повышении надежности устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы скважинного источника плазменно-импульсного воздействия.

Указанный технический результат достигается за счет того, что скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит последовательно соединенные между собой корпус блока управления, накопитель электрической энергии, плазменный излучатель и механизм подачи металлического проводника, причем корпус блока управления снабжен кабельной головкой, а в плазменном излучателе расположены высоковольтный и низковольтный электроды, каждый из которых имеет на конце сменный контактный элемент из тугоплавкого материала, при этом на торцах обоих контактных элементов выполнены сферические углубления.

Сферические углубления на торцах контактных элементов имеют одинаковый радиус кривизны с общим центром, лежащим на общей геометрической оси.

Высоковольтный и низковольтный электроды выполнены с возможностью ступенчатого регулирования расстояния между ними путем замены контактных элементов, имеющих иные геометрические размеры в осевом направлении.

Контактный элемент высоковольтного электрода снабжен наружным изолятором по периферии.

Низковольтный электрод жестко соединен при помощи переходного корпуса с корпусами механизма подачи металлического проводника и плазменного излучателя.

В низковольтном электроде и в его контактном элементе выполнено сквозное отверстие для подачи металлического проводника в межэлектродное пространство.

Высоковольтный электрод жестко соединен с корпусом плазменного излучателя.

Кабельная головка снабжена кабельным наконечником, в котором зафиксирован геофизический кабель, соединенный с блоком управления.

В качестве тугоплавкого материала применены молибден или сплав ВНЖ (сплав вольфрам-никель-железо).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - общий вид скважинного источника плазменно-импульсного воздействия;

фиг. 2 - продольный разрез плазменного излучателя;

фиг. 3 - поперечный разрез плазменного излучателя.

1 - накопитель электрической энергии; 2 - механизм подачи металлического проводника; 3 - блок управления; 4 - кабельная головка; 5 - кабельный наконечник; 6 - плазменный излучатель; 7 - геофизический кабель; 8 - корпус плазменного излучателя; 9 - высоковольтный электрод; 10 - низковольтный электрод; 11 - контактный элемент высоковольтного электрода; 12 - контактный элемент низковольтного электрода; 13 - изолятор наружный; 14 - изолятор конусный; 15 - изолятор хвостовой; 16 - уплотнительные кольца; 17 - изолятор направляющий; 18 - корпус переходной; 19 - корпус накопителя электрической энергии; 20 - корпус механизма подачи проводника; 21 - резьбовое соединение; 22 - металлический проводник; 23 - гибкая шина; 24 - лоток накопителя энергии; 25 - гайка; 26 - провод управления; 27 - гермоввод.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит последовательно соединенные между собой корпус блока управления (3), накопитель электрической энергии (1), плазменный излучатель (6) и механизм (2) подачи металлического проводника, причем корпус блока управления (3) снабжен кабельной головкой (4), а в плазменном излучателе (6) расположены высоковольтный (9) и низковольтный (10) электроды, каждый из которых имеет на конце сменный контактный элемент (11, 12) из тугоплавкого материала, при этом на торцах обоих контактных элементов (11, 12) выполнены сферические углубления.

В качестве тугоплавкого материала применены молибден или сплав ВНЖ.

Сферические углубления на торцах контактных элементов (11, 12) имеют одинаковый радиус кривизны с общим центром, лежащим на общей геометрической оси. Высоковольтный (9) и низковольтный (10) электроды выполнены с возможностью ступенчатого регулирования расстояния между ними путем замены контактных элементов (11, 12), имеющих иные геометрические размеры в осевом направлении.

Контактный элемент (11) высоковольтного (9) электрода снабжен наружным изолятором (13), охватывающим его по периферии и предотвращающим пробой на корпус (8) плазменного излучателя (6). Кроме того, наличие наружного изолятора (13) позволяет максимально приблизить край контактного элемента (11) к стенке корпуса (8) плазменного излучателя (6), т.е. увеличить диаметр и площадь лобового сечения контактного элемента (11), а это, в свою очередь, снижает вероятность прохождения изгибающегося металлического проводника (22) мимо высоковольтного электрода (9) и, следовательно, повышает надежность устройства в целом.

Высоковольтный электрод (9) изолирован от корпуса (8) плазменного излучателя (6) при помощи конусного (14) и хвостового (15) изоляторов, причем последний с целью облегчения монтажа выполнен составным из 2-х частей.

Низковольтный (10) электрод жестко соединен при помощи переходного корпуса (18) с корпусами (20, 8) механизма (2) подачи металлического проводника и плазменного излучателя (6).

В низковольтном (10) электроде и в его контактном элементе (12) выполнено сквозное отверстие для подачи металлического проводника (22) в межэлектродное пространство.

Изолятор направляющий (17), расположенный внутри низковольтного электрода (10), способствует предотвращению пригорания металлического проводника (22) к деталям, соприкасающимся с корпусом плазменного излучателя (8), с корпусом переходным (18) и остальными корпусными деталями устройства.

Высоковольтный (9) электрод жестко закреплен в корпусе (8) плазменного излучателя (6) при помощи конусного (14) и хвостового (15) изоляторов.

Кабельная головка (4) снабжена кабельным наконечником (5), в котором зафиксирован геофизический кабель (7), соединенный с блоком управления (3).

В корпусе (8) плазменного излучателя (6) и в корпусе переходном (18) выполнены объединенные в один наклонно-горизонтальные каналы, в которых располагается провод управления (26), идущий от блока управления (3) через всю длину накопителя электрической энергии (1) к механизму (2) подачи металлического проводника. По обоим торцам объединенного канала расположены гермовводы (27), препятствующие проникновению скважинного флюида внутрь устройства.

В корпусе (8) плазменного излучателя (6), а также в задней части хвостового изолятора (15) выполнены канавки для уплотнительных колец (16), которые обеспечивают герметичность внутреннего пространства и препятствуют проникновению скважинной жидкости.

Корпус (8) плазменного излучателя (6) жестко связан (например, винтами) с лотком (24) накопителя электрической энергии (1), в котором расположена цепочка конденсаторов (не показаны). Для электрического соединения плазменного излучателя (6) с накопителем электрической энергии (1) служит гибкая шина (23).

Герметичность установки высоковольтного электрода (9) в корпусе (8) плазменного излучателя (6) достигается за счет прижатия друг к другу конусных поверхностей 3-х сопрягаемых деталей: корпуса (8) плазменного излучателя (6), высоковольтного электрода (9) и конусного изолятора (14), выполненного из мягкого изолирующего материала, например фторопласта. Полное прилегание и прижатие сопрягаемых конусных поверхностей обеспечивается при помощи осевого усилия, создаваемого затяжкой гайки (25).

Корпус переходной (18) и корпус (8) плазменного излучателя (6) состыкованы друг с другом при помощи резьбовых соединений (21), например винтов, причем головки последних утоплены по отношению к межэлектродному пространству плазменного излучателя (6) и находятся вне зоны ударной волны, образующейся при работе устройства.

Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия работает следующим образом.

В соответствии с фиг.1-3 от наземного пульта (не показан) по геофизическому кабелю (7) при помощи блока управления (3) через провод управления (26) подаются импульсы на механизм (2) подачи металлического проводника, который осуществляет движение сгораемого металлического проводника (22) до касания с контактным элементом (11) высоковольтного электрода (9) плазменного излучателя (6), причем конфигурация и размеры контактного элемента (11), выставленное межэлектродное расстояние, а также параметры металлического проводника (22) способствуют их гарантированному соприкосновению. После этого с наземного пульта подается команда на повышение напряжения и заряд конденсаторов, расположенных в накопителе электрической энергии (1). При достижении необходимого уровня заряда конденсаторов, который контролируется наземным пультом, подается команда на разряд, в результате чего в плазменном излучателе (6) происходит мгновенный нагрев металлического проводника (22), его испарение и образование плазменного канала между контактными элементами (11) и (12) высоковольтного (9) и низковольтного (10) электродов соответственно, при этом в скважинном флюиде формируется газовоздушный пузырь. При «схлопывании» газовоздушного пузыря, которое происходит со сверхзвуковой скоростью, возникает ударная волна, распространяющаяся в скважинном флюиде и в скелете продуктивного пласта. Сферические углубления, выполненные на торцах контактных элементов (11) и (12), задают наиболее рациональную сферическую форму газовоздушного пузыря, а также инициируют сокращение времени его роста и увеличение скорости «схлопывания», а значит, скорости и эффективности ударной волны, что в конечном итоге повышает надежность устройства в целом и эффективность плазменно-импульсного воздействия на продуктивный пласт.

При этом головки резьбовых элементов (21) расположены вне сферы ∅ В (фиг. 2), т.е. выведены из зоны действия ударной волны, на пути которой неизбежно остаются только перемычки корпуса (8) плазменного излучателя (6), которые имеют в поперечном сечении обтекаемую форму (фиг. 3). Факт электровзрыва фиксируется наземным пультом, затем снова проходит команда на подачу проводника, накопление электрической энергии, и процесс повторяется. В зависимости от решаемых задач параметры электровзрыва можно изменять путем замены металлического проводника (22) с другими электрическими параметрами и попарной замены контактных элементов (10) и (11) на аналогичные с другими геометрическими размерами в осевом направлении, при которых изменяется размер сферы ∅ В и длина сгораемой части металлического проводника (22).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить скважинный источник плазменно-импульсного воздействия, позволяющий увеличить надежность и эффективность его работы.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

1. Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия, содержащий последовательно соединенные между собой корпус блока управления, накопитель электрической энергии, плазменный излучатель и механизм подачи металлического проводника, причем корпус блока управления снабжен кабельной головкой, а в плазменном излучателе расположены высоковольтный и низковольтный электроды, каждый из которых имеет на конце сменный контактный элемент из тугоплавкого материала, при этом на торцах обоих контактных элементов выполнены сферические углубления.

2. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что сферические углубления на торцах контактных элементов имеют одинаковый радиус кривизны с общим центром, лежащим на общей геометрической оси.

3. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что высоковольтный и низковольтный электроды выполнены с возможностью ступенчатого регулирования расстояния между ними путем замены контактных элементов, имеющих иные геометрические размеры в осевом направлении.

4. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что контактный элемент высоковольтного электрода снабжен наружным изолятором по периферии.

5. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что низковольтный электрод жестко соединен при помощи переходного корпуса с корпусами механизма подачи металлического проводника и плазменного излучателя.

6. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что в низковольтном электроде и в его контактном элементе выполнено сквозное отверстие для подачи металлического проводника в межэлектродное пространство.

7. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что высоковольтный электрод жестко соединен с корпусом плазменного излучателя.

8. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что кабельная головка снабжена кабельным наконечником, в котором зафиксирован геофизический кабель, соединенный с блоком управления.

9. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого материала применены молибден или сплав ВНЖ.