CN107124117A - 一种用于油井解堵的低频电脉冲放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油井解堵的电脉冲放电装置。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。其结构包括：中频高压恒流电源系统、储能单元、能量转换单元、测量保护控制单元。三相电经整流、逆变为中频电，经恒流转换器变为中频交流恒流电，通过测井电缆输送到井下系统，经过井下升压整流模块变为高压直流电，对储能电容进行充电，充电完成后，经真空放电开关，通过能量转换器在液体中放电，将电能转换成巨大的冲击波能量，对周围井壁进行解堵。本发明利用井上产生中频恒流电，井下变压器级联的方式，降低了井下设备的体积及发热问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电脉冲产生装置，特别涉及高压脉冲液体放电领域，用于油井增产。
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）。但由于常用油井最小直径仅为114mm，井下三千米处温度约120℃，湿度大，液体具有腐蚀性等恶劣环境与苛刻条件的限制，该脉冲放电装置与普通大功率脉冲产生装置差异较大，至今仍未制造出可以大规模推广使用的国产脉冲解堵设备。
该装置井下部分为长圆柱体结构，直径应尽可能小，长度尽可能短，以防止装置卡在油井某位置，造成油井报废；同时该装置应能耐高温，密闭性好，能产生尽可能大的冲击能量，以适应于各类型堵塞油井。中国专利（申请号：2016203090625）设计了一种电磁高频脉冲解堵造缝增产工具；中国专利（申请号：02235399）设计定压触发电脉冲解堵装置。上述方案都采用了工（低）频恒压充电方式，该方案在井下需设有限流电阻，充电效率最高只有50%且电阻发热会引起封闭装置过热；充电频率较低导致井下升压模块体积过大；而且定压触发方式，针对不同堵塞程度，无法调节恰当的放电电压。
发明内容
为了解决油井开采中后期，油井套管射孔被砂石堵塞导致大规模减产的问题，本发明提出了一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，可以对堵塞射孔进行清理，达到增产目的。本发明主要包括三相整流器，中频逆变器，LC恒流转换模块，升压整流模块，储能电容，真空开关装置，能量转换器。其中三相整流器，中频逆变器，LC恒流转换模块为井上部分；升压整流模块，储能电容，真空开关装置，能量转换器为井下部分。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
三相电源经整流模块整流为直流电，经滤波电容，通过逆变模块逆变为中频电，然后经LC串联谐振恒流转换器变为中频交流恒流电，通过测井电缆输送到井下系统，经过井下升压整流模块变为高压直流电，对储能电容进行充电，待测量保护控制模块检测到充电完成后，触发真空放电开关，能量转换器（放电电极）在液体中瞬间放电，将储存电能转换成巨大的冲击波能量，对周围井壁进行解堵作业。
本发明的有益效果是：1.恒流充电不需要限流电阻，有效改善恒压充电时限流电阻的发热问题，而且恒流充电的效率高，带负载能力强；2.中频充电可以大幅度降低变压器体积，2000Hz中频与工频相比，可以将变压器体积降低数十倍；3.储能电容采用金属化薄膜电容器，能适应恶劣的装置使用环境，该电容器耐高温，具有自愈性；4.升压模块采用了多个变压器级联的方式，解决了单个变压器在狭窄装置中，无法直接升压至所需高电压；5.三电极开关控制系统，通过提前设置目标电压值，可以闭环控制放电电压，以便产生不同强度的能量，适应油井解堵实际所需能量。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图，图中：1三相整流器，2滤波电容，3逆变器，4LC串联谐振恒流转换器，5升压整流模块，6储能电容，7.测量控制保护系统，8.真空触发管，9.放电电极。
图2为本发明升压整流模块结构示意图，图中：5升压整流模块，6储能电容。
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：三相电经三相整流器（1）和滤波电容（2）后，变为脉动较小，电压约为513V的直流电，再经过IGBT组成的全桥逆变器（3），变为频率为2000Hz的方波交流电，通过LC串联谐振恒流变换器（4），变成2000Hz正弦交流恒流电，经升压整流模块（5）输出脉动较小的直流恒流源，该恒流源对储能电容（6）进行恒流充电，电容器上的电压等梯度升高，待电压升至预设电压25KV时，测量控制保护系统（7）检测到电压达到预期电压，对真空触发管（8）进行触发，放电电极（9）发生放电，产生热、光、力等形式的能量对周围井壁进行解堵作业。
图2为本发明升压整流模块结构示意图，各小型变压器原边侧并联中频交流恒流电，副边侧分别接整流桥后串接一起，达到较高的升压变比效果。
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。
通过本实施例的装置，能设计出一个充电效率较高，体积较小，系统稳定，耐温耐腐蚀的脉冲发生装置。
Claims (6)
1.一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，由变频模块，恒流转换模块，升压整流模块，储能模块，能量转换模块组成。
2.根据权利要求书1所述的一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，其特征在于，变频模块与恒流转换模块放置于井上；升压整流模块，储能模块，能量转换模块集成为一个长圆柱体结构，通过测井电缆放置于井下油层堵塞处。
3.根据权利要求书1所述的一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，其特征在于，所述的变频模块通过三相整流模块对三相电进行整流，经滤波电容降低直流脉动后，通过逆变器转换为频率为1000-2000Hz的中频电。
4.根据权利要求书1所述的一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，其特征在于，所述恒流转换模块为LC恒流谐振转换，其中谐振电感L为变压器漏感以及电路的杂散电感总和，C为谐振电容，LC谐振频率稍小于开关频率的一半，使逆变器能够软开关动作。
5.根据权利要求书1所述的一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，其特征在于，所述升压整流模块为变压器级联后整流，即多个完全一致的变压器原边侧并联，副边侧经全桥整流后串接；变压器铁芯材料为工作温度可达150℃的锰锌铁氧体。
6.根据权利要求书1所述的一种用于油井解堵的电脉冲放电装置，其特征在于，所述储能模块由若干金属化薄膜电容器串并联构成，薄膜材质为PPS(聚苯硫醚)膜，导电涂层为带有防爆保险丝的网格结构的金属层。
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