Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к скважинным геофизическим приборам. Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит корпус, в котором расположен блок управления, накопитель энергии и плазменный излучатель, устройство подачи металлического проводника, смонтированное на отдельном основании и содержащее средство протягивания металлического проводника, средство передачи движения и бобину с навитым на нее металлическим проводником. При этом устройство подачи металлического проводника расположено в герметичном кожухе и выполнено с возможностью жесткого соединения с плазменным излучателем, а средство протягивания металлического проводника выполнено в виде подвижного и неподвижного модулей с П-образными пазами, в которых расположены сквозные прорези для размещения в них направляющих пластин, а на концах выступов расположены проушины для закрепления в них осей, на которых расположены заостренные кулачки с пружинами кручения, обеспечивающие возможность качания кулачков на оси. При этом направляющие пластины выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в сквозной прорези подвижного и неподвижного модулей, а на торцах направляющих пластин выполнены желобки для направления металлического проводника. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы скважинного источника плазменно-импульсного воздействия. 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к скважинным геофизическим приборам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из SU 247530 А1, опубл. 28.11.1969, известен скважинный источник упругих колебаний, содержащий соединенный каротажным кабелем с наземным блоком управления скважинный снаряд, в котором расположены накопитель энергии, зарядное устройство, разрядник со схемой поджига, электрогидроимпульсный разрядник с двумя электродами, устройство подачи в рабочее межэлектродное пространство металлической проволоки, включающее в себя барабан для хранения проволоки, механизм протягивания проволоки с приводом от якоря соленоида, толкателем с собачками, связанный с якорем соленоида, храповые колеса, контактирующие с собачками, подпружиненные протяжные ролики, посаженные на одни оси с храповыми колесами и возвратную пружину, связанную с якорем соленоида. Для обеспечения стабильной генерации электрогидроимпульсных разрядов в этом источнике используется взрывающаяся проволока, которая предварительно замыкает зазор между электродами. При подаче импульса напряжения на разрядный промежуток, замкнутый проволокой, проволока взрывается, образуя плазменный канал, который инициирует разряд.

Основным недостатком указанного скважинного источника упругих колебаний является сложность конструктивного исполнения механизма протягивания проволоки и его низкая надежность. Кроме этого в указанном источнике не контролируется ток в разрядном контуре накопительных конденсаторов. Процесс зарядки накопительных конденсаторов осуществляется через проводящую жидкость скважины, находящуюся между электродами электрогидроимпульсного разрядника, и практически не зависит от замыкания электродного промежутка проволокой. В случае если промежуток не замкнут проволокой, то при срабатывании схемы поджига и разрядника накопительные конденсаторы разряжаются через проводящую жидкость в зазоре между электродами электрогидроимпульсного разрядника. При этом запасенная в конденсаторах энергия затрачивается на разогрев проводящей жидкости и рассеивается в окружающем пространстве. В данном случае упругих колебаний не возникает и отсутствует воздействие на призабойную зону скважин. Для того чтобы достичь необходимой эффективности применения скважинного источника упругих колебаний, требуется увеличить количество рабочих импульсов, что потребует дополнительных затрат энергии.

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 выполнен в виде скважинного снаряда, в котором расположены накопитель энергии, зарядное устройство, электрогидроимпульсный разрядник с двумя электродами и устройство подачи металлической проволоки в рабочее межэлектродное пространство разрядника. Механизм протягивания проволоки включает две металлические пластины, закрепленные концами на диаметрально противоположных сторонах стержня и прижатые противоположными заостренными концами при помощи пружин к проволоке, которая расположена на направляющей площадке. Пластины ориентированы под острым углом к проволоке, что обеспечивает их попеременное зацепление с проволокой и движение в направлении рабочего пространства разрядника за счет возвратно-поступательного противофазного движения заостренных концов пластин при возвратно-вращательном движении стержня, соединенного при помощи тяги и качающегося рычага с подвижным якорем соленоида. Для обеспечения запаса проволоки служит барабан. При этом соленоид и соединенный через тягу с его якорем качающийся рычаг расположены с одной стороны диэлектрической пластины, а барабан и толкающие пластины с заостренными концами, направляющая площадка для проволоки и стержень расположены с другой стороны диэлектрической пластины, причем хвостовик стержня проходит через отверстие в последней.

К недостаткам указанного устройства следует отнести низкую надежность, высокие трудозатраты на регулировку механизма подачи проволоки, относительно большие габариты конструкции в диаметре и невозможность вписать ее в ограниченные размеры скважинного прибора, предназначенного для работы в наклонно-горизонтальных скважинах, что снижает универсальность и ограничивает область применения устройства.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является в разработке скважинного источника плазменно-импульсного воздействия, обеспечивающего снижение трудоемкости подготовки к работе устройства и его обслуживания, а также повышение надежности работы 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, накопитель энергии и плазменный излучатель, устройство подачи металлического проводника, смонтированное на отдельном основании и содержащее средство протягивания металлического проводника, средство передачи движения и бобину с навитым на нее металлическим проводником. При этом устройство подачи металлического проводника расположено в герметичном кожухе и выполнено с возможностью жесткого соединения с плазменным излучателем. Причем средство протягивания металлического проводника выполнено в виде подвижного и неподвижного модулей с П-образными пазами, в которых расположены сквозные прорези для размещения в них направляющих пластин, а на концах выступов расположены проушины для закрепления в них осей, на которых расположены заостренные кулачки с пружинами кручения, обеспечивающие возможность качания кулачков на оси. При этом направляющие пластины выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в сквозной прорези подвижного и неподвижного модулей, а на торцах направляющих пластин выполнены желобки для направления металлического проводника.

Оси заостренных кулачков в проушинах закреплены при помощи съемных прижимов.

Неподвижный и подвижный модули выполнены с возможностью размещения в их пазах направляющих вставок с П-образными пазами.

В направляющих вставках выполнены сквозные отверстия для перемещения металлического проводника.

Направляющие вставки выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в П-образном пазе подвижного и неподвижного модулей.

Направляющие вставки выполнены с возможностью качания в их пазах заостренных кулачков.

Средство передачи движения выполнено в виде соленоида с якорем, соединенным с толкателем, содержащим изолятор и пружину, через удлинитель.

Соленоид с якорем закреплен в оболочке, содержащей переднюю и заднюю стенки.

Передняя стенка оболочки жестко соединена с основанием средства протягивания металлического проводника.

На задней стенке оболочки жестко закреплена вилка, выполненная с возможностью закрепления на ней бобины с навитым на нее металлическим проводником.

На вилке закреплено усиливающее кольцо.

Подвижный модуль жестко закреплен на толкателе.

Толкатель жестко закреплен на основании средства протягивания металлического проводника.

Неподвижный модуль жестко соединен с основанием средства протягивания металлического проводника.

Бобина снабжена тормозом в виде изогнутой пластины с пружиной кручения.

Герметичный кожух устройства подачи металлического проводника заполнен минеральным маслом.

Корпус скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с кабельной головкой, содержащей геофизический кабель и соединенной с блоком управления.

Основание средства протягивания металлического проводника выполнено с возможностью жесткого соединения с центрирующим устройством.

В якоре выполнено сквозное отверстие для перемещения металлического проводника, содержащее пластмассовую трубку.

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 - общий вид устройства подачи металлического проводника;

Фиг. 3 - продольный разрез устройства подачи металлического проводника;

Фиг. 4 - поперечный разрез неподвижного модуля;

Фиг. 5 - общий вид подвижного модуля;

Фиг. 6 - общий вид неподвижного модуля.

1 - блок управления; 2 - накопитель энергии; 3 - плазменный излучатель; 4 - устройство подачи металлического проводника; 5 - центрирующее устройство; 6 - кабельная головка; 7 - геофизический кабель; 8 - основание средства протягивания металлического проводника; 9 - неподвижный модуль; 10 - подвижный модуль; 11 - заостренные кулачки; 12 - направляющая пластина; 13 - пружина кручения; 14 - съемные прижимы; 15 - направляющая вставка неподвижного модуля; 16 - направляющая вставка подвижного модуля; 17 - штифт; 18 - стопорный винт; 19 - пружина толкателя; 20 - толкатель; 21 - изолятор; 22 - удлинитель якоря; 23 - пластмассовая трубка; 24 - соленоид; 25 - якорь соленоида; 26 - передняя стенка оболочки соленоида; 27 - оболочка соленоида; 28 - задняя стенка оболочки соленоида; 29 - вилка; 30 - усиливающее кольцо; 31 - металлический проводник; 32 - бобина с навитым на нее металлическим проводником; 33 - тормоз бобины; 34 - контргайка; 35 - винт; 36 - стопорный винт; 37 - герметичный кожух.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит корпус, в котором расположен блок управления (1), содержащий модем для связи с наземным пультом, высоковольтный трансформатор и умножитель напряжения, накопитель энергии (2), содержащий параллельно соединенные конденсаторы и контактор-разрядник, плазменный излучатель (3), содержащий высоковольтный и низковольтный электроды, устройство (4) подачи металлического проводника, смонтированное на отдельном основании (8) и содержащее средство протягивания металлического проводника, средство передачи движения и бобину (32) с навитым на нее металлическим проводником (31) в виде калиброванной проволоки. При этом устройство (4) подачи металлического проводника расположено в герметичном кожухе (37) и выполнено с возможностью жесткого соединения с плазменным излучателем (3). Причем средство протягивания металлического проводника выполнено в виде подвижного (10) и неподвижного (9) модулей с П-образными пазами, в которых расположены сквозные прорези для размещения в них направляющих пластин (12), а на концах выступов расположены проушины для закрепления в них осей, на которых расположены заостренные кулачки (11) с пружинами кручения (13), обеспечивающие возможность качания заостренных кулачков (11) на оси. При этом направляющие пластины (12) выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в сквозной прорези подвижного (10) и неподвижного (9) модулей, а на торцах направляющих пластин (12) выполнены желобки для направления металлического проводника (31).

Оси заостренных кулачков (11) в проушинах закреплены при помощи съемных прижимов (14).

Неподвижный (9) и подвижный (10) модули выполнена с возможностью размещения в их пазах направляющих вставок (15, 16) с П-образным пазом для перемещения в нем металлического проводника (31).

В направляющих вставках (15, 16) выполнены сквозные отверстия для перемещения металлического проводника.

Направляющие вставки (15, 16) выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в П-образном пазе подвижного (10) и неподвижного (9) модулей.

Направляющие вставки (15, 16) выполнены с возможностью качания в их пазах заостренных кулачков (11).

Средство передачи движения выполнено в виде соленоида (24) с якорем (25), соединенным с толкателем (20), содержащим изолятор (21) и пружину (19), через удлинитель (22).

Соленоид (24) с якорем (25) закреплен в оболочке (27), содержащей переднюю (26) и заднюю (28) стенки.

Передняя (26) стенка оболочки (27) жестко соединена с основанием (8) средства протягивания металлического проводника (31).

На задней (28) стенке оболочки (27) жестко закреплена вилка (29), выполненная с возможностью закрепления на ней бобины (32) с навитым на нее металлическим проводником (31).

На вилке (29) закреплено усиливающее кольцо (30).

Подвижный (10) модуль жестко закреплен на толкателе (20).

Толкатель (20) жестко закреплен на основании (8) средства протягивания металлического проводника (31).

Неподвижный (9) модуль жестко соединен с основанием (8) средства протягивания металлического проводника (31).

Бобина (32) снабжена тормозом (33) в виде изогнутой пластины с пружиной кручения (13).

Герметичный кожух (37) устройства подачи металлического проводника (31) заполнен минеральным маслом.

Корпус скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с кабельной головкой (6), содержащей геофизический кабель (7) и соединенной с блоком управления (1).

Основание (8) средства протягивания металлического проводника (31) выполнено с возможностью жесткого соединения с центрирующим устройством (5).

В якоре (25) выполнено сквозное отверстие для перемещения металлического проводника (31), содержащее пластмассовую трубку (23).

Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия работает следующим образом.

В соответствии с фиг. 1-6 от наземного пульта по геофизическому кабелю при помощи блоков управления (1) и накопителя энергии (2) подаются импульсы напряжения на соленоид (24), осуществляющий возвратно-поступательное движение якоря (25) и связанного с ним толкателя (20), который в свою очередь сообщает возвратно-поступательное движение подвижному модулю (10). При перемещении последнего в направлении подачи металлического проводника (31), т.е. в сторону плазменного излучателя (3), расположенный в нем кулачок (11) встает враспор и врезается острием в тело металлического проводника (31), лежащего в желобке направляющей пластины (12). Таким образом, металлический проводник (31) продвигается на величину хода якоря (25). В это время кулачок (11), расположенный в неподвижном модуле (9), скользит по поверхности продвигаемого металлического проводника (31), прижимаясь к нему пружиной кручения (13) и не препятствуя его перемещению. При возврате подвижного модуля (10), принадлежащий ему кулачок (11) скользит по металлическому проводнику (31), не увлекая его за собой, а кулачок (11) неподвижного модуля (9) становится враспор, врезаясь в тело металлического проводника (31) и фиксируя его во время холостого хода подвижного модуля (10). Затем процесс повторяется.

Степень сцепления кулачков (11) с металлическим проводником (31) регулируется перемещением направляющих пластин (12) по высоте, после чего они фиксируются стопорными винтами (18) с контргайками (34) с двух сторон. Для сохранения соосности желобка направляющей пластины (12) и проходного отверстия для металлического проводника (31) направляющие вставки (15, 16) неподвижного (9) и подвижного (10) модулей соответственно также регулируются по высоте и фиксируются стопорными винтами (36).

Тормоз (33) препятствует нежелательному инерционному вращению бобины (32), постоянно прижимаясь при помощи пружины кручения (13) к виткам металлического проводника (31).

Количество импульсов работы соленоида (24), необходимых для замыкания металлическим проводником (31) электродов плазменного излучателя, определяется опытным путем при подготовке устройства к работе.

По окончании работы устройства (4) подачи сгораемого металлического проводника с наземного пульта подается команда на повышение напряжения и накопление электрической энергии в блоке конденсаторов накопителя энергии (2). При достижении необходимого уровня заряда конденсаторов, который контролируется наземным пультом, подается команда на срабатывание контактора-разрядника, который подает импульс высокого напряжения на высоковольтный электрод плазменного излучателя (3). Происходит мгновенный нагрев металлического проводника (31), его испарение, взрыв и образование плазменного канала в межэлектродном пространстве излучателя (3), при этом формируется ударная волна, распространяющаяся в скважинном флюиде и в скелете продуктивного пласта.

По сравнению с наиболее близким аналогом, использование подвижного и неподвижного модулей с заостренными подпружиненными кулачками позволяет исключить из конструкции кинематические звенья механизма, такие как качающийся рычаг, толкатель, водило (вращающийся стержень), шарнирные соединения, и свести к нулю вероятность рассогласования противофазного движения толкающих заостренных элементов, что обеспечивает повышение надежности работы устройства. Кроме того, расположение частей механизма в осевом направлении, позволяет снизить диаметральный габарит устройства, что расширяет область применения устройства в целом, например, в наклонно-горизонтальных скважинах.

При затуплении заостренных кулачков не обеспечивается точное взаиморасположение направляющих пластин и заостренных кулачков, что приводит к ненадежному сцеплению кулачков с металлическим проводником и затрудняет подачу металлического проводника к плазменному излучателю. Применение направляющих пластин в неподвижном и подвижном модуле с возможностью их перемещения по вертикали и с фиксацией в заданном положении позволяет обеспечить точное взаиморасположение направляющих пластин и заостренных кулачков, приводящее к надежному сцеплению кулачков с металлическим проводником, что повышает надежность работы устройства.

Применение тормоза в бобине с навитым на нее металлическим проводником обеспечивает исключение при возвратно-поступательном движении якоря инерционного вращения бобины, в результате которого образуются петли проволоки, что является причиной запутывания последней и заклинивания устройства подачи металлической проволоки, следовательно, применение бобины с тормозом обеспечивает повышение надежности работы устройства.

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.

1. Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия, содержащий корпус, в котором расположен блок управления, накопитель энергии и плазменный излучатель, устройство подачи металлического проводника, смонтированное на отдельном основании и содержащее средство протягивания металлического проводника, средство передачи движения и бобину с навитым на нее металлическим проводником, при этом устройство подачи металлического проводника расположено в герметичном кожухе и выполнено с возможностью жесткого соединения с плазменным излучателем, причем средство протягивания металлического проводника выполнено в виде подвижного и неподвижного модулей с П-образными пазами, в которых расположены сквозные прорези для размещения в них направляющих пластин, а на концах выступов расположены проушины для закрепления в них осей, на которых расположены заостренные кулачки с пружинами кручения, обеспечивающие возможность качания кулачков на оси, при этом направляющие пластины выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в сквозной прорези подвижного и неподвижного модулей, а на торцах направляющих пластин выполнены желобки для направления металлического проводника.

2. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что оси заостренных кулачков в проушинах закреплены при помощи съемных прижимов.

3. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что неподвижный и подвижный модули выполнены с возможностью размещения в их пазах направляющих вставок с П-образным пазом.

4. Скважинный источник по п. 3, отличающийся тем, что в направляющих вставках выполнены сквозные отверстия для перемещения металлического проводника.

5. Скважинный источник по п. 4, отличающийся тем, что направляющие вставки выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в П-образном пазе подвижного и неподвижного модулей.

6. Скважинный источник по п. 5, отличающийся тем, что направляющие вставки выполнены с возможностью качания в их пазах заостренных кулачков.

7. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что средство передачи движения выполнено в виде соленоида с якорем, соединенным с толкателем, содержащим изолятор и пружину, через удлинитель.

8. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что соленоид с якорем закреплен в оболочке, содержащей переднюю и заднюю стенки.

9. Скважинный источник по п. 8, отличающийся тем, что передняя стенка оболочки жестко соединена с основанием средства протягивания металлического проводника.

10. Скважинный источник по п. 8, отличающийся тем, что на задней стенке оболочки жестко закреплена вилка, выполненная с возможностью закрепления на ней бобины с навитым на нее металлическим проводником.

11. Скважинный источник по п. 10, отличающийся тем, что на вилке закреплено усиливающее кольцо.

12. Скважинный источник по п. 7, отличающийся тем, что подвижный модуль жестко закреплен на толкателе.

13. Скважинный источник по п. 12, отличающийся тем, что толкатель жестко закреплен на основании средства протягивания металлического проводника.

14. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что неподвижный модуль жестко соединен с основанием средства протягивания металлического проводника.

15. Скважинный источник по п. 10, отличающийся тем, что бобина снабжена тормозом в виде изогнутой пластины с пружиной кручения.

16. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что герметичный кожух устройства подачи металлического проводника заполнен минеральным маслом.

17. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что корпус скважинного источника выполнен с возможностью жесткого соединения с кабельной головкой, содержащей геофизический кабель и соединенной с блоком управления.

18. Скважинный источник по п. 1, отличающийся тем, что основание средства протягивания металлического проводника выполнено с возможностью жесткого соединения с центрирующим устройством.

19. Скважинный источник по п. 7, отличающийся тем, что в якоре выполнено сквозное отверстие для перемещения металлического проводника, содержащее пластмассовую трубку.