CN106540871A - 一种用于油井解堵的电脉冲放电电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油井解堵的电脉冲放电电极。根据液电效应，电容器储存电能在液体中通过放电电极瞬间放电转换成冲击波能量，冲击波可以有效解除周围套管射孔的堵塞，整个放电电极形状为圆柱体。其结构包括：高压电极、低压电极、上绝缘端盖，下绝缘端盖。高压电极与低压电极结构对称，两电极一端为圆柱体，另一端为半球体，半球体表面设置有若干凸起小圆柱。电极与绝缘端盖通过螺纹连接，上下绝缘端盖通过螺栓连接，其中下绝缘端盖为镂空的圆柱面，以利于冲击波传输出去。本发明通过合理设计的电极形状，有效地反射冲击波增加了能量转换效率，设置凸起小圆柱提高了电极使用寿命及放电稳定性。

Description

一种用于油井解堵的电脉冲放电电极

技术领域

本发明涉及一种电能机械能转换装置，特别涉及高压脉冲液体放电领域将电能转换成机械能的放电结构。

背景技术

1955 年，前苏联工程师尤特金发现大电流脉冲液体放电可以产生巨大的机械效应，并将其命名为液电效应（《液电效应》，科学出版社，1962）。液电效应在工业领域具有很大的应用前景，实现液电效应需要大电流脉冲发生装置。该装置可以用于油水井解堵、页岩气增渗、脉冲钻孔技术、岩石破碎、管道除垢等基于“液电效应”原理的领域（《脉冲电流技术》，西安交通大学出版社，2008）。而放电电极是大电流脉冲发生装置关键部件之一，将储存的电能通过在液体中瞬间放电转化为冲击波。能量转换器的结构设计决定了能量转换效率，电极使用寿命，放电稳定性。

能量转换器的结构、尺寸、电极间隙距离等都直接影响到产生冲击波的参数，由于是对径向方向井壁上的射孔进行解堵，冲击波应尽量作用于径向方向。中国专利（申请号：85103629）设计了一种钟罩型同轴放电电极，工作电压15千伏。中国专利（申请号：200820029050.2）放电电极为尖-板形式，其中尖为圆柱形电极，工作电压可达30千伏。中国专利（申请号：201620323228.9）设计了一种包括两组放电电极和两个以上承力支架的电火花震源发射电极头。上述应用属于电弧放电，上诉专利中，放电都集中在一点，放电电极烧蚀较快，设计电极结构时未充分考虑到电极形状对能量使用效率的影响，轴向冲击波能量被浪费。

发明内容

为了解决电极材料烧蚀问题，提高电极使用寿命以及能量使用效率，本发明提出了一种用于油井解堵的电脉冲放电电极。具有一个高压电极和一个低压电极。本发明能够在较高电压等级（30kV以下）、较高电流等级（20kA）下稳定工作。放电通道在高低压电极上的不同凸点间随机形成，解决了放电集中的问题，延长了电极使用寿命。电极的半球形构造和下绝缘端盖的镂空处理可使本发明具有较高的电能转换效率，使尽可能多的能量作用于径向方向上的射孔中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括四个组成部分：高压电极、低压电极、上绝缘端盖、下绝缘端盖。四部分采用同轴结构，高压电极通过螺纹与上绝缘端盖连接为一体，低压电极通过螺纹与下绝缘端盖连接为一体，两绝缘端盖通过螺栓连接。高压电极和低压电极采用铜钨合金制成。上绝缘端盖和下绝缘端盖采用环氧材料。

将储存在脉冲电容器中的电量通过放电开关、放电电极快速在液体中释放，将液体瞬间气化形成真空腔，向四周产生巨大的冲击波，以解除油井射孔堵塞。电极不仅起着转换电能的作用，在发生放电后，更要将冲击波最大限度释放到径向垂直井壁方向，以提高能量利用率。本发明将电极形状设计成半球型，可以将冲击波更好地反射出去，冲击波的径向分量可以直接传送到井壁上，轴向分量会通过半球形电极反射到径向方向，充分提高了能量有效率。由于一对高低压半球型电极的放电会集中在两个球面的顶点处，电极磨损速率较大，因此，在表面设置了若干凸起，凸起的顶点与球面顶点在同一平面，这些凸起和球面顶点随机发生放电，大幅度增加电极寿命，且不影响冲击波的传播，当某个凸点磨损严重时，该凸点的放电概率就会下降，增加了放电稳定性。且电极间隙可以调节，以便产生不同强度的能量，适应油井解堵实际所需能量。

本发明的有益效果是：1.半球型电极形状，有利于将冲击波反射到垂直井壁方向，以及下绝缘端盖镂空处理，能够大幅度提高能量有效利用率；2.电极表面设置凸起的小铜柱，有利于分散放电位置，避免放电只发生在两半球电机的顶点部位，延长电极使用寿命，还能自动剔除已损坏的放电位置；3.电极间隙能自由调节，可以产生不同强度的能量，适应实际；4.本发明结构简单，成本较低，使用稳定。

附图说明

图1为本发明电脉冲放电电极结构示意图，图中：1螺栓与螺母，2上绝缘端盖，3高压电极，4下绝缘端盖，5低压电极，6凸起铜柱。

图2为本发明半球型电极立体图，图中：5低压电极，6凸起铜柱，7半球顶点的切面。凸起的铜柱与半球顶点等高。

图3为本发明工作现场图，8车载大功率高压直流发生装置，9储能电容器，10三电极开关，11放电电极，12触发脉冲。

图4为本发明工作原理图，8高压直流电流源，13同轴铠装传输电缆，9储能电容器，10三电极开关，12触发脉冲，11放电电极。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细说明本发明的内容。

如图1所示：本发明包括高压电极3、低压电极5、上绝缘端盖2、下绝缘端盖4。四部分采用同轴结构，高压电极3通过螺纹与上绝缘端盖2连接为一体，通过螺纹可以实现电极的上下移动。低压电极5通过螺纹与下绝缘端盖4连接为一体，两绝缘端盖通过螺栓连接。高压电极3和低压电极5采用耐高温、耐腐蚀的金属材料，如铜钨合金制成。上绝缘端盖2和下绝缘端盖4采用绝缘材料，如环氧材料。

图2为本发明的低压电极结构示意图，所述低压电极5为带有凸起的半球型电极，电极一端为圆柱体，另一端为半球体，半球体表面有若干凸起圆柱体6，凸起的顶点与半球顶点的切面7重合，凸起圆柱体6与电极一次成型加工。两电极居中对齐安装，间隙可随实际使用情况调节。

图3为本发明的工作现场图，车载大功率高压直流电流发生装置8置于工程车内，通过3km左右同轴电缆将电能输送到井下射孔区域处，通过放电电极11瞬间放电导通，在油水混合物中产生约20kA左右的强电流，放电区域瞬间形成真空腔，通过本发明放电电极11向井壁发射冲击波，达到油井解堵作用。待该小段射孔区域解堵完成后，升高放电电极11在井中位置，对下一段射孔区域重复解堵，直至整口油井解堵成功。

图4为本发明工作原理图。高压直流电源8对储能电容器9进行充电，待充电电压达到预设电压时，触发脉冲12使三电极开关10导通，放电电极11发生放电，产生热、光、力等形式的能量。通过本发明特殊的电极形状，将大部分能量沿径向方向发射出去，对射孔进行解堵作用。

本发明可应用于由于射孔堵塞而发生产油量下降的油井中，也可以直接或适当改造用于页岩气增渗、脉冲钻孔技术、岩石破碎、管道除垢等基于“液电效应”原理的领域。

通过本实施例的电极结构，能使电弧放电后，更多的冲击波能量作用到井壁，延长电极使用寿命，自动剔除已损坏的放电位置，可以产生不同强度的能量，适应实际需求。本发明结构简单，成本较低，使用稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于油井解堵的电脉冲放电电极，由高压电极、低压电极、上绝缘端盖，下绝缘端盖组成，其特征在于：所述电极为带有凸起的半球型电极，电极一端为圆柱体，另一端为半球体，半球体表面有若干凸起圆柱体，两电极居中对齐安装，且间隙可以通过旋转电极进行调节；所述绝缘端盖分为上绝缘端盖和下绝缘端盖，二者通过螺栓连接，下绝缘端盖为外表面有镂空的的空心圆柱体。

2.根据权利要求1所述的液电效应能量转换器，其特征在于：所述高压电极与低压电极由金属材料制成，上绝缘端盖和下绝缘端盖由绝缘材料制成。