УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ВЧ ИЛИ СВЧ ЭНЕРГИИ В БУРОВУЮ СКВАЖИНУ

Изобретение относится к области оборудования нефтяных и газовых промыслов, в частности агрегатов с колонной гибких труб (колтюбинга), применяемых как при бурении, подземном ремонте скважин, так и для выполнения работ по добыче и интенсификации добычи флюида и предназначено для передачи электромагнитных волн ВЧ или СВЧ большой мощности в забой, в продуктивный пласт, например, для изменения реологических свойств флюида, с одновременным транспортированием жидкости, либо газожидкостной смеси.
Известен способ подачи электроэнергии к забойному трехфазному электродвигателю по кабельной линии передач, расположенной внутри бурильной трубы, состоящей из отрезков трехжильного шлангового кабеля с концевыми кабельными муфтами, соединяющимися между собой при свинчивании бурильных труб. Однако такая линия электропередачи вызывает большие гидравлические потери в бурильных трубах, конструктивно сложна. Для уменьшения гидравлических потерь применяется система питание электробура вида "два провода - бурильные трубы". (Ф.Н.Фоменко. Бурение скважин электробуром. М., Недра 1974 г. с.114-124.)
Недостатками такой системы является, кроме конструктивной сложности, сложности эксплуатации, поскольку в процессе бурения на различных этапах и операциях, необходим контроль параметров линии электропередачи.
Известны конструкция гибкой трубы с установленным внутри кабелем, а также композиционная гибкая труба, которая может быть оснащена электрическими проводниками, размещенными в стенке (теле) трубы, используемыми для передачи сетевого питающего напряжения и, кроме того, информирующих сигналов от скважинных приборов. (Каталог фирмы
«Schlumberger». Наземное оборудование для бурения и КРС в условиях депрессии.)
Недостатками таких конструкций являются гидравлическое сопротивление, оказываемое кабелем, расположенным в полости трубы, низкие электрическая прочность, надежность и долговечность композиционной гибкой трубы, поскольку возможен обрыв одного или нескольких проводников, расположенных в теле стенки трубы в процессе эксплуатации, т.к. труба находится под воздействием знакопеременных сил, действующих как вдоль, так и поперек трубы.
Общим недостатком для всех вышеуказанных конструкций является то, что они не соответствуют условиям транспортирования высокочастотных электромагнитных волн и не предназначены для передачи энергии высокочастотных электромагнитных волн большой мощности.
Известно устройство для сверхвысокочастотного электротермомеханического бурения, в котором бурильная колонна для передачи электромагнитной энергии СВЧ к забою на волне типа Hoi с малыми потерями выполнена в виде полой гибкой непрерывной бурильной трубы, которое принято за прототип.(Патент РФ на изобретение №2204008, 7 МПК Е 21 В 7/15, Е 21 В 7/04, опубл. 10.03.2003, БИ №13 ч.II).
Недостатком данного устройства также является отсутствие возможности транспортирования в забой электромагнитных волн непрерывной генерации большой мощности, вследствие импульсного режима передачи волн СВЧ, и данное устройство не предназначено для добычи и интенсификации добычи флюида.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является расширение функциональных возможностей непрерывной гибкой полой трубы колтюбинга.
Для решения указанной задачи устройство для передачи ВЧ или СВЧ энергии в буровую скважину, включающее непрерывную гибкую полую трубу, дополнительно содержит внутреннюю, коаксиально расположенную трубу
меньшего диаметра, внутренняя поверхность внешней трубы и наружная поверхность внутренней трубы покрыты слоем электропроводящего материала, а в пространстве между наружной и внутренней трубой размещен электроизолятор.
Получаемый при этом технический результат состоит в обеспечении возможности транспортирования в забой, либо в продуктивный пласт энергии высокочастотных или сверхвысокочастотных электромагнитных волн большой мощности с одновременным транспортированием жидкости, либо газожидкостной смеси.
Таким образом, заявляемое устройство является непрерывной гибкой трубой - коаксиальной линией, обеспечивающей передачу ВЧ или СВЧ энергии большой мощности. Для обеспечения минимальных потерь энергии токопроводящие внутренняя поверхность внешней и наружная поверхность внутренней труб покрыты слоем материала с большой электропроводимостью.
Толщина токопроводящего слоя материала выбирается большей, чем толщина скин-слоя, которая определяется частотой высокочастотной или сверхвысокочастотной электромагнитной волны.
Материалами труб могут быть металлы, пластмассы, композитные материалы.
1
2
n
Материал и конструктивное исполнение электроизолятора, которые могут быть различными, должны обеспечивать минимальные диэлектрические потери на рабочей частоте линии передачи. Электроизолятор может быть выполнен в виде диэлектрических шайб, либо в виде изоляторов, размещенных методом запрессовки, либо в виде сплошного или многослойного (Σ≠Σ≠...Σ) неоднородного заполнения диэлектрическим материалом, который может быть навит на внутреннюю трубу в виде нескольких слоев лент, причем между слоями может быть промазка изоляционной жидкостью.
Соотношение внутреннего диаметра (Д) наружной трубы и наружного диаметра (d) внутренней трубы выбирается из известных соотношений, оптимальных для передачи ВЧ и СВЧ энергии большой мощности. (А.Ф.Харвей. Техника сверхвысоких частот, Т.1 М., Сов. радио, 1965 г., с.44-46., Ю.А.Иларионов, С.Б.Раевский, В.Я.Сморгонский. Расчет гофрированных и частично заполненных волноводов. М., Сов. радио, 1980 г., с.200., В.В.Никольский. Теория электромагнитного поля. М., Высшая школа., 1964 г., с.384.)
Полость внутренней трубы устройства служит для транспортирования из забоя или в забой продуктов добычи, технологических жидкостей и др. При заполнении полости охлаждающей средой, например, водой, внутренняя труба служит охлаждающим элементом устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено поперечное сечение гибкой трубы - коаксиальной линии, где поз.1 - наружная труба, поз.2 - внутренняя труба, поз.3 - диэлектрическая шайба - изолятор. На фиг.2 представлено продольное сечение гибкой трубы - коаксиальной линии, где 4 и 5 - поверхности труб, покрытые материалом с большой электропроводимостью по которым протекают токи высокой или сверхвысокой частоты. Полость 8 внутренней трубы 2 служит для отвода флюида из забоя, подачи реагента в забой, при этом являясь теплоотводом. Структура электрического и магнитного полей основной волны типа ТЕМ показана на фиг.1 и 2, где 6 - вектор электрического поля, 7 - вектор магнитного поля.
На фиг.3 и 4 представлены поперечное и продольное сечение непрерывной гибкой трубы с электроизолятором, выполненным в виде сплошного и (или) многослойного заполнения диэлектрическим материалом. Такое исполнение устройства имеет преимущества в изготовлении, поскольку способ сплошного заполнения полости диэлектриком технологичнее, например, способа установки диэлектрических шайб между наружной и внутренней трубой. Поз.1 и 2 - соответственно внешняя и внутренняя трубы, поз.3 изолятор из диэлектрического материала, поз.8 - полость внутренней трубы для
транспортирования технологических жидкостей, флюида, которая может служить теплоотводом при передаче ВЧ или СВЧ энергии большой мощности.
На фиг.5 представлена часть продольного сечения гибкой трубы - коаксиальной линии, где на поз.9, 10 показаны токопроводящий слой из материала с большой электропроводимостью, толщина слоя которого, выбирается большей глубины скин - слоя, определяемая в свою очередь частотой электромагнитной волны.
Устройство работает следующим образом.
От источника ВЧ или СВЧ энергии, с использованием поверхностей 4 наружной трубы и 5 внутренней трубы в забой либо в продуктивный пласт подают токи высокой либо сверхвысокой частоты, при этом через предназначенную для подачи жидкости полость 8 устройства на фиг.1-2, либо полость 8 на фиг.3-4, может транспортироваться технологическая жидкость в забой, например, при бурении либо ремонте скважин, или флюид после приобретения необходимых для транспортировки свойств, либо охлаждающая жидкость, необходимая для охлаждения гибкой трубы - коаксиальной линии при передаче ВЧ или СВЧ энергии большой мощности.
Заявляемое устройство позволяет расширить функциональные возможности колонны непрерывных гибких труб (колтюбинга) - обеспечить передачу энергии высокочастотных электромагнитных волн в забой, в продуктивный пласт с одновременным транспортированием жидкости или газожидкостной смеси, что делает его универсальным многоцелевым средством при проведении различных технологических операций в процессе бурения, ремонте скважин, добычи, интенсификации добычи флюида.