CN114961646B - 一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置及方法，装置包括：高功率脉冲电源以及放电开关，疏通器，密封环，包括两个密封环设置在筒壁内壁与疏通器之间且同轴上下设置，两个密封环之间形成环形高压工作区域，所述疏通器包括：阵列式工作环，疏通器底座；通过利用脉冲电流驱动金属电爆炸所产生的高温高压等离子体冲击波来完成井筒和渗流通道内的解堵疏通，不涉及含能材料和化合物解堵剂，大大提高了解堵疏通作业安全性和储运勤务便捷性，节省时间和经费，对环境的影响和污染极小，工作时金属介质可完全形成等离子体冲击波直接与堵塞部分的砂砾油层等完全充分作用，能量利用效率高，解堵疏通效果好，工作后无残余。

Description

一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置及方法

技术领域

本发明涉及油气开采领域，具体涉及一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置及方法。

背景技术

随着世界范围内原油的大量开采，大部分油田已经到了开发瓶颈期，油层孔隙的渗透性越来越差。油气井在开采和生产作业一段时间后，往往会出现局部锈蚀、积蜡、砂石堵塞等现象，特别是注水井的结垢问题比较严重，经常发生堵塞事件，严重影响原油的产量。

目前常用的油井解堵方法有物理解堵和化学解堵两种方法，两种解堵方法工艺相对成熟，都可以提高原油的流通性，增加油田的产量，但两种解堵方法都存在一定的缺陷，增产效率有限。

化学解堵主要采用压裂和酸化技术，利用化学溶液对油井中的堵塞物进行化学溶蚀，达到解堵效果，但是会对油层造成二次污染，同时也会腐蚀井下管壁等。物理解堵方法由于工艺复杂，适用范围相对较窄，利用效率较低。对于套管已经变形和损坏严重的油气井来说，常规解堵方法处理起来十分困难，作业费用高，效果差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置及方法，利用脉冲电流驱动金属电爆炸产生的高温高压等离子体诱导冲击波来疏通油气井堵塞区域，以解决油气井的解堵疏通等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，提供一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置，包括：高功率脉冲电源以及放电开关，设置在筒壁的外部；疏通器，设置在筒壁内，所述疏通器用于产生冲击波通过冲开筒壁上的射孔，进入到指定区域进行解堵疏通；密封环，包括，两个密封环设置在筒壁内壁与疏通器之间且同轴上下设置的第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和第二密封环之间形成环形高压工作区域，并覆盖所需解堵疏通的区域对应在筒壁上的射孔；所述疏通器包括：阵列式工作环，用于接受脉冲电流能量后发生电爆炸，形成高温高压金属等离子体冲击波；疏通器底座，用于保证电源正负极与阵列式工作环的良好接触。

作为本发明的一种优选实施方式：所述阵列式工作环包括：绝缘筒、第一电极环、第二电极环、金属丝、绝缘薄膜层、固定槽；所述绝缘筒两端分别安装有第一电极环、第二电极环；所述金属丝阵列排布在两个电极环之间；所述固定槽设置在两个电极环上。

作为本发明的一种优选实施方式：所述阵列式工作环采用对称圆环状结构。

作为本发明的一种优选实施方式：所述疏通器为圆柱形结构，所述疏通器还包括：正极输电杆、绝缘隔离筒、正极转接器，所述绝缘隔离筒与阵列式工作环、正极转接器配合连接安装，所述正极输电杆的端部与正极转接器连接。

作为本发明的一种优选实施方式：所述疏通器底座包括中心正极、负极筒、极间绝缘层；所述极间绝缘层固定在负极筒内侧，所述中心正极与极间绝缘层之间通过密封圈结构密封；所述中心正极的下端面开设正极转接接口，正极转接接口采用内螺纹结构；所述负极筒的下端面开设负极转接接口；所述极间绝缘层的下端面开设环状安装槽用于与绝缘隔离筒配合连接。

作为本发明的一种优选实施方式：所述中心正极与极间绝缘层设置对应相互配合的台阶结构，所述负极转接接口的结构采用阶梯型圆环面。

作为本发明的一种优选实施方式：所述正极输电杆包括铜质正极杆、外绝缘层，所述外绝缘层固定在铜质正极杆的外部。

作为本发明的一种优选实施方式：所述正极转接器包括：正极转接片、正极压紧螺母、正极绝缘套、正极盖；所述正极转接片的上端面开设环状槽用于与绝缘隔离筒配合连接，正极转接片的中心与正极输电杆的端部螺纹连接；所述正极绝缘套的外部台阶与所述正极盖的顶部之间安装有密封环；所述正极盖的中心开螺纹孔，与正极杆配合连接。

另一方面，提供一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置的疏通方法，包括以下步骤：

步骤1，对阵列工作环进行装配，将铜质电极环对齐固定到绝缘筒的两端，金属丝固定在电极环的安装槽内，并在环形高压工作区域表面覆盖绝缘薄膜层，然后将密封圈安装到极间绝缘层的密封圈槽内，将同轴部件中心正极和带极间绝缘层的负极筒进行装配；

步骤2，依据设定的环形高压工作区域长度要求，选择合适长度的正极输电杆和绝缘隔离筒，选定对应数量的阵列工作环，随后将正极输电杆顶端旋入中心正极的正极转接接口内，将绝缘隔离筒放入极间绝缘层的安装槽内，依次套入选定数量的阵列式工作环，将正极转接片旋入正极输电杆的端部螺纹并紧固，再将正极压紧螺母旋入正极输电杆的端部螺纹并紧固；

步骤3，在正极转接片上套入正极绝缘套，将密封环安装到正极绝缘套的台阶处，将正极盖旋到正极杆的顶部螺纹上并旋紧，在疏通器的外部装上另一个筒壁密封环，放置整个装置到指定深度位置，使疏通器的环形高压工作区域覆盖所需解堵疏通的区域；

步骤4，闭合放电开关，高功率脉冲电源向疏通器的阵列式工作环释放脉冲电流能量，使得金属丝发生电爆炸，在筒壁密封环所形成的有限空间环形高压工作区域内形成高温高压金属等离子体冲击波，使快速冲开堵塞的射孔并向油气储层内部传递冲击波压力。

进一步，在步骤4中，通过控制和调节高功率脉冲电源所产生的脉冲电流的幅值和脉宽，选定适当数量的阵列式工作环以及适配的正极输电杆和绝缘隔离筒，可有效调节和获得不同温度压力状态的金属等离子体冲击波，并获得不同作用距离和范围的解堵疏通效果。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

1.该装置利用脉冲电流驱动金属电爆炸所产生的高温高压等离子体冲击波来完成井筒和渗流通道内的解堵疏通，不涉及含能材料和化合物解堵剂，大大提高了解堵疏通作业安全性和储运勤务便捷性，节省时间和经费，对环境的影响和污染极小。该装置工作时，金属介质可完全形成等离子体冲击波直接与堵塞部分的砂砾油层等完全充分作用，能量利用效率高，解堵疏通效果好，工作后无残余。

2. 通过控制和调节高功率脉冲电源所产生的脉冲电流的幅值和脉宽，选定适当的阵列式工作环数量，适配的正极输电杆和绝缘隔离筒，可有效调节和获得不同温度压力状态的金属等离子体冲击波，从而获得不同作用距离和范围的解堵疏通效果，冲击波参数与脉冲电流直接相关可控，受环境影响较小，具有较宽的使用温度和压力范围。

附图说明

图1为本发明实施例中的表面放电式等离子体冲击波疏通装置结构示意图；

图2为本发明实施例中的疏通器结构示意图；

图3为本发明实施例中的疏通器底座结构示意图；

图4为本发明实施例中的正极输电杆结构示意图；

图5为本发明实施例中的阵列式工作环结构示意图；

图6为本发明实施例中的正极转接器结构示意图。

图中：1为筒壁、2为密封环、3为疏通器、4为环形高压工作区域、5为油气储层、6为高功率脉冲电源、7为放电开关、8为射孔、31为疏通器底座、32为正极输电杆、33为绝缘隔离筒、34为阵列式工作环、35为正极转接器、311为中心正极、312为正极转接接口、313为负极筒、314为负极转接接口、315为极间绝缘层、316为环状安装槽、317为密封圈、318为台阶结构、321为正极杆、322为外绝缘层、341为绝缘筒、342为第一电极环、343为第二电极环、344为金属丝、345为绝缘薄膜层、346为固定槽、351为正极转接片、352为环状槽、353为正极压紧螺母、354为正极绝缘套、355为正极盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

如图1所示为本发明一种实施例的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，包括：主要包括密封环2、疏通器3、高功率脉冲电源6和放电开关7。疏通器放置在筒壁1对应的所需解堵疏通作业处，高功率脉冲电源6和放电开关7放置在疏通器上方一定安全距离处。

高功率脉冲电源6以及放电开关7，设置在筒壁1的外部；疏通器3，设置在筒壁1内，所述疏通器3用于产生冲击波通过冲开筒壁1上的射孔8，进入到油气储层5进行解堵疏通；

密封环2，包括，两个密封环设置在筒壁内壁与疏通器之间且同轴上下设置的第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和第二密封环之间形成环形高压工作区域4，并覆盖所需解堵疏通的区域对应在筒壁1上的射孔8；

所述疏通器3包括：阵列式工作环34，用于接受脉冲电流能量后发生电爆炸，形成高温高压金属等离子体冲击波；疏通器底座31，用于保证电源正负极与阵列式工作环34的良好接触。

如图3所示，疏通器底座31包括中心正极311、负极筒313、极间绝缘层315，

所述极间绝缘层315固定在负极筒313内侧，所述中心正极311与极间绝缘层315之间通过密封圈317结构密封；所述中心正极311的下端面开设正极转接接口312，正极转接接口312采用内螺纹结构，与正极输电杆32的顶端配合旋入进行连接；所述负极筒313的下端面开设负极转接接口314；所述极间绝缘层315的下端面开设环状安装槽316用于与绝缘隔离筒33配合连接。疏通器底座31用于保证电源正负极与阵列式工作环的良好接触。

如图5所示，阵列式工作环34主体结构采用对称圆环状结构，阵列式工作环34包括：绝缘筒341、第一电极环342、第二电极环343、金属丝344、绝缘薄膜层345、固定槽346，所述绝缘筒341两端分别安装有第一电极环342、第二电极环343；所述金属丝344阵列排布在两个电极环之间；所述固定槽346设置在两个电极环上。阵列式工作环34用于接受脉冲电流能量后发生电爆炸，形成高温高压金属等离子体冲击波。

实施例2

如图2所示，本实施例的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，在实施例1的基础上做进一步改进，所述疏通器3包括：疏通器底座31、正极输电杆32、绝缘隔离筒33、阵列式工作环34和正极转接器35。疏通器3整体采用圆柱形结构，所述绝缘隔离筒33与阵列式工作环34、正极转接器35配合连接安装，所述正极输电杆32的端部与正极转接器35连接。

如图4所示，正极输电杆32包括铜质正极杆321、外绝缘层322，所述外绝缘层322固定在铜质正极杆321的外部。

如图6所示，正极转接器35包括：正极转接片351、正极压紧螺母353、正极绝缘套354、正极盖355；所述正极转接片351的上端面开设环状槽352用于与绝缘隔离筒33配合连接，正极转接片351的中心与正极输电杆32的端部螺纹连接，所述正极绝缘套354的外部台阶与所述正极盖355的顶部之间安装有密封环2，所述正极盖355的中心开螺纹孔，与正极杆321配合连接。

一种表面放电式等离子体冲击波疏通方法，包括以下步骤：

步骤1，对阵列工作环34进行装配，将铜质电极环342对齐固定到绝缘筒341的两端，金属丝344可采用压接捆绑或锡焊方式固定在电极环342的安装槽内，并在环形高压工作区域表面覆盖绝缘薄膜层345，然后将密封圈317安装到极间绝缘层315的密封圈槽内，将同轴部件中心正极311和带极间绝缘层315的负极筒313进行装配。

步骤2，依据设定的环形高压工作区域长度要求，选择合适长度的正极输电杆32和绝缘隔离筒33，选定对应数量的阵列工作环34，随后将正极输电杆32顶端旋入中心正极311的正极转接接口312内，将绝缘隔离筒33放入极间绝缘层315的安装槽内，依次套入选定数量的阵列式工作环34，将正极转接片351旋入正极输电杆32的端部螺纹并紧固，再将正极压紧螺母353旋入正极输电杆32的端部螺纹并紧固。

步骤3，在正极转接片上套入正极绝缘套354，将密封环2安装到正极绝缘套354的台阶处，将正极盖355旋到正极杆321的顶部螺纹上并旋紧，在疏通器3的外部装上另一个筒壁密封环2，放置整个装置到指定深度位置，使疏通器3的环形高压工作区域覆盖所需解堵疏通的区域；

步骤4，击发时，闭合放电开关7，高功率脉冲电源6向疏通器3的阵列式工作环34释放脉冲电流能量，使得金属丝344发生电爆炸，在筒壁密封环2所形成有限空间的环形高压工作区域4内形成高温高压金属等离子体冲击波，使快速冲开堵塞的射孔8并向油气储层5内部传递冲击波压力；并通过控制和调节高功率脉冲电源6所产生的脉冲电流的幅值和脉宽，选定适当数量的阵列式工作环34以及适配的正极输电杆32和绝缘隔离筒33，可有效调节和获得不同温度压力状态的金属等离子体冲击波，并获得不同作用距离和范围的解堵疏通效果。

本发明采用新型电控等离子体技术获得精确可调的高温高压等离子体冲击波，在更广泛的解堵作业环境和条件下，包括但不局限于深井或超深井内的高温高压环境、套管变形和损坏严重的旧井等，高质量地完成解堵疏通作业，使得油气储层增多细小裂缝，增强原油流动性，提高油层渗透率，实现解堵增产。本发明设备结构和现场施工操作简单，可重复利用；成本低廉，能耗低，环境友好，不会带来二次污染，经济环保；使用范围广，既适用于采油井，也适用于注水井。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种表面放电式等离子体冲击波疏通装置，其特征在于，包括：

高功率脉冲电源以及放电开关，设置在筒壁的外部；

疏通器，设置在筒壁内，所述疏通器用于产生冲击波通过冲开筒壁上的射孔，进入到指定区域进行解堵疏通；

密封环，包括：两个密封环设置在筒壁内壁与疏通器之间且同轴上下设置的第一密封环和第二密封环，所述第一密封环和第二密封环之间形成环形高压工作区域，并覆盖所需解堵疏通的区域对应在筒壁上的射孔；

所述疏通器包括：

阵列式工作环，用于接受脉冲电流能量后发生电爆炸，形成高温高压金属等离子体冲击波；

疏通器底座，用于保证电源正负极与阵列式工作环的良好接触；

所述阵列式工作环包括：绝缘筒（341）、第一电极环（342）、第二电极环（343）、金属丝（344）、绝缘薄膜层（345）、固定槽（346）；

所述绝缘筒（341）两端分别安装有第一电极环（342）、第二电极环（343）；

所述金属丝（344）阵列排布在两个电极环之间；

所述固定槽（346）设置在两个电极环上；

所述疏通器为圆柱形结构，所述疏通器还包括：正极输电杆（32）、绝缘隔离筒（33）、正极转接器（35），所述绝缘隔离筒（33）与阵列式工作环（34）、正极转接器（35）配合连接安装，所述正极输电杆（32）的端部与正极转接器（35）连接。

2.根据权利要求1所述的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，其特征在于，所述阵列式工作环采用对称圆环状结构。

3.根据权利要求1所述的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，其特征在于，所述疏通器底座包括中心正极（311）、负极筒（313）、极间绝缘层（315）；

所述极间绝缘层（315）固定在负极筒（313）内侧，所述中心正极（311）与极间绝缘层（315）之间通过密封圈（317）结构密封；

所述中心正极（311）的下端面开设正极转接接口（312），正极转接接口（312）采用内螺纹结构；

所述负极筒（313）的下端面开设负极转接接口（314）；

所述极间绝缘层(315)的下端面开设环状安装槽（316）用于与绝缘隔离筒（33）配合连接。

4.根据权利要求3所述的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，其特征在于，所述中心正极（311）与极间绝缘层（315）设置对应相互配合的台阶结构（318），所述负极转接接口（314）的结构采用阶梯型圆环面。

5.根据权利要求1所述的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，其特征在于，所述正极输电杆（32）包括铜质正极杆（321）、外绝缘层（322），所述外绝缘层（322）固定在铜质正极杆（321）的外部。

6.根据权利要求1所述的表面放电式等离子体冲击波疏通装置，其特征在于，所述正极转接器（35）包括：正极转接片（351）、正极压紧螺母（353）、正极绝缘套（354）、正极盖（355）；

所述正极转接片（351）的上端面开设环状槽（352）用于与绝缘隔离筒（33）配合连接，正极转接片（351）的中心与正极输电杆（32）的端部螺纹连接；

所述正极绝缘套（354）的外部台阶与所述正极盖（355）的顶部之间安装有密封环（2）；

所述正极盖（355）的中心开螺纹孔，与正极杆（321）配合连接。

7.一种基于权利要求1~6中任一所述表面放电式等离子体冲击波疏通装置的疏通方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对阵列工作环进行装配，将第一电极环、第二电极环对齐固定到绝缘筒的两端，金属丝固定在电极环的固定槽内，并在环形高压工作区域表面覆盖绝缘薄膜层，然后将密封圈安装到极间绝缘层的密封圈槽内，将同轴部件中心正极和带极间绝缘层的负极筒进行装配；

步骤2，依据设定的环形高压工作区域长度要求，选择合适长度的正极输电杆和绝缘隔离筒，选定对应数量的阵列工作环，随后将正极输电杆顶端旋入中心正极的正极转接接口内，将绝缘隔离筒放入极间绝缘层的环状安装槽内，依次套入选定数量的阵列式工作环，将正极转接片旋入正极输电杆的端部螺纹并紧固，再将正极压紧螺母旋入正极输电杆的端部螺纹并紧固；

步骤3，在正极转接片上套入正极绝缘套，将密封环安装到正极绝缘套的台阶处，将正极盖旋到正极杆的顶部螺纹上并旋紧，在疏通器的外部装上另一个密封环，放置整个装置到指定深度位置，使疏通器的环形高压工作区域覆盖所需解堵疏通的区域；

步骤4，闭合放电开关，高功率脉冲电源向疏通器的阵列式工作环释放脉冲电流能量，使得金属丝发生电爆炸，在密封环所形成的有限空间环形高压工作区域内形成高温高压金属等离子体冲击波，使快速冲开堵塞的射孔并向油气储层内部传递冲击波压力。

8.根据权利要求7所述的表面放电式等离子体冲击波疏通装置的疏通方法，其特征在于：在步骤4中，通过控制和调节高功率脉冲电源所产生的脉冲电流的幅值和脉宽，选定适当数量的阵列式工作环以及适配的正极输电杆和绝缘隔离筒，调节和获得不同温度压力状态的金属等离子体冲击波，并获得不同作用距离和范围的解堵疏通效果。