CN109339727A - 一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，包括金属外筒，金属外筒内依次设有储能单元、限流电阻单元、放电开关和放电电极，同轴设置且依次相连，储能单元通过多芯控制电缆与金属外筒外部的充电单元相连，储能单元通过多芯控制电缆实现充电和放电控制，储能单元包括金属弹片和圆柱体电容器，圆柱体电容器的轴心为正极，外壳为负极，其轴向两端设有连接头，连接头通过金属导体与轴心相连，圆柱体电容器通过连接头首尾相连实现并联，其外壳通过金属弹片与金属外筒内壁固定相连，本发明可以在狭小的油气井内产生爆炸效果，强烈的压力波可以使堵塞在管道孔隙的矿物质剥离，使石油可以顺利进入油井管道，提高油井产量。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲发生器技术领域，尤其涉及一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器 。
背景技术
在石油开采过程中，井下的地下水、油和各种矿物质的混合物通过油井管道的孔隙流入油井内，通过抽油机将石油抽上地面，然而地下矿物质组成成分复杂，开采过程中会有大量物质粘附在管道渗透孔中，日积月累造成孔隙变小甚至堵死，油井产量降低，甚至无法正常生产，需要对油井管道进行疏堵。
油气井深一般达数千米，且井下管道直径只有10cm左右，温度可达到100度左右，以及井下缺氧等因素，这些都将造成人员无法下井处理，所以一般采用物理疏堵或化学疏堵等方法，传统的物理疏堵是将井下的堵塞的管道抽出，在地面进行管道清理，然后再下放到井里，这样周期长，成本高而且造成长期停工影响产能；化学疏堵是将化学材料投入油井，利用化学反应使堵塞物质分解，从而达到解堵的方法，但解堵成本高，有效期短，且对油井有二次腐蚀损伤，容易造成环境污染等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，可以将其导入到狭小的油气井内，依据高压电脉冲通过石油混合物放电形成混合液体气化膨胀，产生爆炸效果，强烈的压力波可以使堵塞在管道孔隙的矿物质剥离，使石油可以顺利进入油井管道，提高油井产量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，包括金属外筒，所述金属外筒内依次设有储能单元、限流电阻单元、放电开关和放电电极，所述储能单元、限流电阻单元、放电开关和放电电极同轴设置，且依次相连，所述储能单元通过多芯控制电缆与金属外筒外部的充电单元相连，该储能单元通过所述多芯控制电缆实现充电和放电控制，所述储能单元包括多个金属弹片以及多个圆柱体电容器，所述圆柱体电容器的轴心为正极，外壳为负极，其轴向两端设有连接头，所述连接头通过金属导体与轴心相连，多个所述圆柱体电容器通过连接头首尾相连实现并联，且所述圆柱体电容器的外壳通过所述金属弹片与金属外筒内壁固定相连。
作为进一步的优化，所述限流电阻单元包括多个小电感电阻，串联后的多个小电感电阻一端与储能单元输出端电连接，另一端与放电开关高压端电连接。
作为进一步的优化，所述小电感电阻为缠绕式无感电阻、固体实心电阻或厚膜电阻中的一种。
作为进一步的优化，所述小电感电阻为缠绕式无感电阻。
作为进一步的优化，所述放电开关与所述多芯控制电缆连接，实现开关控制，该放电开关包括多个二极管，多个所述二极管通过串并联形式组成可高电压大电流放电的长条装结构，该长条状结构的一端螺纹连接限流电阻单元的输出端，另一端与放电电极相连。
作为进一步的优化，所述放电开关工作电压≥5000V，工作电流≥20kA。
作为进一步的优化，所述二极管为固态SCR可控硅二极管。
作为进一步的优化，所述放电电极为一组电极或相互串联的多组电极，所述放电电极之间的放电间隙距离为液体中可可靠击穿距离。
作为进一步的优化，所述圆柱体电容器的个数为20个。
作为进一步的优化，所述圆柱体电容器的电压为5000V，电容为6μF。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1.本脉冲发生器通过电脉冲疏堵，其冲击波可穿透管壁到达周围区域，疏堵效果好于化学疏堵方案；
2.相较化学疏堵高达数十万元的材料费，本脉冲发生器使用电能工作，单个脉冲充放电消耗电能约1度电，既节能又省成本；
3.相较普通电容器回路的电感量达到2μH以上，本脉冲发生器使用同轴电容器，可以大大降低回路电感量，整个回路电感量可减小至0.5μH，输出峰值达到20kA以上，较普通电容器电流峰值至少放大两倍以上；
4.使用本脉冲发生器，不会对油气井寿命产生影响，无腐蚀，无污染。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为本发明圆柱体电容器的示意图；
图3为本发明圆柱体电容器组合示意图。
图中，1.金属外筒；2.储能单元；3.限流电阻单元；4.放电开关；5.放电电极；6.多芯控制电缆；7.金属弹片；20.圆柱体电容器；21.轴心；22.外壳；23.连接头。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，包括金属外筒1，金属外筒1内依次设有储能单元2、限流电阻单元3、放电开关4和放电电极5，储能单元2、限流电阻单元3、放电开关4和放电电极5同轴设置，且依次相连，储能单元2通过多芯控制电缆6与金属外筒1外部的充电单元相连，该储能单元2通过多芯控制电缆6实现充电和放电控制。
如图2至图3所示，储能单元2包括多个金属弹片7以及多个圆柱体电容器20，圆柱体电容器20的轴心21为正极，外壳22为负极，其轴向两端设有连接头23，连接头23通过金属导体与轴心21相连，多个圆柱体电容器20通过连接头23螺纹连接后首尾相连实现并联，且圆柱体电容器20的外壳22通过金属弹片7与金属外筒1内壁固定相连，圆柱体电容器20的个数为十至二十个；圆柱体电容器20的电压为5000V，电容为6μF或12μF。
在狭小的井下空间内，发生器体积无法径向延伸，只能在轴向增加发生器长度，但是长度的增加使得发生器放电回路电感量增加，本圆柱体电容器20的轴心21为正极，外壳22为电容器负极，可通过首尾相连实现电容器并联，圆柱体电容器20的外壳22通过金属弹片与金属外筒1内壁相连，这样同轴的设计方法使得回路电感量极低，可有效增加输出电流峰值，提高输出电流，最大可输出电流峰值大于20kA。
限流电阻单元3包括多个小电感电阻，小电感电阻为缠绕式无感电阻，串联后的多个小电感电阻一端与储能单元2输出端电连接，另一端与放电开关4高压端电连接。
放电开关4与多芯控制电缆6连接，实现开关控制，该放电开关包括多个二极管，二极管为固态SCR可控硅二极管，具有通流大，工作稳定，不会受环境有较大影响等特点，多个二极管通过串并联形式组成可高电压大电流放电的长条装结构，该长条状结构的一端螺纹连接限流电阻单元3的输出端，另一端与放电电极5相连，放电开关4的工作电压≥5000V，工作电流≥20kA。
放电电极5为一组电极或相互串联的多组电极，放电电极5之间的放电间隙距离为液体中可可靠击穿距离。
工作原理：
本脉冲发生器采用直径约100mm、长约2.5-3m的金属外筒作为发生器承载体，使用并联的5kV 12μF的圆柱体电容器20十个，通过开关放电4，在间隙击穿的情况下，回路放电等效回路电感约1.5μH，回路限流阻抗约0.1Ω，理论可输出电流波形宽度约50μs，峰值约20kA的大电流波形。
本发明利用了可再生的电能工作，耗电量极低，一次脉冲仅需要一度电，大大降低了使用成本，而且脉冲大电流放电产生的冲击波以放电电极5为中心向四周扩散，数百兆帕的压力在短时间内快速变化，可使管壁上粘结的堵塞物质松动、剥离，甚至可以使管壁外围由于冲击波作用产生松动，从而达到更好的疏堵效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，包括金属外筒（1），所述金属外筒（1）内依次设有储能单元（2）、限流电阻单元（3）、放电开关（4）和放电电极（5），所述储能单元（2）、限流电阻单元（3）、放电开关（4）和放电电极（5）同轴设置，且依次相连，所述储能单元（2）通过多芯控制电缆（6）与金属外筒（1）外部的充电单元相连，该储能单元（2）通过所述多芯控制电缆（6）实现充电和放电控制，所述储能单元（2）包括多个金属弹片（7）以及多个圆柱体电容器（20），所述圆柱体电容器（20）的轴心（21）为正极，外壳（22）为负极，其轴向两端设有连接头（23），所述连接头（23）通过金属导体与轴心（21）相连，多个所述圆柱体电容器（20）通过连接头（23）首尾相连实现并联，且所述圆柱体电容器（20）的外壳（22）通过所述金属弹片（7）与金属外筒（1）内壁固定相连。
2.根据权利要求1所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述限流电阻单元（3）包括多个小电感电阻，串联后的多个小电感电阻一端与储能单元（2）输出端电连接，另一端与放电开关（4）高压端电连接。
3.根据权利要求2所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述小电感电阻为缠绕式无感电阻、固体实心电阻或厚膜电阻中的一种。
4.根据权利要求3所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述小电感电阻为缠绕式无感电阻。
5.根据权利要求1所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述放电开关（4）与所述多芯控制电缆（6）连接，实现开关控制，该放电开关包括多个二极管，多个所述二极管通过串并联形式组成可高电压大电流放电的长条装结构，该长条状结构的一端螺纹连接限流电阻单元（3）的输出端，另一端与放电电极（5）相连。
6.根据权利要求5所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述放电开关（4）的工作电压≥5000V，工作电流≥20kA。
7.根据权利要求5所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述二极管为固态SCR可控硅二极管。
8.根据权利要求1所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述放电电极（5）为一组电极或相互串联的多组电极，所述放电电极（5）之间的放电间隙距离为液体中可可靠击穿距离。
9.根据权利要求1所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述圆柱体电容器（20）的个数为十至二十个。
10.根据权利要求1所述的用于油气井下疏堵增产的同轴脉冲发生器，其特征在于，所述圆柱体电容器（20）的电压为5000V，电容为6μF或12μF。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190215 |