Устройство для электрогидравлической обработки пласта

011048 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к высоковольтным электрогидравлическим устройствам для воздействия на призабойную зону скважины и очистки ее от асфальто-смолистых и парафиновых отложений. Предшествующий уровень техники Известно устройство для электрогидравлической обработки пласта и повышения его нефтеотдачи(см. патент США 4345650, НКл. 166-249, МПК Е 21 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, конденсаторную батарею и управляемый коммутатор, при этом средства управления зарядом и разрядом соединены с конденсаторной батареей и наземным источником питания через каротажный 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. Конденсаторная батарея включает в себя большое количество (примерно 1000) параллельно соединенных конденсаторов большой энергоемкости (каждый, например, рабочим напряжением 3 кВ и емкостью 100 мкФ). Коммутатором является стандартный игнитрон. Поджиг игнитрона осуществляется от отдельной инжекторной батареи конденсаторов на 30 кВ. Повышающий трансформатор состоит из Шобразного 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 зонда расположены в одноименных отсеках и отделены друг от друга металлическими перегородками. Недостатками данного устройства являются низкое (3 кВ) рабочее напряжение конденсаторной батареи, что затрудняет условия формирования электрического разряда в скважинной жидкости и требует применения дополнительной инжекторной (на 30 кВ) батареи конденсаторов; низкий (менее 10%) электроакустический КПД разряда, что требует для совершения работы по созданию трещин и очистке призабойной зоны скважины от отложений очень больших разрядного тока и энергоемкости устройства (энергоемкость аналога составляет примерно 450 кДж); невозможность использования устройства в горизонтальных нефтяных скважинах, вследствие неустойчивого положения ртутного катода в игнитроне; сложность управления игнитроном из-за необходимости прокладки высоковольтной шины поджига через конденсаторную батарею. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для электрогидравлической обработки пласта (см. А.с. СССР 1058343, МПК Е 21 В 43/26, авторы П.П. Малюшевский, О.Н. Сизоненко и др., заявл. 08.06.81, опубл. 07.10.91 Б.И.37), содержащее силовой металлический корпус, с размещенными в нем трансформаторно-выпрямительным блоком, блоком импульсных конденсаторов, двухэлектродным коммутатором, а также двухэлектродную разрядную камеру. Силовой корпус подвешивается на кабель-тросе (бронированном геофизическом кабеле). Блок импульсных конденсаторов состоит из нескольких последовательно соединенных высоковольтных конденсаторов. Разрядная камера выполнена сообщающейся со скважинной жидкостью. Один из выводов блока импульсных конденсаторов подключен к высоковольтному выходу выпрямителя, второй вывод блока импульсных конденсаторов соединен с анодом коммутатора. Катод коммутатора в свою очередь соединен с анодом - стержневым электродом разрядной камеры. Плоский катод разрядной камеры установлен на металлическом основании, соединенном через ребра жесткости с силовым корпусом. В устройство входит также система газового надува с эластичными оболочками, трубками и электромагнитным клапаном, которые служат для ограничения зоны действия ударной волны при электрическом разряде. После подачи напряжения по трос-кабелю, повышения и преобразования его в трансформаторевыпрямителе, зарядки блока импульсных конденсаторов и срабатывания коммутатора между электродами разрядной камеры происходит электрический разряд. Образующиеся при этом ударная волна и скоростной гидропоток концентрируются между эластичными оболочками и разрушают солевые и парафиновые отложения на стенках скважины. Недостатками прототипа являются часто наблюдаемое разрушение эластичных оболочек при спуске устройства в скважину, вследствие трения оболочек о стенку скважины, а также от действия многократно повторяющихся электрических разрядов и ударных воздействий при работе в скважине; узкий энергетический диапазон разряда и ударной волны, вследствие наличия неуправляемого коммутатора (его фиксированного порога срабатывания); низкая надежность, вследствие возможности прохождения обратных бросков разрядного тока конденсаторов (при колебательном характере разряда) через высоковольтный выпрямитель.-1 011048 Сущность изобретения Задачей изобретения является создание устройства для электрогидравлической обработки пласта,приспособленного для работы в любых типах скважинных жидкостей и химреагентов и имеющего широкий спектр энергетического воздействия на призабойную зону пласта. Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и расширение области применения устройства, а именно: а) устройство легко управляется с поверхности земли; б) во время электрического разряда зарядная цепь устройства шунтируется и не подвергается действию перенапряжений и помех; в) рабочее напряжение устройства и энерговыделение в канале разряда регулируются в широких пределах и обеспечивает различный технологический режим очистки призабойной зоны пласта от асфальтосмолистых, солевых и парафиновых отложений; г) электрический разряд и ударная волна формируются в любых типах скважинных жидкостей. Указанный технический результат достигается в устройстве для электрогидравлической обработки пласта, содержащем трубчатый металлический корпус, на одном конце которого установлена головка для присоединения геофизического кабеля, а на другом конце - расположена электроразрядная камера,катод которой соединен с корпусом, внутри которого размещены повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, блок последовательно соединенных импульсных конденсаторов и коммутатор,при этом выводы первичной обмотки повышающего трансформатора присоединены к контактам головки, вторичная обмотка повышающего трансформатора соединена одним выводом с высоковольтным выпрямителем, а другим выводом - с корпусом, выход высоковольтного выпрямителя подключен к первому выводу блока импульсных конденсаторов, отличающееся тем, что один вывод коммутатора подключен к выходу высоковольтного выпрямителя, а другой вывод коммутатора - к корпусу, второй вывод блока импульсных конденсаторов соединен непосредственно с анодом электроразрядной камеры, дополнительно введен, по крайней мере, один резистор, первый вывод которого подключен к корпусу, а второй ко второму выводу блока импульсных конденсаторов. Кроме того, коммутатором может являться трехэлектродный управляемый разрядник; высоковольтные диоды выпрямителя могут быть включены так, что блок конденсаторов заряжается напряжением отрицательной полярности. Включение коммутатора между выходом высоковольтного выпрямителя (первым выводом блока импульсных конденсаторов) и корпусом устройства обеспечивает: ликвидацию перенапряжений на выходе высоковольтного выпрямителя во время обратных бросков разрядного тока блока конденсаторов (при колебательном режиме разряда), так как коммутатор с малым прямым сопротивлением шунтирует выход выпрямителя; упрощение управления и повышение надежности устройства, так как провод запуска (поджига) управляемого коммутатора не нужно протягивать через батарею высоковольтных конденсаторов и изолировать практически на двойное рабочее напряжение, как в аналоге. Выполнение коммутатора трехэлектродным, т.е. управляемым дает возможность регулировки в широких пределах рабочего напряжения блока импульсных конденсаторов и энерговыделения в канале разряда и, соответственно, степени воздействия на призабойную зону продуктивного пласта без подъема устройства на поверхность. Этого нет в прототипе. Присоединение второго вывода блока импульсных конденсаторов к аноду электроразрядной камеры напрямую способствует: ускорению и улучшению условий формирования электрического разряда в необводненных нефтяных (непроводящих) скважинных жидкостях за счет протекания зарядного тока через скважинную жидкость, находящуюся между анодом и катодом электроразрядной камеры; уменьшению (на 20- 30%) потерь энергии на предпробивную стадию формирования электрического разряда в обводненных и минерализованных (проводящих) скважинных жидкостях. Подключение второго вывода блока импульсных конденсаторов к металлическому корпусу через резистор или группу резисторов обеспечивает демпфирование высокочастотных паразитных колебаний и устранение перенапряжений на изоляции импульсных конденсаторов и аноде электроразрядной камеры, причем при незначительных потерях энергии на резисторах; уменьшение и стабилизацию времени заряда блока импульсных конденсаторов при преимущественно нефтяном (непроводящем) составе скважинной жидкости. Включение диодов высоковольтного выпрямителя в обратном направлении обеспечивает заряд блока импульсных конденсаторов напряжением отрицательной полярности, которое при включении коммутатора и разряде через резисторы инвертируется в положительный импульс напряжения на аноде электроразрядной камеры, наиболее оптимальный для пробоя обводненных нефтей, всегда присутствующих в добывающих скважинах, или технической воды, которую часто закачивают в нагнетательные скважины. На чертеже представлено заявляемое устройство для электрогидравлической обработки пласта (его-2 011048 продольный разрез). Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Заявляемое устройство для электрогидравлической обработки пласта содержит трубчатый металлический корпус 1 с головкой 2 для присоединения геофизического кабеля на одном конце и электроразрядной камерой 3 на другом конце. Внутри металлического корпуса 1 размещены повышающий трансформатор 4, высоковольтный выпрямитель 5, коммутатор 6, блок высоковольтных импульсных конденсаторов 7 и резистор или группа резисторов 8. Головка 2 для соединения с каротажным кабелем трехконтактная (по двум контактам - двум жилам кабеля на первичную обмотку повышающего трансформатора 4 подается напряжение питания, по третьему контакту -третьей жиле кабеля - команда на включение коммутатора). Электроразрядная камера 3 имеет центральный анод - стержень 9, изолятор - обтекатель 10 и катод 11, установленный с зазором величиной 20-30 мм относительно анода 9 и соединенный через конический отражатель 12 и металлические ребра 13 с корпусом 1. Вторичная обмотка повышающего трансформатора 4 соединена одним выводом с высоковольтным выпрямителем 5, а другим выводом - с корпусом 1, выход высоковольтного выпрямителя 5 подключен к первому выводу блока импульсных конденсаторов 7. Диоды высоковольтного выпрямителя 5 включены в обратном направлении и обеспечивают заряд блока импульсных конденсаторов напряжением отрицательной полярности. Блок импульсных конденсаторов 7 представляет собой группу из шести-семи последовательно соединенных высоковольтных конденсаторов, каждый, например, с рабочим напряжением примерно 5 кВ. Суммарное рабочее напряжение блока импульсных конденсаторов составляет соответственно 30-35 кВ. Первый вывод блока конденсаторов 7 соединен с выходом высоковольтного выпрямителя 5 и с коммутатором 6, второй вывод блока конденсаторов 7 соединен напрямую с центральным электродом анодом 9 электроразрядной камеры и через резисторы 8 с корпусом 1. Величина сопротивления резисторов 6 составляет 100-200 МОм. Коммутатор 6 одним из выводов подключен к выходу высоковольтного выпрямителя 5, а другим выводом - к корпусу 1. Коммутатор 6 представляет собой неуправляемый газонаполненный разрядник с фиксированным напряжением срабатывания или управляемый трехэлектродный, например, вакуумный разрядник с широкими диапазонами рабочего напряжения, например от 20 до 40 кВ и коммутируемой энергии, например от 2 до 8 кДж. Работает заявляемое устройство следующим образом. Вначале устройство опускают с помощью геофизического кабеля в скважину на заданную глубину (на интервал перфорации). Затем с борта кабельного подъемника подают на него переменное напряжение питания амплитудой 400-500 В и частотой 400-1000 Гц. В трансформаторе 4 напряжение питания повышается, например, в 30 раз, в выпрямителе 5 напряжение удваивается и преобразуется в высокое постоянное напряжение, для которого характерна большая амплитуда 30-35 кВ и отрицательная полярность. Блок импульсных конденсаторов 7 медленно заряжается указанным напряжением. Ток заряда при этом протекает по цепи: вторичная обмотка трансформатора 4, выпрямитель 5, блок импульсных конденсаторов 7, резисторы 8 и корпус 1 и не превышает в пике 0,3-0,5 А. Падение напряжения на резисторах 8 во время заряда мало, соответственно, и между анодом 9 и катодом 11 электроразрядной камеры напряжение также практически отсутствует. Через 3-5 с заряд заканчивается и напряжение на конденсаторах 7 и коммутаторе 6 достигает заданного уровня, например, 30-35 кВ. Зазор газонаполненного коммутатора 6 при этом пробивается и напряжение конденсаторов 7 прикладывается полностью к резисторам 8 и к промежутку между анодом 9 и катодом 11 электроразрядной камеры, заполненной скважинной жидкостью. Это напряжение имеет теперь обратную положительную полярность (удобную для пробоя обводненных нефтей и технической воды), большую амплитуду и большую постоянную времени разряда. В промежутке между анодом 9 и катодом 11 камеры образуется сильное и неоднородное электрическое поле, в скважинной жидкости прорастают лидеры и через 5-10 мкс происходит пробой скважинной жидкости между анодом и катодом камеры. Образуются две параллельные токовые ветви: одна высокоомная - через резисторы 8 и вторая низкоомная - через канал разряда в жидкости между анодом 9 и катодом 11 камеры. Соответственно, ток разряда и энергия блока конденсаторов 7 переключаются с высокоомной резистивной цепи на низкоомный канал разряда в жидкости между анодом 9 и катодом 11 камеры, при этом амплитуда тока в канале разряда резко возрастает, скважинная жидкость интенсивно разогревается и испаряется, от канала разряда отходит ударная волна и скоростной гидропоток, которые оказывают сильное механическое воздействие на перфорационные отверстия в обсадной колонне и окружающие горные породы. При повторении разрядов электрогидравлических ударов и перемещении устройства по интервалу перфорации перфорационные отверстия в обсадной колонне очищаются от АСПО, а в призабойной зоне скважины создается сеть новых трещин и промываются старые трещины. В итоге увеличивается дебит нефтяной скважины или приемистость нагнетательной скважины. Таким образом, предлагаемое устройство имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: более простую конструкцию, высокую надежность и управляемость;-3 011048 возможность регулирования энерговыделения в канале разряда и ударной волны без подъема устройства из скважины; благоприятные условия формирования электрического разряда и ударной волны в любых типах скважинных жидкостей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для электрогидравлической обработки пласта, содержащее трубчатый металлический корпус, на одном конце которого установлена головка для присоединения геофизического кабеля, на другом конце - электроразрядная камера, катод которой соединен с корпусом, а внутри корпуса размещены повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, блок последовательно соединенных импульсных конденсаторов и коммутатор, при этом выводы первичной обмотки повышающего трансформатора присоединены к контактам головки, вторичная обмотка повышающего трансформатора соединена одним выводом со входом высоковольтного выпрямителя, а другим выводом - с корпусом, выход высоковольтного выпрямителя подключен к первому выводу блока импульсных конденсаторов, отличающееся тем, что один вывод коммутатора соединен с корпусом, а другой вывод коммутатора подключен к выходу высоковольтного выпрямителя, второй вывод блока импульсных конденсаторов соединен непосредственно с анодом электроразрядной камеры, дополнительно введен по крайней мере один резистор, первый вывод которого соединен с корпусом, а другой - со вторым выводом блока импульсных конденсаторов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутатор выполнен в виде управляемого трехэлектродного разрядника. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что коммутатор выполнен в виде вакуумного разрядника. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диоды высоковольтного выпрямителя подключены в обратном направлении и обеспечивают заряд блока импульсных конденсаторов напряжением отрицательной полярности.