СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК ПЛАЗМЕННО-ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ С КОНТАКТОРОМ-РАЗРЯДНИКОМ
BOREHOLE PULSE PLASMA SOURCE WITH CONTACTOR-DISCHARGER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к скважинным геофизическим приборам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен источник плазменно-импульсного воздействия, раскрытый в RU 2478780 С1, опубл. 10.04.2013. Известный скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит наземный блок питания, управления и контроля, соединенный геофизическим кабелем со скважинным модулем, в котором размещены: умножитель высокого напряжения, конденсаторный накопитель электрической энергии, разрядник с высоковольтным и низковольтным электродами, а также механизм подачи калиброванного проводника.
Основным недостатком известного плазменно-импульсного источника, раскрытого в наиболее близком аналоге, является отсутствие устройства для максимально быстрой передачи накопленной конденсаторным накопителем электрической энергии в разрядник (излучатель плазмы) с высоковольтным и низковольтным электродами, что снижает эффективность образования плазмы при испарении металлического проводника и снижает надежность скважинного прибора в целом.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является скважинный источник упругих колебаний, раскрытый в RU 2248591, опубл. 20.03.2005. Известный из наиболее близкого аналога скважинный источник упругих колебаний содержит скважинный снаряд с размещенными в нем накопителем энергии, зарядным устройством, разрядником со схемой поджига, электрогидроимпульсным разрядником с двумя электродами, устройством подачи в рабочее межэлектродное пространство металлической проволоки.
Недостатком известного из наиболее близкого аналога скважинного источника является наличие достаточно сложного воздушного разрядника с тригатронной схемой поджига. Такой разрядник для срабатывания требует инициирующего импульса высокого напряжения, который подается специальным высоковольтным трансформатором, например автомобильной катушкой зажигания («бобиной»), на один из его электродов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача заявленного изобретения состоит в разработке скважинного источника плазменно-импульсного воздействия с повышенной эффективностью плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) на продуктивный пласт, а также повышении надежности устройства.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы скважинного источника плазменно-импульсного воздействия.
Указанный технический результат достигается за счет того, что скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит корпус, в котором расположен блок управления, соединенный с накопителем электрической энергии, и плазменный излучатель, соединенный с механизмом подачи металлического проводника. При этом между накопителем электрической энергии и плазменным излучателем установлен электромеханический контактор-разрядник, содержащий подвижный и неподвижный контакты. Причем неподвижный контакт соединен с высоковольтной положительной шиной накопителя электрической энергии, а подвижный контакт при помощи гибкого изолированного проводника соединен с высоковольтным электродом плазменного излучателя.
Подвижный и неподвижный контакты выполнены в виде соосно расположенных конуса и конусообразной втулки соответственно. Конусные поверхности контактов эквидистантны.
Подвижный контакт соединен с якорем соленоида втягивающего типа при помощи тяги, выполненной из диэлектрика.
Подвижный контакт снабжен ползуном с возможностью скольжения по направляющей поверхности тонкостенного лотка контактора-разрядника.
Неподвижный контакт жестко соединен с основанием контактора-разрядника.
Соленоид соединен с основанием контактора-разрядника.
Корпус скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с кабельной головкой, содержащей геофизический кабель и соединенной с блоком управления.
Корпус скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с центрирующим устройством.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - общий вид скважинного источника плазменно-импульсного воздействия;
фиг. 2 - продольный разрез контактора-разрядника;
1 - блок управления; 2 - накопитель электрической энергии; 3 - плазменный излучатель; 4 - высоковольтный электрод; 5 - низковольтный электрод; 6 - механизм подачи металлического проводника; 7 - электромеханический контактор-разрядник; 8 - центрирующее устройство; 9 - кабельная головка; 10 - геофизический кабель; 11 - корпус скважинного источника плазменно-импульсного воздействия; 12 - основание электромеханического контактора-разрядника; 13 - соленоид; 14 - неподвижный контакт; 15 - высоковольтная положительная шина; 16 - подвижный контакт; 17 - якорь; 18 - соединитель; 19 - тяга; 20 - ползун; 21 - пружина; 22 - гибкий изолированный проводник; 23 - контргайка; 24 - регулировочные шайбы; 25 - тонкостенный лоток.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит корпус (11), в котором расположен блок управления (1), соединенный с накопителем электрической энергии (2), и плазменный излучатель (3), соединенный с механизмом подачи металлического проводника (6). При этом между накопителем электрической энергии (2) и плазменным излучателем (4) установлен электромеханический контактор-разрядник (7), содержащий подвижный (16) и неподвижный (14) контакты. Причем неподвижный контакт (14) соединен с высоковольтной положительной шиной (15) накопителя электрической энергии (2), а подвижный контакт (16) при помощи гибкого изолированного проводника (22) соединен с высоковольтным электродом (4) плазменного излучателя (3).
Подвижный (16) и неподвижный (14) контакты выполнены в виде соосно расположенных конуса и конусообразной втулки соответственно.
Конусные поверхности контактов (14, 16) эквидистантны.
Подвижный контакт (16) соединен с якорем (17) соленоида (13) втягивающего типа при помощи тяги (19), выполненной из диэлектрика.
Подвижный контакт (16) снабжен ползуном (20) с возможностью скольжения по направляющей поверхности тонкостенного лотка (25) контактора-разрядника (7).
Неподвижный контакт (14) жестко соединен с основанием (12) контактора-разрядника (7).
Соленоид (13) соединен с основанием (12) контактора-разрядника (7).
Корпус (11) скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с кабельной головкой (9), содержащей геофизический кабель (10) и соединенной с блоком управления (1).
Корпус скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с центрирующим устройством (8).
Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия работает следующим образом.
В соответствии с фиг. 1-2 от наземного пульта по геофизическому кабелю (9) при помощи блока управления (1) и накопителя электрической энергии (2) подаются импульсы напряжения на механизм подачи сгораемого металлического проводника (6) до тех пор, пока последний не коснется высоковольтного электрода (4) плазменного излучателя (3). По окончанию работы механизма подачи сгораемого проводника (6) с наземного пульта подается команда на повышение напряжения и накопление электрической энергии в накопителе электрической энергии (2), содержащем параллельно соединенные конденсаторы. При достижении необходимого уровня заряда конденсаторов, который контролируется наземным пультом, подается команда на срабатывание соленоида (13), осуществляющего возвратно-поступательное движение якоря (17), связанного с соединителем (18) и тягой (19), которые, в свою очередь, перемещают подвижный контакт (16) с закрепленным на нем ползуном (20) и сближают его с неподвижным контактом (14). При этом касание контактов не происходит. Между коническими поверхностями контактов сохраняется зазор порядка 0,2-0,4 мм, достаточный для высоковольтного пробоя воздушного промежутка в виде коронного разряда. В момент пробоя вышеупомянутого воздушного промежутка электрическая энергия практически мгновенно вводится в плазменный излучатель (3), в результате чего происходит мгновенный нагрев металлического проводника (31), его испарение, взрыв и образование плазменного канала в межэлектродном пространстве плазменного излучателя (3), при этом формируется ударная волна, распространяющаяся в скважинном флюиде и в скелете продуктивного пласта. После сближения неподвижного (14) и подвижного 16 контактов последний при помощи пружины 22 возвращается в исходное положение, при котором между конусными поверхностями контактов образуется зазор, гарантирующий отсутствие пробоя при достижении заданной разности потенциалов. Факт электровзрыва фиксируется наземным пультом, затем снова проходит команда на подачу проводника, накопление электрической энергии, и процесс повторяется.
2
Как показали эксперименты, переход электрической энергии в виде коронного разряда между неподвижным и подвижным контактами (14, 16) характеризуется огромной плотностью тока порядка 1-2 кА/мм. Площадь сопрягаемых конических поверхностей неподвижного и подвижного контактов (14, 16) приблизительно в 4 раза больше, чем площадь аналогичных плоских контактов, диаметр которых равен диаметру основания конуса в предлагаемом устройстве, что позволяет во столько же раз уменьшить плотность тока. Это, в свою очередь, снижает эрозию материала контактов, снижает вероятность их оплавления, что повышает надежность устройства в целом и эффективность плазменно-импульсного воздействия на продуктивный пласт.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить скважинный источник плазменно-импульсного воздействия, позволяющий увеличить надежность его работы.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.