WO2010151170A1 - Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone - Google Patents
Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010151170A1 WO2010151170A1 PCT/RU2009/000480 RU2009000480W WO2010151170A1 WO 2010151170 A1 WO2010151170 A1 WO 2010151170A1 RU 2009000480 W RU2009000480 W RU 2009000480W WO 2010151170 A1 WO2010151170 A1 WO 2010151170A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- voltage
- transformer
- charging unit
- capacitor
- housing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/003—Vibrating earth formations
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B37/00—Methods or apparatus for cleaning boreholes or wells
Definitions
- the invention relates to the oil and gas industry, in particular, to high-voltage electro-hydraulic devices designed to restore and increase the flow rate of oil, gas and water wells, eliminate leaks in casing strings, as well as high-resolution seismic surveys.
- High-voltage electro-hydraulic devices designed to restore and increase the flow rate of oil, gas and water wells, eliminate leaks in casing strings, as well as high-resolution seismic surveys.
- a device for electro-hydraulic treatment of a formation and enhancement of its oil recovery (see US patent iN ° 4345650, NKl. 166-249, MKl. E21 B 43/256, 1982), comprising a tubular metal housing with a cable adapter at one end and a swivel a discharge head at the other end and a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a capacitor bank and a controllable switch located in a tubular housing, while the charge and discharge control means are connected to the capacitor bank and a ground power source via a geoph an electric cable, the secondary winding of the transformer is connected to the rectification circuit, the output of the rectifier is connected to the potential output of the capacitor bank, the potential output of the capacitor battery is connected through a managed switch to the anode of the discharge head.
- the capacitor bank includes a large number of parallel-connected capacitors, each with a working voltage of 3 kV and a capacity of 100 ⁇ F, total capacitors up to 1000 pcs.
- the switch is a standard ignitron. Ignitron ignition is carried out from a separate injection capacitor bank with an operating voltage of 30 kV.
- the step-up transformer consists of a W-shaped core and primary and secondary windings.
- the discharge head consists of two electrodes with an adjustable gap. The discharge head is equipped with a rotary mechanism and a reflector for concentration and direction of acoustic energy towards the producing one ; ⁇ wells. All of the above constituent elements of the device are located in the same compartment of the tubular body and are separated from each other by metal partitions.
- the disadvantages of the device is analog: - low operating voltage of 3 kV capacitor bank, which complicates the conditions for the formation of an electric discharge in the borehole fluid and reduces the amplitude of the shock wave and the force of impact on the bottomhole formation zone;
- transformer, rectifier, capacitor and switching blocks are located in one oil-filled tubular casing and, in addition, numerous partitions inside the casing make it difficult to connect these blocks to each other and repair them.
- This device comprises a ground-based power source and a downhole apparatus connected by means of a geophysical cable, consisting of a charging unit, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode system, while the charging unit, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode system are made as separate modules, the modules are connected each other electrically and mechanically by screwing, each of the modules is enclosed in a self-contained metal case and is equipped with insulated current leads and two-level waterproofing from the external environment: external in the form of sealing elements, at least at one end of the module housings and internal in the form of sealing elements on the output insulators and current outputs of the modules.
- the charging unit in this device contains an oil-filled metal case with a low-voltage input and a high-voltage output at opposite ends and a step-up transformer, a high-voltage rectifier located inside the case, a protective inductor, a discharge resistor and a measuring CR circuit, while the primary winding of the step-up transformer is connected to a low-voltage input, the secondary winding of the step-up transformer is connected to a high-voltage bridge rectifier assembled according to a bridge circuit or a circuit with voltage multiplication, one of the terminals of the rectifier is connected through a protective inductor with a high-voltage output, and the second output of the rectifier is connected to the housing, a discharge resistor and a measuring CR-circuit are connected in parallel between the high-voltage With a clear output and a housing, the time constant of the measuring chain is chosen less than the discharge time constant of the capacitive storage.
- the housing of the charging unit is made in the form of a steel pipe with a diameter of
- the power supply of the charging unit is carried out from a ground source of power and control connected to an industrial network of 220 V, 50 Hz and generating an alternating voltage of 1 kHz and an amplitude of up to 800-900 V at the output of the ground source - input of the geophysical cable:
- the main technical result of the invention is the reduction of energy losses on the geophysical cable and ensuring the operability of the apparatus with the length of the geophysical cable more than 5-6 km.
- this charging unit contains an oil-filled metal housing, at one end of which is installed a low-voltage input, and at the other end - high-voltage output terminal, a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a discharge resistor, a protective choke and a measuring CR-circuit are placed inside the case, while one end of the secondary winding of the step-up transformer is connected through a high-voltage rectifier and a protective choke with a high-voltage output, and the second end of the secondary winding of the step-up transformer is connected with housing, a discharge resistor and a CR measuring circuit are connected in parallel between the high-voltage output and the housing, the measurement time constant CR is a
- Figure 1 shows a block diagram of the proposed device.
- Figure 2 shows the electrical circuit of the charging unit of the device.
- Fig. 3 shows the dependence of the power transmitted through the geophysical cable from the ground power and control source to the charging unit and the capacitor storage energy of the downhole apparatus, with the conditional output power of the ground power and control panel 1 kW and various frequencies of the supply voltage (from constant to variable frequency) 5 kHz). The best option for implementation.
- the proposed device for electro-hydraulic treatment of the formation contains (see Fig. L) a ground power and control source 1, a load-bearing geophysical cable 2 and a borehole electro-hydraulic device 3.
- the borehole electro-hydraulic device 3 is a multi-module design consisting of one charging unit 4, from one to five, depending on the modification and purpose of the device, capacitor modules 5, switch 6 and electrode system 7.
- EPA-5DC the power supply device name
- Each unit - module of the apparatus is enclosed in a self-contained metal case with connecting threads at the ends and is equipped with insulated current leads and two-level waterproofing from the external environment: external in the form of sealing elements, at least one of the ends of the module housings and internal in the form of sealing elements at the output insulators and current outputs of modules.
- the diameter of all the module blocks of the borehole electro-hydraulic apparatus is 102 mm.
- the lengths of the device modules are different: the charging unit 4 and the capacitor modules 5 are 1.0 and 1.2 m long, respectively, the switch 6 and the electrode system 7 are 0.37 and 0.4 m long.
- the weight of the capacitor module does not exceed 30 kg module - 25 kg, switch - 7.5 kg, electrode system - 9 kg. Blocks - the modules of the device are connected to each other electrically and mechanically by screwing.
- the LAMBDA GEN600-2.6 source can operate from a single-phase AC network with voltage from 85 to 265 At a frequency of 50 / 60Hz, which is important when operating in the field. It is also characterized by a high power factor of 0.99 at full load, provided by the active power factor correction circuit. Customizable protection against overvoltage of the output voltage and current limitation with a sharp “kolneobraznoy” characteristic ensures high reliability of the device. Values protection settings can be pre-set and displayed on the front panel of the source.
- the Last Test function stores the output voltage and current settings, remote or local mode, overvoltage and undervoltage protection settings, current limits, data transfer rate and power-on mode without using a battery.
- the front panel also has power on / off controls and a choice of remote and local controls. Through the RS-232 / RS-485 interface, source control from a personal computer can be arranged.
- the charging unit 4 in this apparatus contains (see Fig. 2) an oil-filled metal housing 8 with a low-voltage input 9 at one end and a high-voltage output 10 at the other end.
- the housing 8 of the charging unit is made in the form of a steel pipe with an outer diameter of 102 mm and a length of about 0.7 m.
- the low-voltage input 9 is a standard three-socket or three-pin cable head, to which the cable lug of the geophysical cable 2 is connected.
- the high-voltage terminal 10 is a metal pin, located along the axis of the housing 8 and isolated from it by means of the output high-voltage insulator 11.
- a step-up transformer 12 Inside the housing 8 of the charging unit there is a step-up transformer 12, a high-voltage rectifier Itel 13, a protective inductor 14, a discharge resistor 15 and a measuring CR chain from a capacitor 16 and two resistors 17 and 18, a capacitive filter 19, a bridge inverter 20 with transistors, a control circuit 21 of the inverter and a resonant capacitor 22, while the capacitive filter 19, one of the diagonals of the bridge inverter 20 and the input of the inverter control circuit 21 are connected in parallel to the low-voltage input 9, the second diagonal of the bridge inverter 20 is connected through the resonant capacitor 22 to the primary winding of the step-up transformer 12, the output of the control circuit Oia 21 the inverter is connected to the control electrodes of the transistors of the bridge inverter 20, the secondary winding of the step-up transformer 12 is connected to one diagonal of the bridge high-voltage rectifier 13, the second diagonal of the bridge rectifier 13 is connected to the high-voltage
- Capacitor modules 5 are identical in design and stored energy. Each capacitor module contains a group of series or parallel connected and oil-impregnated capacitor sections housed in a metal housing, the metal housing being a cathode. Capacitor modules have output high-voltage insulators, current outputs and connecting threads (one internal, the other external) at both ends. Due to this, it becomes possible to connect capacitor modules into a chain line, as well as charge capacitor modules from one end of the module and discharge to the load from the other end of the module. The operating voltage of each capacitor module is 30-35 kV, the energy consumption is 1 kJ, the inductance is not more than 120 nH.
- the charging unit 4 and the capacitor modules 5 are evacuated and filled with condenser oil.
- High-voltage insulators in the charging unit 4 and the capacitor modules 5 of these modules are installed with seals relative to the current leads and the housing.
- temperature compensators are installed to expand the condenser oil at elevated temperatures, which are usually observed in the well.
- Switch 6 is an uncontrolled gas-filled (nitrogen or hydrogen) discharger with a fixed operating voltage, also located in a metal case and equipped on both sides with current leads, high-voltage insulators and seals.
- the electrode system 7 has a central anode rod, a fairing insulator, and a cathode with a flat surface mounted with a gap relative to the anode and connected to a metal casing in which up to twelve longitudinal slots are made - windows for communicating the internal volume of the system with the borehole fluid and high-speed ejection of liquid during electric discharge.
- the insulator - fairing is installed with seals relative to the metal casing and the central anode to prevent breakthrough of the borehole fluid, which is under high reservoir pressure of 200-300 atm, in the direction of the switch 6.
- the cathode has a threaded shank, which allows you to adjust the gap between the cathode by screwing / unscrewing the anode and cathode of the electrode system and its electro-acoustic efficiency
- the assembly of the borehole electro-hydraulic apparatus and all intermodular electrical and mechanical connections are carried out in two simple operations: installing ring rubber seals on the ends of the modules and sequentially screwing the modules together.
- the proposed device operates as follows:
- control circuit 21 When the voltage reaches the threshold value at the input (filtering) capacitor 19, the control circuit 21 generates control signals to the power transistors of the bridge inverter 20 with a frequency and duration according to the parameters of the resonant circuit formed by the resonant capacitor 22 and the dissipation inductance (primary winding) of the step-up transformer 12 included to the diagonal of the bridge inverter 20.
- the control circuit 21 operates in self-oscillating mode as long as the voltage at the input capacitor 19 is greater than the thresholds wow.
- the alternating voltage obtained in the bridge inverter 20 is supplied to the primary winding of the step-up transformer 12, increased in it and fed from the secondary winding of the step-up transformer 12 to a high-voltage rectifier 12, assembled according to a bridge or multiplication circuit voltage, where it is straightened and multiplied, respectively, 2 or 4 times.
- a high and rectified voltage is supplied to the high-voltage terminal 10 of the charging unit, and from it to the capacitor modules 5 of the borehole electro-hydraulic apparatus.
- the authors also carried out three-dimensional construction of a new charging unit, which showed that all the internal parts of the charging unit: a capacitive filter, a bridge inverter with transistors and an inverter control circuit, a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a discharge resistor, a protective inductor and a measuring CR circuit, can be placed in a metal case with an outer diameter of 102 mm (like the rest of the module blocks of the borehole electro-hydraulic apparatus).
- the results of calculations and design, as well as the analysis of the modern elemental base, show the prospects and the real possibility of developing a power and charge system for the EPA-5 borehole electrohydraulic device, consisting of a ground power and control panel based on a direct current source and a deep charging unit with integrated high frequency voltage converter.
- This will ensure a reduction in energy losses on the geophysical cable and the operability of the EPA-5 apparatus with geophysical cable lengths of more than 5-6 km.
- the conditions for recording and processing the control pulse of the device carrying information about the parameters of the discharge current of the device (about the state of the device and the level of the shock wave affecting the oil reservoir) will improve.
Abstract
The invention can be used for restoring and increasing the flow rate of oil, gas and water wells, repairing casing strings and carrying out high-resolution seismic exploration. The technical result is that of reducing energy losses in a geophysical cable and ensuring that apparatus is capable of functioning when the length of the geophysical cable is greater than 5-6 km. The proposed device comprises a ground-level power source and a borehole electrical discharge apparatus that are connected by means of a geophysical cable, said borehole electrical discharge apparatus including the following components in the form of individual modules: a charging unit, a capacitor energy storage, a switch and an electrode system, the charging unit comprising an oil-filled metal housing with a low-voltage input mounted on one end thereof and a high-voltage output at the other end. A step-up transformer, a high-voltage rectifier and a protective choke are accommodated inside the housing, wherein one end of the secondary winding of the step-up transformer is connected via the high-voltage rectifier and protective choke to the high-voltage output and the other end of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the housing. A discharge resistor and a capacitance-resistance network for measuring purposes are incorporated in parallel between the high-voltage output and the housing. The time constant of the capacitance-resistance network is selected so that it is less than the discharge time of the capacitor storage. The ground-level power source is in the form of a dc power supply. The charging unit additionally includes a capacitor filter, a transistorized bridge invertor and an invertor control circuit, wherein the capacitor filter, one of the diagonals of the bridge invertor and the input of the invertor control circuit are connected in parallel to the low-voltage input, the second diagonal of the bridge invertor is connected via a resonance capacitor to the primary winding of the step-up transformer and the output of the invertor control circuit is connected to the transistor control electrodes.
Description
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ СКВАЖИНЫ DEVICE FOR ELECTRIC HYDRAULIC INFLUENCE ON A BOREHOLE BOTTOM ZONE
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к высоковольтным электрогидравлическим устройствам, предназначенным для восстановления и повышения дебита нефтяных, газовых и водяных скважин, ликвидации негерметичности обсадных колонн, а также высокоразрешающей сейсморазведки. Предшествующий уровень техникиThe invention relates to the oil and gas industry, in particular, to high-voltage electro-hydraulic devices designed to restore and increase the flow rate of oil, gas and water wells, eliminate leaks in casing strings, as well as high-resolution seismic surveys. State of the art
Известно устройство для электрогидравлической обработки пласта и повышения его нефтеотдачи (см. патент США iN° 4345650, НКл. 166-249, МКл. E21 В 43/256, 1982 г.), содержащее трубчатый металлический корпус с кабельным переходником на одном конце и поворотной разрядной головкой на другом конце и расположенные в трубчатом корпусе повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, конденсаторная батарея и управляемый коммутатор, при этом средства управления зарядом и разрядом соединены с конденсаторной батареей и наземным источником питания через геофизический кабель, вторичная обмотка трансформатора соединена со схемой выпрямления, выход выпрямителя соединен с потенциальным выводом конденсаторной батареи, потенциальный вывод конденсаторной батареи соединен через управляемый коммутатор с анодом разрядной головки.A device is known for electro-hydraulic treatment of a formation and enhancement of its oil recovery (see US patent iN ° 4345650, NKl. 166-249, MKl. E21 B 43/256, 1982), comprising a tubular metal housing with a cable adapter at one end and a swivel a discharge head at the other end and a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a capacitor bank and a controllable switch located in a tubular housing, while the charge and discharge control means are connected to the capacitor bank and a ground power source via a geoph an electric cable, the secondary winding of the transformer is connected to the rectification circuit, the output of the rectifier is connected to the potential output of the capacitor bank, the potential output of the capacitor battery is connected through a managed switch to the anode of the discharge head.
Конденсаторная батарея включает в себя большое количество параллельно соединенных конденсаторов, каждый рабочим напряжением 3 кВ и емкостью 100 мкФ, всего конденсаторов до 1000 шт. Коммутатором является стандартный игнитрон. Поджиг игнитрона осуществляется от отдельной инжекторной батареи конденсаторов с рабочим напряжением 30 кВ. Повышающий трансформатор состоит из Ш-образного сердечника и первичной и вторичной обмоток. Разрядная головка представляет собой два электрода с регулируемым промежутком. Разрядная головка оснащена поворотным механизмом и рефлектором для концентрации и направления акустической энергии в сторону добывающей ; ^скважины. Все вышеуказанные составные элементы устройства расположены в одноименных отсеках трубчатого корпуса и отделены друг от друга металлическими перегородками.The capacitor bank includes a large number of parallel-connected capacitors, each with a working voltage of 3 kV and a capacity of 100 μF, total capacitors up to 1000 pcs. The switch is a standard ignitron. Ignitron ignition is carried out from a separate injection capacitor bank with an operating voltage of 30 kV. The step-up transformer consists of a W-shaped core and primary and secondary windings. The discharge head consists of two electrodes with an adjustable gap. The discharge head is equipped with a rotary mechanism and a reflector for concentration and direction of acoustic energy towards the producing one ; ^ wells. All of the above constituent elements of the device are located in the same compartment of the tubular body and are separated from each other by metal partitions.
Недостатки устройства - аналога:
- низкое рабочее напряжение 3 кВ конденсаторной батареи, что затрудняет условия формирования электрического разряда в скважинной жидкости и снижает амплитуду ударной волны и силу воздействия на призабойную зону пласта;The disadvantages of the device is analog: - low operating voltage of 3 kV capacitor bank, which complicates the conditions for the formation of an electric discharge in the borehole fluid and reduces the amplitude of the shock wave and the force of impact on the bottomhole formation zone;
- большая энергоемкость устройства до 450 кДж и низкие электрический и электроакустический к.п.д.;- high energy consumption of the device up to 450 kJ and low electrical and electro-acoustic efficiency;
- наличие дополнительной инжекторной батареи на 30 кВ для облегчения пробоя скважинной жидкости на начальном этапе;- the presence of an additional injection battery of 30 kV to facilitate the breakdown of well fluid at the initial stage;
- невозможность использования устройства в горизонтальных нефтяных скважинах, вследствие неустойчивого (плавающего) положения ртутного катода в игнитроне; - сложность управления игнитроном из-за необходимости прокладки шины поджига через конденсаторную батарею;- the inability to use the device in horizontal oil wells, due to the unstable (floating) position of the mercury cathode in the ignitron; - the complexity of the ignitron control due to the need to lay the ignition bus through a capacitor bank;
- плохие ремонтопригодность устройства и регулируемость его запасаемой и выходной энергий, так как трансформаторный, выпрямительный, конденсаторный и коммутационный блоки размещены в одном маслонаполненном трубчатом корпусе и, кроме того, многочисленные перегородки внутри корпуса затрудняют соединение указанных блоков друг с другом и их ремонт.- poor maintainability of the device and the controllability of its stored and output energies, since the transformer, rectifier, capacitor and switching blocks are located in one oil-filled tubular casing and, in addition, numerous partitions inside the casing make it difficult to connect these blocks to each other and repair them.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству - прототипом является устройство для воздействия на призабойную зону скважины (см. патент ЕАПО на изобретение Jfs 010901 от 26.10.2006, МПК E 21 В 43/25, опубл. 30.12.2008, авторы Картелев A.Я. и др.). Это устройство содержит соединенные посредством грузонесущего геофизического кабеля наземный источник питания и скважинный аппарат, состоящий из зарядного блока, конденсаторного накопителя энергии, коммутатора и электродной системы, при этом зарядный блок, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор и электродная система выполнены в виде отдельных модулей, модули соединены друг с другом электрически и механически путем свинчивания, каждый из модулей заключён в автономный металлический корпус и снабжён изолированными токовыводами и двухуровневой гидроизоляцией от внешней среды: наружной в виде уплотняющих элементов, по крайней мере, на одном из концов корпусов модулей и внутренней в виде уплотняющих элементов на выходных изоляторах и токовыводах модулей. Зарядный блок в данном устройстве содержит маслонаполненный металлический корпус с низковольтным вводом и высоковольтным выводом на противоположных концах и размещенные внутри корпуса повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель,
защитный дроссель, разрядный резистор и измерительную СR-цепочку, при этом первичная обмотка повышающего трансформатора присоединена к низковольтному вводу, вторичная обмотка повышающего трансформатора подключена к высоковольтному мостовому выпрямителю, собранному по мостовой схеме или схеме с умножением напряжения, один из выводов выпрямителя соединен через защитный дроссель с высоковольтным выводом, а второй вывод выпрямителя соединен с корпусом, разрядный резистор и измерительная CR- цепочка включены параллельно между высоковольтным выводом и корпусом, постоянная времени измерительной цепочки выбрана меньше постоянной времени разряда емкостного накопителя. Корпус зарядного блока выполнен в виде стальной трубы диаметром 102 мм и длиной 1 м. Рабочее напряжение зарядного блока 30 кВ.The closest in technical essence to the claimed device - the prototype is a device for influencing the bottomhole zone of the well (see EAPO patent for invention Jfs 010901 from 10.26.2006, IPC E 21 B 43/25, publ. 30.12.2008, authors Kartelev A. I. and others). This device comprises a ground-based power source and a downhole apparatus connected by means of a geophysical cable, consisting of a charging unit, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode system, while the charging unit, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode system are made as separate modules, the modules are connected each other electrically and mechanically by screwing, each of the modules is enclosed in a self-contained metal case and is equipped with insulated current leads and two-level waterproofing from the external environment: external in the form of sealing elements, at least at one end of the module housings and internal in the form of sealing elements on the output insulators and current outputs of the modules. The charging unit in this device contains an oil-filled metal case with a low-voltage input and a high-voltage output at opposite ends and a step-up transformer, a high-voltage rectifier located inside the case, a protective inductor, a discharge resistor and a measuring CR circuit, while the primary winding of the step-up transformer is connected to a low-voltage input, the secondary winding of the step-up transformer is connected to a high-voltage bridge rectifier assembled according to a bridge circuit or a circuit with voltage multiplication, one of the terminals of the rectifier is connected through a protective inductor with a high-voltage output, and the second output of the rectifier is connected to the housing, a discharge resistor and a measuring CR-circuit are connected in parallel between the high-voltage With a clear output and a housing, the time constant of the measuring chain is chosen less than the discharge time constant of the capacitive storage. The housing of the charging unit is made in the form of a steel pipe with a diameter of 102 mm and a length of 1 m. The operating voltage of the charging unit is 30 kV.
Питание зарядного блока осуществляется от наземного источника питания и управления, подключенного к промышленной сети 220 В, 50 Гц и генерирующего на выходе наземного источника - входе геофизического кабеля переменное напряжение частотой 1 кГц и амплитудой до 800-900 В. Недостатками устройства - прототипа являются:The power supply of the charging unit is carried out from a ground source of power and control connected to an industrial network of 220 V, 50 Hz and generating an alternating voltage of 1 kHz and an amplitude of up to 800-900 V at the output of the ground source - input of the geophysical cable:
- значительные массогабаритные показатели зарядного блока (длина примерно 1 м, вес 25 кг), что ухудшает эксплуатационные характеристики всего скважинного электрогидравлического аппарата;- significant overall dimensions of the charging unit (length of about 1 m, weight 25 kg), which degrades the operational characteristics of the entire borehole electro-hydraulic apparatus;
- большие (как минимум до 56%) активные и реактивные потери мощности на геофизическом кабеле при питании аппарата переменным напряжением, что особенно проявляется при длине геофизического кабеля более 5 км и, вследствие чего, снижаются мощность и напряжение на входе зарядного блока и, соответственно, снижается его выходное напряжение. По этой причине при длинном геофизическом кабеле недозаряжаются конденсаторные модули и не срабатывает коммутатор скважинного электрогидравлического аппарата. Фактически происходит следующее: наземный пульт питания и управления работает на полную мощность, но на режим повторяющихся разрядов электрогидравлических ударов скважинный аппарат не выходит. В итоге призабойная зона нефтяной скважины не очищается от асфальто-смолистых и парафиновых отложений. Раскрытие изобретения Основной задачей, решаемой данным изобретением, является обеспечение работоспособности аппарата при длинах геофизического кабеля более 5-6 км.
Дополнительной задачей является уменьшение веса и габаритов зарядного блока скважинного аппарата.- large (at least up to 56%) active and reactive power losses on the geophysical cable when the apparatus is supplied with alternating voltage, which is especially evident when the length of the geophysical cable is more than 5 km and, as a result, the power and voltage at the input of the charging unit are reduced and, accordingly, its output voltage decreases. For this reason, with a long geophysical cable, the capacitor modules are not recharged and the switch of the borehole electro-hydraulic apparatus does not work. In fact, the following happens: the ground-based power and control panel is operating at full power, but the downhole apparatus does not reach the mode of repeated discharges of electro-hydraulic shocks. As a result, the bottomhole zone of an oil well is not cleared of asphalt-resinous and paraffin deposits. SUMMARY OF THE INVENTION The main task solved by this invention is to ensure the operability of the apparatus with geophysical cable lengths of more than 5-6 km. An additional objective is to reduce the weight and dimensions of the charging unit of the downhole apparatus.
Основной технический результат изобретения - снижение потерь энергии на геофизическом кабеле и обеспечение работоспособности аппарата при длинах геофизического кабеля более 5-6 км.The main technical result of the invention is the reduction of energy losses on the geophysical cable and ensuring the operability of the apparatus with the length of the geophysical cable more than 5-6 km.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для воздействия на призабойную зону скважины, содержащем соединенные посредством геофизического кабеля наземный источник питания и скважинный электроразрядный аппарат, включающий зарядный блок, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор и электродную систему, выполненные в виде отдельных модулей, при этом зарядный блок содержит маслонаполненный металлический корпус, на одном конце которого установлен низковольтный ввод, а на другом конце - высоковольтный вывод, внутри корпуса размещены повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор, защитный дроссель и измерительная СR-цепочка, при этом один конец вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен через высоковольтный выпрямитель и защитный дроссель с высоковольтным выводом, а второй конец вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен с корпусом, разрядный резистор и измерительная СR-цепочка включены параллельно между высоковольтным выводом и корпусом, постоянная времени измерительной CR - цепочки выбрана меньше постоянной времени разряда емкостного накопителя, новым является то, что наземный источник питания представляет собой источник постоянного тока, в зарядный блок дополнительно введены емкостной фильтр, мостовой инвертор на транзисторах и схема управления инвертором, при этом емкостной фильтр, одна из диагоналей мостового инвертора и вход схемы управления инвертором подключены параллельно к низковольтному вводу, вторая диагональ мостового инвертора подключена через резонансный конденсатор и датчик тока к первичной обмотке повышающего трансформатора, а выход схемы управления инвертором соединен с управляющими электродами транзисторов.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for influencing the bottom-hole zone of the well, comprising a ground-based power source and a downhole electric discharge apparatus connected via a geophysical cable, including a charging unit, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode system made in the form of separate modules, this charging unit contains an oil-filled metal housing, at one end of which is installed a low-voltage input, and at the other end - high-voltage output terminal, a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a discharge resistor, a protective choke and a measuring CR-circuit are placed inside the case, while one end of the secondary winding of the step-up transformer is connected through a high-voltage rectifier and a protective choke with a high-voltage output, and the second end of the secondary winding of the step-up transformer is connected with housing, a discharge resistor and a CR measuring circuit are connected in parallel between the high-voltage output and the housing, the measurement time constant CR is a circuit cell less than the discharge time constant of the capacitive storage, the new thing is that the ground power source is a direct current source, a capacitive filter, a bridge inverter with transistors and an inverter control circuit are added to the charging unit, while the capacitive filter is one of the diagonals of the bridge inverter and the input of the inverter control circuit is connected in parallel to the low-voltage input, the second diagonal of the bridge inverter is connected through the resonant capacitor and the current sensor to the primary the winding of the step-up transformer, and the output of the inverter control circuit is connected to the control electrodes of the transistors.
Замена наземного источника питания с переменным выходным напряжением на источник питания с постоянным выходным напряжением (током) позволяет: - исключить влияние реактивной составляющей электрического импеданса геофизического кабеля на выходную мощность наземного источника питания и, как следствие, снизить его потребляемую и выходную мощности (в прототипе выходная
мощность наземного источника питания составляет 3 кВт, в предлагаемом устройстве достаточно мощности 1,5 кВт);Replacing a ground power source with alternating output voltage with a power source with a constant output voltage (current) allows you to: - eliminate the influence of the reactive component of the electrical impedance of the geophysical cable on the output power of the ground power source and, as a result, reduce its power consumption and output (in the prototype output the power of the ground power source is 3 kW, the proposed device has enough power of 1.5 kW);
- уменьшить, как минимум, на 13% потери энергии в жилах геофизического кабеля и, соответственно, обеспечить работоспособность скважинного электроразрядного аппарата при длинах геофизического кабеля или глубинах эксплуатации более 5-6 км;- reduce by at least 13% the energy loss in the veins of the geophysical cable and, accordingly, ensure the operability of the borehole electric discharge apparatus with geophysical cable lengths or operating depths of more than 5-6 km;
- устранить электромагнитные помехи на третью контрольную жилу геофизического кабеля, по которой на поверхность земли при каждом разряде аппарата передается контрольный импульс, несущий информацию о параметрах тока разряда аппарата (о состоянии аппарата и уровне ударной волны, воздействующей на нефтяной пласт). Ввод в зарядный блок емкостного фильтра, мостового инвертора на транзисторах и схемы управления инвертором и организация их связей и взаимодействия как в формуле изобретения обеспечивает:- eliminate electromagnetic interference to the third control core of the geophysical cable, through which a control pulse is transmitted to the earth’s surface at each discharge of the device, which carries information about the parameters of the discharge current of the device (state of the device and the level of the shock wave affecting the oil reservoir). The input to the charging unit of a capacitive filter, a bridge inverter with transistors and an inverter control circuit and the organization of their connections and interactions as in the claims provides:
- бестоковую коммутацию силовых транзисторов в мостовом инверторе, позволяющую уменьшить коммутационные потери и электрические перегрузки радиоэлементов, организовать безопасный режим работы силовых транзисторов (наиболее слабого звена устройств подобного вида);- current-free switching of power transistors in a bridge inverter, which allows to reduce switching losses and electrical overload of radio elements, to organize a safe mode of operation of power transistors (the weakest link of devices of this kind);
- низкий уровень электрических помех, генерируемых при работе силовых транзисторов мостового инвертора, что позволяет существенно улучшить взаимную электромагнитную совместимость отдельных узлов зарядного блока; - режим частотно-импульсного управления, повышающий устойчивость мостового инвертора и схемы управления к помехам, возникающим при сильноточных (до 30 кА) разрядах конденсаторного накопителя энергии скважинного аппарата. Краткое описание чертежей- low level of electrical noise generated during operation of power transistors of a bridge inverter, which can significantly improve the mutual electromagnetic compatibility of individual nodes of the charging unit; - frequency-pulse control mode, which increases the stability of the bridge inverter and control circuit to interference arising from high-current (up to 30 kA) discharges of the capacitor energy storage of the downhole apparatus. Brief Description of the Drawings
На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства. На фиг.2 приведена электрическая схема зарядного блока предлагаемого устройства.Figure 1 shows a block diagram of the proposed device. Figure 2 shows the electrical circuit of the charging unit of the device.
На фиг.З приведена зависимость мощности, передаваемой через геофизический кабель от наземного источника питания и управления к зарядному блоку и конденсаторному накопителю энергии скважинного аппарата, при условной выходной мощности наземного пульта питания и управления 1 кВт и различных частотах питающего напряжения (от постоянного до переменного частотой 5 кГц).
Лучший вариант осуществления.Fig. 3 shows the dependence of the power transmitted through the geophysical cable from the ground power and control source to the charging unit and the capacitor storage energy of the downhole apparatus, with the conditional output power of the ground power and control panel 1 kW and various frequencies of the supply voltage (from constant to variable frequency) 5 kHz). The best option for implementation.
Предлагаемое устройство для электрогидравлической обработки пласта содержит (см. фиг.l) наземный источник питания и управления 1, грузонесущий геофизический кабель 2 и скважинный электрогидравлический аппарат 3. Скважинный электрогидравлический аппарат 3 представляет собой многомодульную конструкцию, состоящую из одного зарядного блока 4, от одного до пяти, в зависимости от модификации и назначения аппарата, конденсаторных модулей 5, коммутатора 6 и электродной системы 7. В соответствии с заявленными особенностями электропитания аппарату дано название «ЭPA-5DC». Каждый блок - модуль аппарата заключён в автономный металлический корпус с присоединительными резьбами на концах и снабжён изолированными токовыводами и двухуровневой гидроизоляцией от внешней среды: наружной в виде уплотняющих элементов, по крайней мере, на одном из концов корпусов модулей и внутренней в виде уплотняющих элементов на выходных изоляторах и токовыводах модулей. Диаметр всех блоков-модулей скважинного электрогидравлического аппарата 102 мм.The proposed device for electro-hydraulic treatment of the formation contains (see Fig. L) a ground power and control source 1, a load-bearing geophysical cable 2 and a borehole electro-hydraulic device 3. The borehole electro-hydraulic device 3 is a multi-module design consisting of one charging unit 4, from one to five, depending on the modification and purpose of the device, capacitor modules 5, switch 6 and electrode system 7. In accordance with the claimed features of the power supply device name "EPA-5DC» given. Each unit - module of the apparatus is enclosed in a self-contained metal case with connecting threads at the ends and is equipped with insulated current leads and two-level waterproofing from the external environment: external in the form of sealing elements, at least one of the ends of the module housings and internal in the form of sealing elements at the output insulators and current outputs of modules. The diameter of all the module blocks of the borehole electro-hydraulic apparatus is 102 mm.
Длины модулей аппарата различны: зарядный блок 4 и конденсаторный модули 5 имеют длину соответственно 1,0 и 1,2 м, коммутатор 6 и электродная система 7 - длину 0,37 и 0,4 м. Вес конденсаторного модуля не превышает 30 кг, зарядного модуля - 25 кг, коммутатора -7,5 кг, электродной системы - 9 кг. Блоки - модули аппарата соединены друг с другом электрически и механически путем свинчивания.The lengths of the device modules are different: the charging unit 4 and the capacitor modules 5 are 1.0 and 1.2 m long, respectively, the switch 6 and the electrode system 7 are 0.37 and 0.4 m long. The weight of the capacitor module does not exceed 30 kg module - 25 kg, switch - 7.5 kg, electrode system - 9 kg. Blocks - the modules of the device are connected to each other electrically and mechanically by screwing.
В качестве наземного источника питания и управления 1 целесообразно использовать выпускаемый серийно источник вторичного электропитания серии Gепеsуs производства израильской компании Lаmbdа - LAMBDA GEN600-2,6 (см. журнал CMp Nеws, JЧе 2 (85), 2004 г.). Данный источник питания имеет мощность 1500 Вт и обеспечивает выходное регулируемое напряжение постоянного тока от 0 до 600 В и ток в нагрузке от 0 до 2,6 А. Источник LАMBDА GEN600-2,6 может работать от однофазной сети переменного тока напряжением от 85 до 265 В частотой 50/60Гц, что немаловажно при эксплуатации в полевых условиях. Он также характеризуется высоким коэффициентом мощности 0,99 при полной нагрузке, обеспечиваемый схемой активной коррекции коэффициента мощности. Настраиваемые защита от превышения выходного напряжения и ограничение тока с острой «кoлeнooбpaзнoй» характеристикой обеспечивает высокую надежность прибора. Значения
уставок защиты могут быть предварительно установлены и представлены на дисплее, расположенном на передней панели источника.As a ground source of power and control 1, it is advisable to use the commercially available secondary power supply of the Gepesus series manufactured by the Israeli company Lambda - LAMBDA GEN600-2,6 (see CMp News, Jche 2 (85), 2004). This power supply has a power of 1500 W and provides an adjustable output DC voltage from 0 to 600 V and a load current from 0 to 2.6 A. The LAMBDA GEN600-2.6 source can operate from a single-phase AC network with voltage from 85 to 265 At a frequency of 50 / 60Hz, which is important when operating in the field. It is also characterized by a high power factor of 0.99 at full load, provided by the active power factor correction circuit. Customizable protection against overvoltage of the output voltage and current limitation with a sharp “kolneobraznoy” characteristic ensures high reliability of the device. Values protection settings can be pre-set and displayed on the front panel of the source.
Дополнительными важными функциями источника вторичного электропитания серии Gепеsуs является безопасное включение и запоминание параметров настройки, установленных последними. Функция Lаst Sеttiпg Меmоrу сохраняет настройки выходного напряжения и тока, удаленный или локальный режим, настройки защиты от перенапряжения и пониженного напряжения, ограничения тока, скорость передачи данных и режим включения без применения аккумулятора. На передней панели также имеются органы включения- выключения выходной мощности и выбор дистанционного и местного управления. Через интерфейс RS-232/RS-485 может быть организовано управление источником от персонального компьютера.An additional important function of the Gepesus series secondary power supply is the safe inclusion and storage of the last set parameters. The Last Test function stores the output voltage and current settings, remote or local mode, overvoltage and undervoltage protection settings, current limits, data transfer rate and power-on mode without using a battery. The front panel also has power on / off controls and a choice of remote and local controls. Through the RS-232 / RS-485 interface, source control from a personal computer can be arranged.
Такая высокая функциональность, надежность и компактность источника питания LAMBDA GEN600-2,6 дает возможность построения на его базе полноценного наземного пульта питания и управления для скважинного электрогидравлического аппарата. Геофизический кабель 2 стандартный трехжильный с омическим сопротивление жилSuch high functionality, reliability and compactness of the LAMBDA GEN600-2,6 power supply makes it possible to build on its basis a full-fledged ground-based power and control panel for a borehole electro-hydraulic apparatus. Geophysical cable 2 standard three-core with ohmic resistance
24-25 Ом/км.24-25 Ohm / km.
Зарядный блок 4 в данном аппарате содержит (см. фиг. 2) маслонаполненный металлический корпус 8 с низковольтным вводом 9 на одном конце и высоковольтным выводом 10 на другом конце. Корпус 8 зарядного блока выполнен в виде стальной трубы наружным диаметром 102 мм и длиной примерно 0,7 м. Низковольтный ввод 9 представляет собой стандартную трехрозеточную или трехштырьковую кабельную головку, к которой присоединяется кабельный наконечник геофизического кабеля 2. Высоковольтный вывод 10 представляет собой металлический штырь, расположенный по оси корпуса 8 и изолированный от него при помощи выходного высоковольтного изолятора 11. Внутри корпуса 8 зарядного блока размещены повышающий трансформатор 12, высоковольтный выпрямитель 13, защитный дроссель 14, разрядный резистор 15 и измерительная СR-цепочка из конденсатора 16 и двух резисторов 17 и 18, емкостной фильтр 19, мостовой инвертор 20 на транзисторах, схема управления 21 инвертором и резонансный конденсатор 22, при этом емкостной фильтр 19, одна из диагоналей мостового инвертора 20 и вход схемы управления 21 инвертором подключены параллельно к низковольтному входу 9, вторая диагональ мостового инвертора 20 подключена через резонансный конденсатор 22 к первичной обмотке повышающего трансформатора 12, выход схемы управления 21
инвертором соединен с управляющими электродами транзисторов мостового инвертора 20, вторичная обмотка повышающего трансформатора 12 подключена к одной диагонали мостового высоковольтного выпрямителя 13, вторая диагональ мостового выпрямителя 13 подключена к высоковольтному выводу 10 и корпусу 8 через защитный дроссель 14, между высоковольтным выводом 10 и корпусом 8 включены параллельно разрядный резистор 15 и измерительная CR - цепочка из конденсатора 16 и двух резисторов 17 и 18, постоянная времени измерительной CR - цепочки выбрана меньше постоянной времени разряда емкостного накопителя.The charging unit 4 in this apparatus contains (see Fig. 2) an oil-filled metal housing 8 with a low-voltage input 9 at one end and a high-voltage output 10 at the other end. The housing 8 of the charging unit is made in the form of a steel pipe with an outer diameter of 102 mm and a length of about 0.7 m. The low-voltage input 9 is a standard three-socket or three-pin cable head, to which the cable lug of the geophysical cable 2 is connected. The high-voltage terminal 10 is a metal pin, located along the axis of the housing 8 and isolated from it by means of the output high-voltage insulator 11. Inside the housing 8 of the charging unit there is a step-up transformer 12, a high-voltage rectifier Itel 13, a protective inductor 14, a discharge resistor 15 and a measuring CR chain from a capacitor 16 and two resistors 17 and 18, a capacitive filter 19, a bridge inverter 20 with transistors, a control circuit 21 of the inverter and a resonant capacitor 22, while the capacitive filter 19, one of the diagonals of the bridge inverter 20 and the input of the inverter control circuit 21 are connected in parallel to the low-voltage input 9, the second diagonal of the bridge inverter 20 is connected through the resonant capacitor 22 to the primary winding of the step-up transformer 12, the output of the control circuit Oia 21 the inverter is connected to the control electrodes of the transistors of the bridge inverter 20, the secondary winding of the step-up transformer 12 is connected to one diagonal of the bridge high-voltage rectifier 13, the second diagonal of the bridge rectifier 13 is connected to the high-voltage terminal 10 and the housing 8 through a protective inductor 14, between the high-voltage terminal 10 and the housing 8 are included in parallel, the discharge resistor 15 and the measuring CR - chain of capacitor 16 and two resistors 17 and 18, the time constant of the measuring CR - chain is chosen less than the constant constant storage capacitor discharge time.
Конденсаторные модули 5 идентичны по конструкции и запасаемой энергии. Каждый конденсаторный модуль содержит группу последовательно или параллельно соединенных и пропитанных маслом конденсаторных секций, размещенных в металлическом корпусе, причем металлический корпус является катодом. Конденсаторные модули имеют на обоих концах выходные высоковольтные изоляторы, токовыводы и присоединительные резьбы (одну внутреннюю, другую наружную). Благодаря этому становится возможным соединение конденсаторных модулей в цепную линию, а также заряд конденсаторных модулей с одного конца модуля и разряд на нагрузку с другого конца модуля. Рабочее напряжение каждого конденсаторного модуля составляет 30-35 кВ, энергоемкость 1 кДж, индуктивность не более 120 нГн.Capacitor modules 5 are identical in design and stored energy. Each capacitor module contains a group of series or parallel connected and oil-impregnated capacitor sections housed in a metal housing, the metal housing being a cathode. Capacitor modules have output high-voltage insulators, current outputs and connecting threads (one internal, the other external) at both ends. Due to this, it becomes possible to connect capacitor modules into a chain line, as well as charge capacitor modules from one end of the module and discharge to the load from the other end of the module. The operating voltage of each capacitor module is 30-35 kV, the energy consumption is 1 kJ, the inductance is not more than 120 nH.
Зарядный блок 4 и конденсаторные модули 5 отваккуумированы и заполнены конденсаторным маслом. Высоковольтные изоляторы в зарядном блоке 4 и конденсаторных модулях 5 этих модулях установлены с уплотнениями относительно токовыводов и корпуса. Внутри зарядного 4 и конденсаторных модулей 5 установлены термокомпенсаторы расширения конденсаторного масла при повышенных температурах, которые наблюдаются обычно в скважине. Термостойкость зарядного блока и конденсаторных модулей +100 °C. Коммутатор 6 представляет собой неуправляемый газонаполненный (азотный или водородный) разрядник с фиксированным напряжением срабатывания, также размещенный в металлическом корпусе и снабженный с двух сторон токовыводами, высоковольтными изоляторами и уплотнениями.The charging unit 4 and the capacitor modules 5 are evacuated and filled with condenser oil. High-voltage insulators in the charging unit 4 and the capacitor modules 5 of these modules are installed with seals relative to the current leads and the housing. Inside the charging 4 and condenser modules 5, temperature compensators are installed to expand the condenser oil at elevated temperatures, which are usually observed in the well. Heat resistance of the charging unit and capacitor modules +100 ° C. Switch 6 is an uncontrolled gas-filled (nitrogen or hydrogen) discharger with a fixed operating voltage, also located in a metal case and equipped on both sides with current leads, high-voltage insulators and seals.
Электродная система 7 имеет центральный анод-стержень, изолятор-обтекатель и катод с плоской поверхностью, установленный с зазором относительно анода и соединенный с металлическим корпусом, в котором выполнено до двенадцати продольных прорезей - окон для сообщения внутреннего объема системы со скважинной жидкостью и высокоскоростного
выброса жидкости при электрическом разряде. Изолятор - обтекатель установлен с уплотнениями относительно металлического корпуса и центрального анода для исключения прорыва скважинной жидкости, находящейся под высоким пластовым давлением 200-300 атм, в направлении к коммутатору 6. Катод имеет хвостовик с резьбой, что позволяет путем вкручивания/выкручивания катода регулировать зазор между анодом и катодом электродной системы и ее электроакустический к.п.д.The electrode system 7 has a central anode rod, a fairing insulator, and a cathode with a flat surface mounted with a gap relative to the anode and connected to a metal casing in which up to twelve longitudinal slots are made - windows for communicating the internal volume of the system with the borehole fluid and high-speed ejection of liquid during electric discharge. The insulator - fairing is installed with seals relative to the metal casing and the central anode to prevent breakthrough of the borehole fluid, which is under high reservoir pressure of 200-300 atm, in the direction of the switch 6. The cathode has a threaded shank, which allows you to adjust the gap between the cathode by screwing / unscrewing the anode and cathode of the electrode system and its electro-acoustic efficiency
Сборка скважинного электрогидравлического аппарата и все межмодульные электрические и механические соединения осуществляются двумя простыми операциями: установкой на концы модулей кольцевых резиновых уплотнений и последовательным свинчиванием модулей друг с другом.The assembly of the borehole electro-hydraulic apparatus and all intermodular electrical and mechanical connections are carried out in two simple operations: installing ring rubber seals on the ends of the modules and sequentially screwing the modules together.
Предлагаемое устройство работает следующим образом:The proposed device operates as follows:
При включении наземного источника 1 электропитания серии Gепеsуs на его выходе начинает плавно нарастать постоянное напряжение. В геофизическом кабеле 2 возникает постоянный ток, который заряжает входной (фильтрующий) конденсатор 19 зарядного блока 4 до порогового значения, определяемого схемой управления 21 зарядного блока. Падение напряжения на геофизическом кабеле легко компенсируется повышением выходного напряжения наземного источника электропитания. При достижении на входном (фильтрующем) конденсаторе 19 напряжения порогового значения, схема управления 21 выдаёт сигналы управления на силовые транзисторы мостового инвертора 20 с частотой и длительностью согласно параметрам резонансного контура, образованного резонансным конденсатором 22 и индуктивностью рассеивания (первичной обмоткой) повышающего трансформатора 12, включенных в диагональ мостового инвертора 20. Схема управления 21 работает в автоколебательном режиме до тех пор, пока напряжение на входном конденсаторе 19 больше порогового. Полученное в мостовом инверторе 20 переменное напряжение, по форме близкое к синусоидальному и частотой десятки килогерц, подается на первичную обмотку повышающего трансформатора 12, повышается в нем и с вторичной обмотки повышающего трансформатора 12 поступает на высоковольтный выпрямитель 12, собранный по мостовой схеме или схеме с умножением напряжения, где выпрямляется и умножается соответственно в 2 или 4 раза. С выпрямителя 12 высокое и выпрямленное напряжение подается на высоковольтный вывод 10 зарядного блока, а от него на конденсаторные модули 5 скважинного электрогидравлического аппарата.
Промышленная применимость.When the ground source 1 of the Gepesus series power is turned on, a constant voltage begins to gradually increase at its output. A direct current occurs in the geophysical cable 2, which charges the input (filtering) capacitor 19 of the charging unit 4 to a threshold value determined by the control circuit 21 of the charging unit. The voltage drop across the geophysical cable is easily compensated by an increase in the output voltage of the ground power source. When the voltage reaches the threshold value at the input (filtering) capacitor 19, the control circuit 21 generates control signals to the power transistors of the bridge inverter 20 with a frequency and duration according to the parameters of the resonant circuit formed by the resonant capacitor 22 and the dissipation inductance (primary winding) of the step-up transformer 12 included to the diagonal of the bridge inverter 20. The control circuit 21 operates in self-oscillating mode as long as the voltage at the input capacitor 19 is greater than the thresholds wow. The alternating voltage obtained in the bridge inverter 20, similar in shape to a sinusoidal and frequency of tens of kilohertz, is supplied to the primary winding of the step-up transformer 12, increased in it and fed from the secondary winding of the step-up transformer 12 to a high-voltage rectifier 12, assembled according to a bridge or multiplication circuit voltage, where it is straightened and multiplied, respectively, 2 or 4 times. From the rectifier 12, a high and rectified voltage is supplied to the high-voltage terminal 10 of the charging unit, and from it to the capacitor modules 5 of the borehole electro-hydraulic apparatus. Industrial applicability.
Авторы провели схемотехническое моделирование работы нового зарядного блока на емкостную нагрузку Cн= 0,01 мкФ (в 1000 раз меньшую емкости конденсаторных модулей аппарата «ЭPA-5DC» для сокращения времени моделирования). Результаты схемотехнического моделирования нового зарядного блока аппарата с геофизическим кабелем длиной 5 км показали, что:The authors performed a circuit simulation of the operation of the new charging unit for a capacitive load C n = 0.01 μF (1000 times smaller than the capacitance of the capacitor modules of the EPA-5DC apparatus to reduce simulation time). The results of circuit simulation of a new charging unit with a geophysical cable 5 km long showed that:
- переход на питание скважинного электрогидравлического аппарата постоянным напряжением приводит к снижению потерь на геофизическом кабеле и повышению на 13% мощности, передаваемой к зарядному блоку и конденсаторным модулям аппарата «ЭPA-5- DC» (при условной выходной мощности наземного пульта питания и управления 1 кВт электрическая мощность на входе зарядного блока повышается с 440 Вт до 560 Вт при переходе от частоты питания f=l кГц к частоте f=0, см. фиг.4);- switching to the borehole electro-hydraulic apparatus with a constant voltage leads to a reduction in losses on the geophysical cable and a 13% increase in the power transmitted to the charging unit and capacitor modules of the EPA-5-DC apparatus (with a conditional output power of the ground power and control panel 1 kW the electric power at the input of the charging unit rises from 440 W to 560 W when switching from the supply frequency f = l kHz to the frequency f = 0, see figure 4);
- новый зарядный блок обеспечивает заряд конденсатора Cн= 0,01 мкФ до напряжения 30 кВ за время 5 миллисекунд. Соответственно, конденсаторные модули аппарата «ЭPA-5-ДC» суммарной емкостью C=IO мкФ будут заряжены (при условии их линейного заряда Q=I-T=U-C) до напряжения 30 кВ за время не более 5 сек. При этом для заряда конденсаторных модулей аппарата «ЭPA-5» будет достаточно мощности источника вторичного электропитания 1,5 кВт (в прототипе выходная мощность наземного источника питания составляет 3 кВт). Авторы провели также трехмерное конструирование нового зарядного блока, которое показало, что все внутренние части зарядного блока: емкостной фильтр, мостовой инвертор на транзисторах и схема управления инвертором, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор, защитный дроссель и измерительная СR-цепочка, могут быть размещены в металлическом корпусе с наружным диаметром 102 мм (как у остальных блоков-модулей скважинного электрогидравлического аппарата).- the new charging unit provides a capacitor charge of C n = 0.01 μF to a voltage of 30 kV for 5 milliseconds. Accordingly, the capacitor modules of the EPA-5-DC apparatus with a total capacity of C = IO μF will be charged (provided that they have a linear charge Q = IT = UC) to a voltage of 30 kV in a time of no more than 5 seconds. At the same time, the power of the secondary power source of 1.5 kW will be enough to charge the capacitor modules of the EPA-5 apparatus (in the prototype, the output power of the ground power source is 3 kW). The authors also carried out three-dimensional construction of a new charging unit, which showed that all the internal parts of the charging unit: a capacitive filter, a bridge inverter with transistors and an inverter control circuit, a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a discharge resistor, a protective inductor and a measuring CR circuit, can be placed in a metal case with an outer diameter of 102 mm (like the rest of the module blocks of the borehole electro-hydraulic apparatus).
Таким образом, результаты расчетов и конструирования, а также анализ современной элементной базы показывают перспективность и реальную возможность разработки для скважинного электрогидравлического аппарата «ЭPA-5» системы питания и заряда, состоящей из наземного пульта питания и управления на основе источника постоянного тока и глубинного зарядного блока с встроенным высокочастотным преобразователем напряжения. Это обеспечит снижение потерь энергии на геофизическом кабеле и работоспособность аппарата «ЭPA-5» при длинах геофизического кабеля более 5-6 км.
Кроме того, улучшатся условия по регистрации и обработке контрольного импульса аппарата, несущего информацию о параметрах тока разряда аппарата (о состоянии аппарата и уровне ударной волны, воздействующей на нефтяной пласт).
Thus, the results of calculations and design, as well as the analysis of the modern elemental base, show the prospects and the real possibility of developing a power and charge system for the EPA-5 borehole electrohydraulic device, consisting of a ground power and control panel based on a direct current source and a deep charging unit with integrated high frequency voltage converter. This will ensure a reduction in energy losses on the geophysical cable and the operability of the EPA-5 apparatus with geophysical cable lengths of more than 5-6 km. In addition, the conditions for recording and processing the control pulse of the device carrying information about the parameters of the discharge current of the device (about the state of the device and the level of the shock wave affecting the oil reservoir) will improve.
Claims
1. Устройство для электрогидравлического воздействия на призабойную зону скважины, содержащее соединенные посредством геофизического кабеля наземный источник питания и управления и скважинный электроразрядный аппарат, включающий зарядный блок, конденсаторный накопитель энергии, коммутатор и электродную систему, выполненные в виде отдельных модулей, при этом зарядный блок содержит маслонаполненный металлический корпус, на одном конце которого установлен низковольтный ввод, а на другом конце - высоковольтный вывод, внутри корпуса размещены повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор, защитный дроссель и измерительная CR- цепочка, при этом один конец вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен через высоковольтный выпрямитель и защитный дроссель с высоковольтным выводом, а второй конец вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен с корпусом, разрядный резистор и измерительная СR-цепочка включены параллельно между высоковольтным выводом и корпусом, постоянная времени измерительной CR - цепочки выбрана меньше постоянной времени разряда емкостного накопителя, отличающееся тем, что наземный источник питания представляет собой источник постоянного тока, в зарядный блок дополнительно введены емкостной фильтр, мостовой инвертор на транзисторах и схема управления инвертором, при этом емкостной фильтр, одна из диагоналей мостового инвертора и вход схемы управления инвертором подключены параллельно к низковольтному вводу, вторая диагональ мостового инвертора подключена через резонансный конденсатор к первичной обмотке повышающего трансформатора, а выход схемы управления инвертором соединен с управляющими электродами транзисторов. 1. A device for electro-hydraulic impact on the bottom-hole zone of a well, comprising a ground-based power and control source and a downhole electric-discharge apparatus connected via a geophysical cable, including a charging unit, a capacitor energy storage device, a switch and an electrode system made in the form of separate modules, the charging unit comprising oil-filled metal case, at one end of which a low-voltage input is installed, and at the other end - a high-voltage output, inside the case a step-up transformer, a high-voltage rectifier, a discharge resistor, a protective choke and a measuring CR-circuit are placed, with one end of the secondary winding of the step-up transformer connected through a high-voltage rectifier and a protective choke with a high-voltage output, and the second end of the secondary winding of the step-up transformer connected to the housing, a discharge resistor and the CR measuring circuit are connected in parallel between the high-voltage output and the housing, the time constant of the measuring CR circuit is selected less constant at the same time, the capacitive storage discharge, characterized in that the ground-based power supply is a direct current source, a capacitive filter, a bridge inverter with transistors and an inverter control circuit are additionally introduced into the charging unit, while a capacitive filter, one of the diagonals of the bridge inverter and the input of the control circuit the inverter is connected in parallel to the low-voltage input, the second diagonal of the bridge inverter is connected through the resonant capacitor to the primary winding of the step-up transformer, and you the inverter control circuit is connected to the control electrodes of the transistors.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP200900974 | 2009-06-24 | ||
| EA200900974A EA016999B1 (en) | 2009-06-24 | 2009-06-24 | Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010151170A1 true WO2010151170A1 (en) | 2010-12-29 |
Family
ID=43386746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000480 WO2010151170A1 (en) | 2009-06-24 | 2009-09-18 | Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA016999B1 (en) |
| WO (1) | WO2010151170A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10370903B2 (en) | 2016-01-20 | 2019-08-06 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Electrical pulse drill bit having spiral electrodes |
| CN111578989A (en) * | 2020-05-06 | 2020-08-25 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Exploration method of fault confined water bridge abutment and bridge abutment erection method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666830C1 (en) * | 2017-12-19 | 2018-09-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроИмпульс Инжиниринг" | Method of intensification of oil production, liquidation and prevention of deposits in oil and gas producing and discharge wells and device for implementation thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05292679A (en) * | 1992-04-10 | 1993-11-05 | Meidensha Corp | Power converter |
| RU2132105C1 (en) * | 1997-08-26 | 1999-06-20 | Картелев Анатолий Яковлевич | Charging device for capacitance storage |
| US6160374A (en) * | 1999-08-02 | 2000-12-12 | General Motors Corporation | Power-factor-corrected single-stage inductive charger |
| EA010901B1 (en) * | 2006-10-26 | 2008-12-30 | Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ | Device for electrohydraulic treatment of wellbottom zone |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2577373B1 (en) * | 1985-02-12 | 1995-02-17 | Thomson Cgr | CONTINUOUS HIGH VOLTAGE SUPPLY, ESPECIALLY FOR X-RAY EMITTERS |
| SU1628127A1 (en) * | 1988-05-11 | 1991-02-15 | Предприятие П/Я В-8835 | Voltage converter |
| WO2006079985A2 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Modular power supply for x-ray tubes and method thereof |
| RU2305177C1 (en) * | 2006-02-16 | 2007-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПермНИПИнефть" | Electrochemical treatment method for productive reservoir of oil-and-gas wells |
-
2009
- 2009-06-24 EA EA200900974A patent/EA016999B1/en not_active IP Right Cessation
- 2009-09-18 WO PCT/RU2009/000480 patent/WO2010151170A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05292679A (en) * | 1992-04-10 | 1993-11-05 | Meidensha Corp | Power converter |
| RU2132105C1 (en) * | 1997-08-26 | 1999-06-20 | Картелев Анатолий Яковлевич | Charging device for capacitance storage |
| US6160374A (en) * | 1999-08-02 | 2000-12-12 | General Motors Corporation | Power-factor-corrected single-stage inductive charger |
| EA010901B1 (en) * | 2006-10-26 | 2008-12-30 | Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ | Device for electrohydraulic treatment of wellbottom zone |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10370903B2 (en) | 2016-01-20 | 2019-08-06 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Electrical pulse drill bit having spiral electrodes |
| CN111578989A (en) * | 2020-05-06 | 2020-08-25 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Exploration method of fault confined water bridge abutment and bridge abutment erection method |
| CN111578989B (en) * | 2020-05-06 | 2022-06-10 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Exploration method of fault confined water bridge abutment and bridge abutment erection method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA016999B1 (en) | 2012-09-28 |
| EA200900974A2 (en) | 2010-12-30 |
| EA200900974A3 (en) | 2011-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2392422C1 (en) | Method for production of oil with help of elastic vibration energy and facility for its implementation | |
| US10472894B2 (en) | Resonant transformer for downhole electrocrushing drilling | |
| RU2311961C1 (en) | Design of the electrodynamic fractionating installation | |
| US5228011A (en) | Variable multi-stage arc discharge acoustic pulse source transducer | |
| RU2388908C1 (en) | Method of electric hydraulic impact on oil formation and device for its implementation | |
| CN107124117A (en) | A kind of low-frequency electric pulse electric discharge device for de-plugging of well | |
| CN108757010A (en) | The controllable anti-reflection device in shock wave coal seam of dry type | |
| CN101424744A (en) | Electric spark earthquake focus for ocean exploration | |
| CN109973052A (en) | It is a kind of multistage energy storage controllably impact wave generation device | |
| CN205404827U (en) | A controllable sparker device of energy for engineering investigation | |
| WO2010151170A1 (en) | Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone | |
| Olson et al. | The physical mechanisms leading to electrical breakdown in underwater arc sound sources | |
| CN204496015U (en) | A kind of controllable electric spark type elastic wave seismic source apparatus | |
| US20120212351A1 (en) | High-power electromagnetic pulse launcher in well | |
| EA010901B1 (en) | Device for electrohydraulic treatment of wellbottom zone | |
| RU2132105C1 (en) | Charging device for capacitance storage | |
| CN2837862Y (en) | Crosshole seismic sparker | |
| RU2621459C1 (en) | Electrohydraulic complex with plasma spark gap | |
| RU2337237C2 (en) | Electrohydroimpulsive downhole device | |
| Zhu et al. | Energy scavenging technique for powering wireless sensors | |
| RU2382373C1 (en) | Method for remote control of well electric discharge devices | |
| RU2101793C1 (en) | High-voltage pulse capacitor | |
| RU68804U1 (en) | INCREASING AC TO DC CONVERTER FOR DISCHARGE-PLASMA HYDROACOUSTIC INSTALLATION | |
| RU2133073C1 (en) | Storage capacitor charger | |
| EA017335B1 (en) | Method of powering of electrodeischarge well devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09846599 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09846599 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |