Повышающий преобразователь переменного тока в постоянный для разрядно-плазменной гидроакустической установки

Повышающий AC/DC преобразователь переменного тока в постоянный для разрядно-плазменной гидроакустической установки для воздействия на нефтегазоносный пласт, относится к нефтегазовой промышленности и может быть использован для ликвидации отложений в скважинах, повышения продуктивности всего пласта, а также проницаемости после бурения и ремонта. Преобразователь является составной частью погружного блока и служит для заряда накопителя энергии для плазменного генератора акустических волн. Погружной блок соединяется с наземным блоком каротажным кабелем, через который передается импульсное питание для преобразователя и сигнал обратной связи для автоматического управления режимом работы установки. Эффект повышения надежности и КПД преобразователя достигнут за счет управления скоростью заряда путем изменения длительности импульсов при неизменных частоте и амплитуде.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для ликвидации отложений в скважинах, повышения продуктивности всего пласта, а также проницаемости после бурения и ремонта. Изобретение относится к устройствам для обработки призабойной зоны нефтяного или газового пласта и способам его применения с целью повышения проницаемости пласта и увеличения нефтегазоотдачи скважины.

Известно выпрямительное устройство (см. а.с. СССР №314505, М. Кл. Н 02 М 7/10, авторы О.Г.Потанин, А.Г.Николаев, В.К.Быстров и Л.С.Гац, заявлено 30.12.76, опубликовано 05.07.78, бюл. №25), содержащее трансформатор и мостовой выпрямитель, выполненный на двух диодах и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения.

Недостатком известного выпрямительного устройства является низкая надежность и низкий КПД в связи с большой величиной вторичного напряжения и большой паразитной емкостью вторичной обмотки трансформатора.

Известно зарядное устройство емкостного накопителя скважинной электрогидравлической установки для обработки призабойной зоны нефтяных скважин (см. статью А.М.Курач, Ю.И.Курашко, В.И.Воробьев, С.И.Заславский, "Генератор импульсных токов для электрогидравлической установки воздействия на пласт". Тезисы докладов 3 Всесоюзной научно-технической конференции, Николаев, 1984, с.111-112), содержащее металлический корпус, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор и отсекающий дроссель.

Высоковольтный выпрямитель выполнен на двух вентилях и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения Латура, и подключен общими точками соединения двух вентилей и двух конденсаторов ко вторичной обмотке трансформатора. Отсекающий дроссель одним выводом подключен к одной из общих точек соединения вентиля и конденсатора, а другим выводом - к корпусу выпрямителя и служит для ограничения токов в выпрямителе при перезарядке емкостного накопителя. Другая общая точка соединения вентиля и конденсатора подключена к высоковольтному выводу зарядного устройства. Разрядный высокоомный резистор включен между высоковольтным выводом и корпусом зарядного устройства и служит для снятия остаточного напряжения с емкостного накопителя при отключении источника первичного напряжения. Корпус выполнен в виде стальной трубы диаметром 114 мм и длиной 1330 мм и залит трансформаторным маслом. Рабочее напряжение зарядного устройства 30 кВ.

Недостатком зарядного устройства скважинной электрогидравлической установки является невозможность контроля за режимом работы (разряда) емкостного накопителя.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является зарядное устройство емкостного накопителя (см. патент РФ №2132105, авторы Картелев А.Я., Кулагин А.А., Межевов А.Б., Шайдуллин В.Ш., Ишуев Т.Н., Харисов Р.Г.), содержащий металлический корпус, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель. Высоковольтный выпрямитель выполнен на двух диодах и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения. Параллельно нагрузке включена измерительная цепочка, от нижнего плеча делителя сигнал поступает на поверхность по кабелю для контроля работы устройства.

Недостатком зарядного устройства скважинной электрогидравлической установки-прототипа является неоптимальный способ регулирования скорости заряда накопителя путем изменения напряжения импульсов, генерируемых наземным блоком питания.

При создании данного изобретения решалась задача улучшения массогабаритных параметров установки как погружной части, так и наземного блока за счет оптимизации методов регулирования скорости зарядки накопителя и применения многотрансформаторной схемы повышения напряжения.

Техническим результатом изобретения-прототипа является создание малогабаритного устройства повышенной надежности.

Разрядно-плазменная гидроакустическая установка (РПГА) по настоящему изобретению предназначена для обработки призабойной зоны нефтегазового пласта с целью повышения его проницаемости и увеличения нефтегазоотдачи скважины. Установка состоит из двух частей - наземного блока питания, регулирования и контроля и погружной части, содержащей зарядный блок, накопитель и импульсный генератор плазменного разряда. Погружной блок соединен с наземным блоком каротажным кабелем, с помощью которого осуществляется его спуск в скважину.

Суть работы устройства заключается в следующем:

В течение короткого времени (несколько микросекунд) в разрядном промежутке плазменного генератора погруженного в жидкость в скважине в зоне нефтеносного пласта возникает плазменный жгут с температурой в тысячи градусов. Это приводит вначале к формированию фронта ударной волны, как при взрыве. Распространяясь со скоростью звука ударная волна разрушает твердые, а следовательно хрупкие породы. В следующий момент жидкость в зоне разряда превращается в пар, создавая бросок давления, это приводит к смещению разрушенных частиц в направлении от скважины. Однако чуть позже вместо высокого давления возникает разряжение, поскольку парогазовый пузырь резко конденсируется. Пластовое давление захлопывает его, увлекая разрушенные отложения в скважину. Все это сопровождается широкополосным акустическим воздействием, вибрирующим породы вокруг скважины.

Многократное повторение описанного процесса приводит к существенной промывке призабойной зоны пласта, приводящей к интенсификации нефтегазоотдачи.

Наземный блок является источником питания для погружной части, а также контролирующим, измерительным и управляющим устройством комплекса. Сердцем его является микроконтроллер, который задает необходимый режим обработки скважины, измеряет параметры воздействия на пласт, а также фиксирует место, время и продолжительность обработки, для формирования в дальнейшем отчетных документов. Индикация осуществляется многострочным цифровым жидкокристаллическим индикатором, управление кнопочным пультом.

На фиг.1 изображены составные части РПГА, на фиг.2 - принципиальная схема преобразователя переменного тока в постоянный (AC/DC), на фиг.3 - осциллограммы питающих импульсов.

РПГА (фиг.1) состоит из наземного микроконтроллерного инверторно-измерительного блока 1, соединительного кабеля 2, а также погружной части, состоящей из повышающего преобразователя AC/DC 3, низкоиндуктивного накопителя энергии 4, высоковольтного коммутатора 5, плазменного генератора акустических волн 6, помещенных в маслонаполненную трубу.

Повышающий AC/DC преобразователь (фиг.2) содержит два или более повышающих трансформатора 7, первичные обмотки которых соединены параллельно, а вторичные последовательно, высоковольтный выпрямитель 8, состоящий из двух диодных столбов и двух конденсаторов, соединенных по схеме удвоения напряжения, токоограничивающего резистора 9, измерительного делителя напряжения 10. Выпрямленное высокое напряжение подается на низкоиндуктивный накопитель энергии 4 (фиг.1).

Работает преобразователь следующим образом. На первичные обмотки трансформаторов подается импульсное двуполярное напряжение с частотой следования импульсов 1000 Гц, формируемое инверторной схемой наземного блока под управлением микроконтроллера. Выходное напряжение импульсов неизменной величины 800 В, а длительность может меняться 11, 12 (фиг.3), чем достигается различная скорость заряда накопителя. Программа микроконтроллера изменяет длительность импульсов таким образом, чтобы получить заданные скорость заряда накопителей и частоту срабатывания плазменного генератора акустических волн. Таким образом, регулирование скорости заряда накопителя производят изменением длительности зарядных импульсов при неизменных частоте и амплитуде. Такой способ регулирования позволяет получить более высокий КПД устройства, повысить надежность высоковольтных цепей без увеличения размеров изолирующих элементов, повысить скорость реакции устройства на сигнал обратной связи, чего невозможно достигнуть при изменении, например, выходного напряжения инвертора.

В преобразователе применено два повышающих трансформатора вместо одного и дальнейшее удвоение напряжения при выпрямлении. Это позволило формировать амплитуду выпрямленного напряжения на уровне 40 кВ при применении сравнительно низковольтных трансформаторов с выходным напряжением 10 кВ. Кроме значительного повышения электропрочности таких трансформаторов и уменьшения их габаритов достигается весьма существенное снижение реактивных потерь на перезаряд паразитных емкостей вторичных обмоток.

S=4C*f*V²/n?

где S - мощность потерь, С - паразитная емкость, f - частота сигнала, V - напряжение на вторичной обмотке, n - число независимых трансформаторов. Выигрыш достигает 60 крат по сравнению с одним трансформатором на полное напряжение (в 16 раз за счет четырехкратного снижения напряжения, еще в 2 раза за счет двух трансформаторов и еще примерно в 2 раза за счет снижения паразитной емкости обмотки).

Авторами изготовлены и испытаны устройства РПГА, показавшие неизменно положительный результат при обработке нефтегазодобывающих скважин.

Технические параметры РПГА

Наземный блок:

Погружной части:

Питание от сети переменного тока частотой 50-60 Гц, напряжением 220±25В

1. Повышающий преобразователь переменного тока в постоянный для накопителя разрядно-плазменной гидроакустической установки, содержащий повышающие трансформаторы, выпрямитель с удвоением напряжения, помещенные в маслонаполненную стальную трубу, отличающийся тем, что содержит два или более повышающих трансформатора, первичные обмотки которых соединены параллельно, а вторичные последовательно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирование скорости заряда накопителя производят изменением длительности зарядных импульсов при неизменных частоте и амплитуде.