Устройство для формирования электромагнитных импульсов

 

Использование: в устройствах, предназначенных для формирования электромагнитных импульсов, в нефтеперерабатывающей промышленности, а также при проведении электроразведочных работ в геологии, геофизики, горном деле. Сущность изобретения: устройство содержит основной 8 и дополнительный 9 тиристорные триггеры. В первое плечо дополнительного триггера включены диполи 3 с противоположным по отношению к диполям 2 направлением тока. Задающий генератор 80 импульсов центрального информационно-вычислительного комплекса выполнен в виде последовательного соединения генератора 81 фиксированных частот и шифратора 82 последовательности частот. Устройство 51 распределения импульсов включает в себя двенадцать оптронных ключей 52 - 62, 67, дешифратор 63, счетчик импульсов 64, нулевую шину 65 и шифратор команд 66. Устройство позволяет увеличить КПД и помехозащищенность при формировании электромагнитных импульсов. 9 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для формирования электромагнитных импульсов, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, а также при проведении электроразведочных работ в геологии, геофизике, горном деле, при получении неполярных жидкостей в химии.

Известно устройство для измерения параметров водоносных подземных горизонтов (а. с. N 1540515М, кл. G 01 V 3/14), содержащее радиочастотный генератор, входы управления которого соединены с выходами программно-управляемых регулятором амплитуды и длительности импульсов, а силовой выход соединен с силовым входом программно-управляемого переключателя, соединенного с проволочной петлей (диполем) и с усилителем, вход управления которого соединен с регулятором усиления, а выход соединен с информационным входом синхронного детектора, опорный вход которого соединен с опорным выходом радиочастотного генератора, а выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) соединен с первым информационным входом ЭВМ, выходы управления которой соединены с входами управления программно-управляемых регуляторов амплитуды длительности импульсов, радиочастотного генератора, программно-управляемого переключателя, регулятора усиления и АЦП, которое дополнительно содержит программно-управляемый измеритель фазы, опорный вход которого соединен с выходом радиочастотного генератора, информационный вход соединен с выходом усилителя, вход управления соединен с выходом управления ЭВМ, а выход соединен с вторым информационным входом ЭВМ. Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для воздействия электромагнитным излучением на водоносный горизонт, по отраженному вторичному полю которого судят о его минерализации, а наличие в устройстве одного диполя (проволочной петли) с программно-управляемыми регуляторами амплитуды и измерителем фазы посылаемых сигналов не позволяют создать направленной движущей силы на объем нефти в нефтяном пласте.

Наиболее близким аналогом предлагаемому является устройство для формирования электромагнитных импульсов в земной коре (см. а.с. N 1485852 кл. G01V3/12), содержащее тиристорный триггер с системой управления тиристорами триггера, в одно плечо которого включены последовательно первый тиристор и балластное сопротивление, во второе плечо триггера включены последовательно второй тиристор и тиристорный реверсор, состоящий из третьего, четвертого, пятого и шестого тиристоров и дипольной активно-индуктивной нагрузки в диагонали, коммутирующий конденсатор, включенный между катодами первого и второго тиристоров триггера, в котором в реверсор дополнительно включены вспомогательный конденсатор и встречно направленные пары диод-тиристор, подсоединенные параллельно дипольной активно-индуктивной нагрузке, при этом общая точка соединения диодов и тиристоров подключена к первой обкладке вспомогательного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к узлу диагонали питания реверсора, а также оно содержит дополнительный тириcтор, включенный параллельно тиристору второго плеча триггера, причем цепи запуска тиристоров второго плеча триггера основного и упомянутого дополнительного - объединены с цепями запуска тиристоров соответственно первого и второго плеч реверсора.

Основными недостатками этого устройства являются те, что они не позволяют формировать сигналы одному и тому же диполю в разные полупериоды со сдвигом фаз и разной амплитуды, а также сложность управления, при котором на 1 диполь используется 9 каналов управления и 9 тиристоров, дополнительные потери энергии через сопротивление 2, когда ток в диполь заперт. Перечисленные недостатки устройства не позволяют эффективно использовать его волновую энергию для создания направленной движущей силы на объем нефти в нефтяном пласте к добывающим скважинам.

Технической задачей является повышение нефтеотдачи путем формирования направленных электромагнитных импульсов, упрощение и увеличение КПД и помехозащищенности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для формирования электромагнитных импульсов, содержащее основной тиристорный триггер, в первом плече которого включены диполи, подключенные через первые тиристоры к основному источнику питания, во второе плечо триггера включен второй тиристор, аноды первых тиристоров через разделительные диоды и дроссель подключены к аноду второго тиристора, управляющие электроды тиристоров через устройство формирования импульсов связаны с выходами задающего генератора импульсов центрального информационно-вычислительного комплекса радиоканалом через приемо-передающее устройство, снабжено дополнительным источником питания, включенным последовательно с основным и с заземлением их общей точки, при этом дополнительный источник питания нагружен на дополнительный триггер, в первое плечо которого включены дополнительные диполи с противоположным по отношению к основным направлением тока, дополнительно задающий генератор импульсов центрального информационно-вычислительного комплекса выполнен в виде последовательного соединения генератора фиксированных частот и шифратора последовательности частот, а выход радиоприемного устройства подключен ко входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого частотных детекторов, выходы которых подключены ко входам устройствах распределения импульсов, включающего в себя оптронные ключи, дешифратор, счетчик импульсов, нулевую шину, шифратор команд, выходы частотных детекторов подключены к первым входам оптронных ключей, вторые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого оптронных ключей связаны с выходами дешифратора, а вторые входы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого оптронных ключей связаны с нулевой шиной, выход третьего частотного детектора через двенадцатый оптронный ключ связан со счетным входом счетчика импульсов, выход которого подключен ко входам дешифратора, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого оптронных ключей подключены к первым входам элементов 2ИЛИ, вторые входы элементов 2ИЛИ подключены к выходам шифратора команд, а выходы элементов 2ИЛИ через выходные команды подключены к управляющим электродам силовых тиристоров основного и тиристоров дополнительного триггеров.

Авторы претендуют на следующие отличительные признаки устройства: устройство снабжено дополнительным источником электрической энергии, включенным последовательно с основным и их общая точка заземлена, нагруженным на дополнительный триггер, в первое плечо которого включены дополнительные диполи с противоположным по отношению к основным направлением тока; задающий генератор центрального информационно-вычислительного комплекса выполнен в виде последовательного соединения генератора фиксированных частот и шифратора последовательности частот, а выход радиоприемного устройства подключен к входам частотных детекторов, одна группа которых связана с входами оптронных ключей, а другая с входами устройства распределения импульсов; выходы оптронных ключей подключены к первым входам элементов 2ИЛИ, выходы устройства распределения импульсов подключены к вторым входам элементов 2ИЛИ, а выходы элементов 2ИЛИ подключены к устройству формирования управляющих импульсов силовых тиристоров основного и дополнительного триггеров; первые входы оптронных ключей одновременно подключены соответственно к выходу первого и второго частотных детекторов, вторые входы оптронных ключей подключены к соответствующим выходам дешифратора; счетный вход счетчика импульсов через оптронный ключ связан с выходом третьего частотного детектора, а вторые входы элементов 2ИЛИ связаны с соответствующими выходами шифратора команд, входы которых через оптронные ключи связаны с выходами четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого частотных детекторов.

Перечисленные отличительные признаки не известны авторам в применяемых устройствах для формирования электромагнитных импульсов. На основании анализа видно, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями и соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность предполагаемого изобретения поясняется нижеприведенными описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства для формирования электромагнитных импульсов, снабженного основными и дополнительными диполями; на фиг. 2 принципиальная схема силовых тиристорных триггеров, в первые плечи которых включают основные и дополнительные диполи, а во втором плече коммутирующие LC-контуры и RC-контуры гашения электромагнитного поля диполей; на фиг. 3 принципиальная схема системы управления диполями; на фиг. 4 фрагмент системы управления диполями устройства, изображенного на фиг. 1; на фиг. 5 временные диаграммы токов в диполях со сдвигом фаз 180 электрических градусов; на фиг. 6 временные диаграммы токов в диполях со сдвигом фаз 90 электрических градусов; на фиг. 7 временные диаграммы токов в диполях с нулевым сдвигом фаз; на фиг. 8 - временные диаграммы токов в диполях, работающих по заданной программе; на фиг. 9 приведена общая блок-схема.

Устройство для формирования электромагнитных импульсов (фиг. 1) состоит из конического диэлектрического ступенчатого каркаса 1, на ступенях которого соразмерно расположены парами основные 2, по которым ток подается в одном направлении, и дополнительные 3 диполи, по которым подается электрический ток в противоположном направлении. Если число диполей, расположенных на ступенях каркаса n штук, то общее число диполей, расположенных на ступенях каркаса 1 составит 2n. Диэлектрический каркас 1 с расположенными на его ступенях основными 2 и дополнительными 3 диполями снабжен экраном 4, представляющим собой конический корпус, внутри которого расположен конический концентратор 5 энергии, обращенный в сторону распространения электромагнитных волн, переходящий в ось 6, на верхнем конце которой выполнена шаровая опора 7, с помощью которой устройство для формирования электромагнитных импульсов шарнирно подвешивается к верхней траверсе специального приспособления, укрепляемого на транспортном средстве, которые на фиг. 1 не показаны. Диэлектрический каркас 1 вместе с коническим экраном 4 жестко скреплены с осью 6 устройства для формирования электромагнитных импульсов. Система управления устройством (фиг. 1) снабжена основным 8 и дополнительным 9 тиристорными триггерами (фиг. 2), в первое плечо которых включены последовательно с диполями 2, 3 первые тиристоры 10, 11, во второе плечо установлены вторые тиристоры 10', 11', аноды которых одновременно с анодами первых тиристоров через дроссели 12, 13 и разделительные диоды 14, 15 соединены с первым выводом коммутирующих LC-контуров, состоящих из последовательно соединенных конденсаторов 16, 17 и дросселей 18, 19, с первым выводом гасящих RC-контуров, состоящих из резисторов 20, 21, гасящих конденсаторов 22, 23, шунтированных резисторами 24, 25. Вторые выводы коммутирующих LC-контуров связаны с катодами тиристоров 10', 11', вторые выводы гасящих RC-контуров связаны с соответствующими выводами диполей 2, 3 и полюсами основного и дополнительного источников питания 26 и 27. Тиристоры 10', 11' вторых плеч триггеров 8, 9 шунтированы разрядными цепями, состоящими из последовательно соединенных диодов 28, 29 и резисторов 30, 31. Тиристоры 10, 11 первых плеч триггеров 8, 9 шунтированы цепями, состоящими из последовательно соединенных конденсаторов 32, 33 и резисторов 34, 35. Управляющие электроды тиристоров 10, 11 первых плеч триггеров 8, 9 связаны с соответствующими выходами выходного каскада 36, состоящего из транзисторов 37, в коллекторную цепь которых включены первичные обмотки 38 трансформаторов 39, а вторичные обмотки 40 через диоды 41 связаны со входами тиристоров. Система управления основными и дополнительными диполями снабжена приемо-передающей радиостанцией 42 (передатчик не показан) (фиг. 3, 4), выход которой связан со входами частотных детекторов 43 50, подключенных к устройству 51 распределения импульсов, включающему оптронные ключи 52 62, дешифратор 63, счетчик импульсов 64, нулевую шину 65, шифратор команд 66. Выходы частотных детекторов 43 50 подключены к первому входу оптронных ключей 52 62 и 67, вторые входы оптронных ключей 52 57 связаны с выходами дешифратора 63, а вторые входы оптронных ключей 58 62 и 67 связаны с нулевой шиной 65. Выход частотного детектора 45, соответствующего частоте f₁, через оптронный ключ 67 связан со счетным входом счетчика импульсов 64, выход которого подключен ко входам дешифратора 63.

Выходы оптронных ключей 52 57 через элементы 2ИЛИ 68 подключены к инверсным динамическим входам одновибраторов 69, а выходы первых одновибраторов 69 одновременно соединены с базами транзисторов 37 выходных каскадов 36 и динамическим инверсным входом второго одновибратора 70, выходы которых соединяют с базой транзистора выходного каскада 71, соответствующего входной цепи тиристоров 10', 11' вторых плеч триггеров 8, 9, коммутирующих LC-контуров 16, 18 и 17, 19.

Сдвоенные вибраторы 69, 70 выполнены на микросхеме К155 АГ3 и представляют собой устройство 72 формирования импульсов и имеют времязадающие RC-цепи 73, 75 и 74, 76. Выход 77 приемника 42 связан также со входами приемных детекторов 46 50, выходы которых связаны с первыми входами оптронных ключей 56 62, выходы которых связаны с шифратором (программирующим устройством) 66. Соответствующие выходы 78 шифратора команд 66 соединены шиной 79 с соответствующими входами элементов 2ИЛИ 68.

На фиг. 5 8 приведены опоры импульсов электрической энергии в диполях 2, 3, генерируемых в зависимости от выбранной программы облучения, например, нефтяного пласта, где на фиг. 5 приведены разнополярные неравноамплитудные волны в парах диполей со сдвигом фаз 180 электрических градусов, вызванные комбинацией программирующих частот f₁f₂ f₁f₃, посылаемых, например, радиопередающим устройством центрального информационно-вычислительного комплекса, осуществляющего автоматизированную технологию разработки нефтегазоконденсатного месторождения, на фиг. 6 приведены эти импульсы, но со сдвигом фаз 90 электрических градусов, вызванные комбинациями частот f₁f₂-f₁f₄-f₁f₅, на фиг. 7 приведены равноамплитудные волны в диполях со сдвигом 0 электрических градусов, вызванные комбинациями частот f₁f₆, на фиг.8 приведены разноамплитудные импульсы в группах диполей, а именно частоте f₇ соответствует, например, работа пяти положительных и двух отрицательных диполей, частоте f₈ соответствует работа, например, трех положительных и двух отрицательных диполей, а частоте f₉ работа пяти положительных и пяти отрицательных диполей с разными амплитудами и нулевым сдвигом фаз. Устройство для формирования электромагнитных импульсов (фиг. 1 8) работает следующим образом. Сначала ориентируют в заданном направлении ось 6 генератора электромагнитных волн, используя шарнирную связь шаровой опоры 7 в подвешенном состоянии к верхней траверсе специального приспособления, укрепляемого на транспортном средстве. Затем подают электрический ток i₁ в основные диполи 2 в первый полупериод в одном направлении и во второй полупериод ток i₂ (i₁i₂) противоположного направления в дополнительные диполи 3, при этом экран 4 и концентратор 5 способствуют формированию электромагнитных импульсов в заданном направлении. Электромагнитная энергия, доходящая до нефтяного пласта, будет создавать силу, направленную в сторону добывающих скважин и действующую на электрически заряженный объем нефти, смачивающий стенки пор. Эффект такого воздействия будет зависеть от частоты, амплитуды и сдвига фаз посылаемых в пласт электромагнитных импульсов, а также от частоты колебаний и угла отклонения оси 6 генератора от направления на добывающую скважину (эти внешние механические факторы здесь не рассматриваются). Техническая задача сводится к отыскиванию оптимальных значений параметров электромагнитных импульсов, обеспечивающих оптимальный дебит добывающих скважин при подобном смещении контура месторождения в процессе его разработки. Этого можно достигнуть путем автоматического управления работой устройства (фиг. 1), содержащего упомянутые выше диполи 2 и 3, питание которых осуществляют подсоединением их обмоток к автономным основному 26 и дополнительному 27 источникам питания через управляемые тиристоры 10, 11 управляющих триггеров 8, 9, причем в первое плечо триггеров 8, 9 включены сами диполи, а во второе плечо коммутирующий LC- и гасящие RC-контуры (фиг.2). Последние формируют нисходящую ветвь токов i₁-i_n в соответствующих диполях, а восходящая ветвь токов создается тиристорами 10, 11 первого плеча.

Центральный информационно-вычислительный комплекс месторождения формирует, например, последовательности частотных сигналов f₁f₂ - f₁f₃ (фиг. 5), которые поступив на вход приемника 42 (фиг. 3), усиливаются и на выходе частотного детектора 45 выделяется сигнал f₁, который через оптронный ключ 67 поступает на счетный вход счетчика импульсов 64. Частотный детектор 43, выделив сигнал f₂, открывает вместе с выходом "O" дешифратора 63 оптронный ключ 52 устройства 51 распределения импульсов, выходной сигнал которого через первый вход элемента 2ИЛИ 68 запускает одновибратор 69, который формирует управляющий импульс на базу транзистора 37 (фиг. 2). Длительность импульса задается время-задающей цепью 73, 75 (фиг. 3). По первичной обмотке 38 импульсного трансформатора 39 проходит импульсный ток, со вторичной 40 обмотки через диод 41 подается управляющий импульс в цепь управления тиристора 10 первого плеча триггера 8, в результате чего в положительном диполе формируется восходящая ветвь тока i⁺₁.

Выход Q₁ одновибратора 69 запускает задним фронтом управляющего импульса второй одновибратор 70, выход которого связан с базой транзистора 71. Импульс с выхода Q₂ одновибратора 70, сформированный RC-цепью 74, 76, вызывает срабатывание тиристора 10' второго плеча триггера 8, в результате чего коммутирующий LC-контур 16, 18 колебательно разряжается через открытые тиристоры 10, причем обратный ток, проходя через тиристор 10' второго плеча триггера 8, закрывает последний, а тиристоры 10 первого плеча триггера 8 продолжают проводить обратный ток через диск 14 и дроссель 12.

При полном закрывании тиристоров 10 первого плеча триггера 8 оставшаяся энергия магнитного поля диполя 2 гасится на гасящий RC-контур 22, 24 по цепи: нижний вывод диполя 2 диод 14 дроссель 12 резистор 20 параллельное соединение конденсатора 22 резистор 24 второй вывод диполя 2. Ток i⁺₁ спадает до нуля, а ток LC-контура 16, 18 замыкается на гасящую цепь 28, 30, так как тиристоры 10 закрылись.

С приходом комбинации частот f₁f₃ счетчик 64 перейдет в положение, соответствующее числу "2", на выходе "1" дешифратора 63 появится сигнал, соответствующий логическому нулю, который вместе с сигналом f₃ с выхода частотного детектора 44 открывает оптронный ключ 53, который по первому входу элемента 2ИЛИ 68 запускает одновибратор 69, в результате чего срабатывает соответствующий транзистор 37 выходного каскада 36 и включаются тиристоры 11 первого плеча триггера 9. Последний формирует восходящую ветвь тока в отрицательном диполе 3. Нисходящая ветвь тока этого диполя формируется по сигналу одновибратора 70, приходящему на базу транзистора 71, тиристор 11' коммутирующего LC-контура 17, 19 второго плеча триггера 9 срабатывает, тиристоры 11 триггера 9 закрываются, а остаточная энергия диполя 3 гасится через диод 15, дроссель 13 и резистор 21 на параллельно соединенные конденсатор 23 и резистор 25.

Последовательность сигналов f₁f₂ f₁f₄ - f₁f₅, посылаемых центральным информационно-вычислительным комплексом месторождения, а также последовательность f₁f₆ позволяют сформировать сдвинутые во времени с помощью дешифратора 63 и частоты f₁ одиночные импульсы токов в диполях с углом сдвига 90 (фиг. 6) или 0 (фиг. 7) электрических градусов, а прием одиночных частот f₇ f₉ (фиг. 8) происходит с помощью индивидуальных частотных детекторов 46 50, входы которых связаны с выходом 77 приемника 42, при этом выходы частотных детекторов воздействуют на соответствующие оптронные ключи 58 62, вторые входы которых подключены к нулевой шине 65.

С выхода ключей 58 62 соответствующие частотам f₇ f₉ сигналы поступают на входы шифратора команд 66, а с выходов 78 последних снимаются сигналы, которые по шине 79 поступают на соответствующие входы элементов 2ИЛИ 68 и производят одновременное включение диполей согласно заданной программе (фиг. 8).

Блок-схема устройства, приведенная на фиг.9, полностью отражает всю совокупность связей между указанными блоками заявляемого устройства и задающим генератором 80, размещенная в центральном информационно-вычислительном комплексе месторождения, выполненным в виде генератора фиксированных частот 81 электрических импульсов и шифратора последовательности частот 82, предназначенного для их посылки через передатчик 83 в радиоканал 84 на вход радиоприемника 42 системы управления устройством для формирования электромагнитных импульсов (фиг. 1).

Предлагаемое устройство не ограничивается использованием комбинаций частотных посылок и кодирование информации может осуществляться другими видами модуляции: время-импульсной, фазо-импульсной, широтно-импульсной и другими. Информация о состоянии контролируемых объектов технологии разработки месторождения в виде обратных связей поступает на центральный информационно-вычислительный комплекс, в котором она обрабатывается, корректируется, корректируется и в виде сигналов рассогласования возвращается обратно к исполнительным органам, в том числе и в предлагаемое устройство, обеспечивая оптимальную нефтеотдачу и удерживая все время контур месторождения подобным предшествующему положению, контролируемому сейсмоприемными станциями.

Введение в предлагаемое устройство дополнительных к основным диполей, источника электрической энергии, триггера, LC и RC-контуров, частотных детекторов, оптронных ключей, устройства распределения импульсов с нулевой шиной, шифратором команд позволило сократить количество применяемых тиристоров, упростить конструкцию управления, повысить КПД, помехозащищенность, мощность посылаемых в пласт сигналов и разнообразие включаемых в работу пар диполей.

Использование предлагаемого устройства при разработке нефтегазоконденсатных месторождений путем формирования направленных электромагнитных импульсов в зону водонефтяного контакта позволит повысить нефтеотдачу за счет снижения объема остаточной нефти и как показывают предварительные расчеты для среднего по запасам месторождения годовой экономический эффект составит около 200 млн. долларов. 2 4

Формула изобретения

Устройство для формирования электромагнитных импульсов, содержащее основной тиристорный триггер, в первое плечо которого включены диполи, подключенные через первые тиристоры к основному источнику питания, во второе плечо триггера включен второй тиристор, аноды первых тиристоров через разделительные диоды и дроссель подключены к аноду второго тиристора, управляющие электроды тиристоров через устройство формирования импульсов связаны с выходами задающего генератора импульсов центрального информационно-вычислительного комплекса радиоканалом через приемопередающее устройство, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным источником питания, включенным последовательно с основным и с заземлением их общей точки, при этом дополнительный источник питания нагружен на дополнительный триггер, в первое плечо которого включены дополнительные диполи с противоположным по отношению к основным направлением тока, задающий генератор импульсов центрального информационно-вычислительного комплекса выполнен в виде последовательного соединения генератора фиксированных частот и шифратора последовательности частот, а выход радиоприемного устройства подключен к входам восьмичастотных детекторов, выходы которых подключены к входам устройства распределения импульсов, включающего в себя двенадцать оптронных ключей, дешифратор, счетчик импульсов, нулевую шину, шифратор команд, при этом выходы частотных детекторов подключены к первым входам оптронных ключей, вторые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого оптронных ключей связаны с выходами дешифратора, а вторые входы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого оптронных ключей связаны с нулевой шиной, выход третьего частотного детектора через двенадцатый оптронный ключ связан со счетным входом счетчика импульсов, выход которого подключен к входам дешифратора, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого оптронных ключей подключены к первым входам элементов 2ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам шифратора команд, а выходы элементов 2ИЛИ через выходные каскады подключены к управляющим электродам тиристоров основного и дополнительного триггеров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9