RU68804U1 - INCREASING AC TO DC CONVERTER FOR DISCHARGE-PLASMA HYDROACOUSTIC INSTALLATION - Google Patents

Abstract

Повышающий AC/DC преобразователь переменного тока в постоянный для разрядно-плазменной гидроакустической установки для воздействия на нефтегазоносный пласт, относится к нефтегазовой промышленности и может быть использован для ликвидации отложений в скважинах, повышения продуктивности всего пласта, а также проницаемости после бурения и ремонта. Преобразователь является составной частью погружного блока и служит для заряда накопителя энергии для плазменного генератора акустических волн. Погружной блок соединяется с наземным блоком каротажным кабелем, через который передается импульсное питание для преобразователя и сигнал обратной связи для автоматического управления режимом работы установки. Эффект повышения надежности и КПД преобразователя достигнут за счет управления скоростью заряда путем изменения длительности импульсов при неизменных частоте и амплитуде.The AC / DC boosting AC / DC converter for a discharge-plasma hydroacoustic installation for influencing an oil and gas bearing formation belongs to the oil and gas industry and can be used to eliminate deposits in wells, increase the productivity of the entire formation, as well as permeability after drilling and repair. The transducer is an integral part of the submersible block and serves to charge the energy storage device for a plasma acoustic wave generator. The submersible block is connected to the ground block by a wireline cable, through which the pulse power for the converter and the feedback signal are transmitted to automatically control the operation mode of the installation. The effect of increasing the reliability and efficiency of the converter is achieved by controlling the charge speed by changing the pulse duration at a constant frequency and amplitude.

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для ликвидации отложений в скважинах, повышения продуктивности всего пласта, а также проницаемости после бурения и ремонта. Изобретение относится к устройствам для обработки призабойной зоны нефтяного или газового пласта и способам его применения с целью повышения проницаемости пласта и увеличения нефтегазоотдачи скважины.The invention relates to the oil and gas industry and can be used to eliminate deposits in wells, increase the productivity of the entire formation, as well as permeability after drilling and repair. The invention relates to devices for treating the bottom-hole zone of an oil or gas formation and methods for its use in order to increase the permeability of the formation and increase oil and gas recovery of the well.

Известно выпрямительное устройство (см. а.с. СССР №314505, М. Кл. Н 02 М 7/10, авторы О.Г.Потанин, А.Г.Николаев, В.К.Быстров и Л.С.Гац, заявлено 30.12.76, опубликовано 05.07.78, бюл. №25), содержащее трансформатор и мостовой выпрямитель, выполненный на двух диодах и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения.A rectifier device is known (see AS USSR No. 314505, M. Cl. N 02 M 7/10, authors O.G. Potanin, A.G. Nikolayev, V.K. Bystrov and L.S. Gatz, claimed 30.12.76, published 05.07.78, bull. No. 25) containing a transformer and a bridge rectifier made on two diodes and two capacitors connected by a voltage doubling circuit.

Недостатком известного выпрямительного устройства является низкая надежность и низкий КПД в связи с большой величиной вторичного напряжения и большой паразитной емкостью вторичной обмотки трансформатора.A disadvantage of the known rectifier device is low reliability and low efficiency due to the large value of the secondary voltage and the large stray capacitance of the secondary winding of the transformer.

Известно зарядное устройство емкостного накопителя скважинной электрогидравлической установки для обработки призабойной зоны нефтяных скважин (см. статью А.М.Курач, Ю.И.Курашко, В.И.Воробьев, С.И.Заславский, "Генератор импульсных токов для электрогидравлической установки воздействия на пласт". Тезисы докладов 3 Всесоюзной научно-технической конференции, Николаев, 1984, с.111-112), содержащее металлический корпус, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель, разрядный резистор и отсекающий дроссель.A charger of a capacitive storage device of a borehole electro-hydraulic installation for treating the bottom-hole zone of oil wells is known (see article A.M. Kurach, Yu.I. Kurashko, V.I. Vorobyov, S.I. Zaslavsky, "Pulse current generator for electro-hydraulic installation of exposure on the reservoir. "Abstracts of the 3rd All-Union Scientific and Technical Conference, Nikolaev, 1984, p.111-112), containing a metal casing, step-up transformer, high-voltage rectifier, discharge resistor and cut-off inductor.

Высоковольтный выпрямитель выполнен на двух вентилях и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения Латура, и подключен общими точками соединения двух вентилей и двух конденсаторов ко вторичной обмотке трансформатора. Отсекающий дроссель одним выводом подключен к одной из общих точек соединения вентиля и конденсатора, а другим выводом - к корпусу выпрямителя и служит для ограничения токов в выпрямителе при перезарядке емкостного накопителя. Другая общая точка соединения вентиля и конденсатора подключена к высоковольтному выводу зарядного устройства. Разрядный высокоомный резистор включен между высоковольтным выводом и корпусом зарядного устройства и служит для снятия остаточного напряжения с емкостного накопителя при отключении источника первичного напряжения. Корпус выполнен в виде стальной трубы диаметром 114 мм и длиной 1330 мм и залит трансформаторным маслом. Рабочее напряжение зарядного устройства 30 кВ.The high-voltage rectifier is made on two gates and two capacitors connected according to the Latour voltage doubling circuit, and is connected by common points of connection of two gates and two capacitors to the secondary winding of the transformer. The cut-off inductor is connected with one output to one of the common points of connection of the valve and the capacitor, and the other output - to the rectifier housing and serves to limit the currents in the rectifier when recharging the capacitive storage. Another common point between the valve and the capacitor is connected to the high voltage terminal of the charger. A high-resistance discharge resistor is connected between the high-voltage output and the charger housing and serves to remove residual voltage from the capacitive storage when the primary voltage source is turned off. The casing is made in the form of a steel pipe with a diameter of 114 mm and a length of 1330 mm and is filled with transformer oil. The operating voltage of the charger is 30 kV.

Недостатком зарядного устройства скважинной электрогидравлической установки является невозможность контроля за режимом работы (разряда) емкостного накопителя.The disadvantage of the borehole electrohydraulic unit charger is the inability to control the operating mode (discharge) of the capacitive storage.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является зарядное устройство емкостного накопителя (см. патент РФ №2132105, авторы Картелев А.Я., Кулагин А.А., Межевов А.Б., Шайдуллин В.Ш., Ишуев Т.Н., Харисов Р.Г.), содержащий металлический корпус, повышающий трансформатор, высоковольтный выпрямитель. Высоковольтный выпрямитель выполнен на двух диодах и двух конденсаторах, соединенных по схеме удвоения напряжения. Параллельно нагрузке включена измерительная цепочка, от нижнего плеча делителя сигнал поступает на поверхность по кабелю для контроля работы устройства.Closest to the claimed technical solution is a capacitive storage charger (see RF patent No. 2132105, authors Kartelev A.Ya., Kulagin AA, Mezhevov AB, Shaidullin V.Sh., Ishuev TN, Kharisov R.G.), containing a metal casing, step-up transformer, high-voltage rectifier. The high-voltage rectifier is made on two diodes and two capacitors connected by a voltage doubling circuit. In parallel with the load, the measuring chain is turned on, from the lower arm of the divider, the signal enters the surface through a cable to control the operation of the device.

Недостатком зарядного устройства скважинной электрогидравлической установки-прототипа является неоптимальный способ регулирования скорости заряда накопителя путем изменения напряжения импульсов, генерируемых наземным блоком питания.The disadvantage of the charger of the borehole electro-hydraulic installation of the prototype is the non-optimal way to control the charge speed of the drive by changing the voltage of the pulses generated by the ground power supply.

При создании данного изобретения решалась задача улучшения массогабаритных параметров установки как погружной части, так и наземного блока за счет оптимизации методов регулирования скорости зарядки накопителя и применения многотрансформаторной схемы повышения напряжения.When creating this invention, the problem was solved of improving the overall dimensions of the installation of both the submersible part and the ground unit by optimizing methods for controlling the charging speed of the drive and using a multi-transformer voltage boost circuit.

Техническим результатом изобретения-прототипа является создание малогабаритного устройства повышенной надежности.The technical result of the invention of the prototype is the creation of a small-sized device of high reliability.

Разрядно-плазменная гидроакустическая установка (РПГА) по настоящему изобретению предназначена для обработки призабойной зоны нефтегазового пласта с целью повышения его проницаемости и увеличения нефтегазоотдачи скважины. Установка состоит из двух частей - наземного блока питания, регулирования и контроля и погружной части, содержащей зарядный блок, накопитель и импульсный генератор плазменного разряда. Погружной блок соединен с наземным блоком каротажным кабелем, с помощью которого осуществляется его спуск в скважину.The discharge-plasma hydroacoustic installation (RPGA) of the present invention is designed to treat the bottom-hole zone of the oil and gas reservoir in order to increase its permeability and increase oil and gas recovery of the well. The installation consists of two parts - a ground power supply unit, regulation and control, and a submersible part containing a charging unit, a drive, and a pulsed plasma discharge generator. The submersible block is connected to the ground block by a logging cable, with the help of which it is lowered into the well.

Суть работы устройства заключается в следующем:The essence of the device is as follows:

В течение короткого времени (несколько микросекунд) в разрядном промежутке плазменного генератора погруженного в жидкость в скважине в зоне нефтеносного пласта возникает плазменный жгут с температурой в тысячи градусов. Это приводит вначале к формированию фронта ударной волны, как при взрыве. Распространяясь со скоростью звука ударная волна разрушает твердые, а следовательно хрупкие породы. В следующий момент жидкость в зоне разряда превращается в пар, создавая бросок давления, это приводит к смещению разрушенных частиц в направлении от скважины. Однако чуть позже вместо высокого давления возникает разряжение, поскольку парогазовый пузырь резко конденсируется. Пластовое давление захлопывает его, увлекая разрушенные отложения в скважину. Все это сопровождается широкополосным акустическим воздействием, вибрирующим породы вокруг скважины.Within a short time (several microseconds), a plasma bundle with a temperature of thousands of degrees occurs in the discharge gap of a plasma generator immersed in a liquid in a well in the zone of the oil-bearing formation. This first leads to the formation of a shock wave front, as in an explosion. Propagating at the speed of sound, the shock wave destroys hard, and therefore fragile, rocks. At the next moment, the liquid in the discharge zone turns into steam, creating a pressure surge, this leads to the displacement of the destroyed particles in the direction from the well. However, a little later, instead of high pressure, a vacuum occurs, since the vapor-gas bubble condenses sharply. The reservoir pressure slams it, dragging the destroyed deposits into the well. All this is accompanied by broadband acoustic exposure, vibrating rocks around the well.

Многократное повторение описанного процесса приводит к существенной промывке призабойной зоны пласта, приводящей к интенсификации нефтегазоотдачи.Repeated repetition of the described process leads to a significant washing of the bottom-hole formation zone, leading to the intensification of oil and gas recovery.

Наземный блок является источником питания для погружной части, а также контролирующим, измерительным и управляющим устройством комплекса. Сердцем его является микроконтроллер, который задает необходимый режим обработки скважины, измеряет параметры воздействия на пласт, а также фиксирует место, время и продолжительность обработки, для формирования в дальнейшем отчетных документов. Индикация осуществляется многострочным цифровым жидкокристаллическим индикатором, управление кнопочным пультом.The ground unit is the power source for the submersible part, as well as the monitoring, measuring and control device of the complex. Its heart is a microcontroller, which sets the necessary mode of well treatment, measures the parameters of the impact on the formation, and also fixes the place, time and duration of processing, for the formation of further reporting documents. Indication is carried out by a multi-line digital liquid crystal indicator, control of a push-button remote control.

На фиг.1 изображены составные части РПГА, на фиг.2 - принципиальная схема преобразователя переменного тока в постоянный (AC/DC), на фиг.3 - осциллограммы питающих импульсов.Figure 1 shows the components of the RPGA, figure 2 is a schematic diagram of an AC to DC converter (AC / DC), figure 3 - waveforms of the supply pulses.

РПГА (фиг.1) состоит из наземного микроконтроллерного инверторно-измерительного блока 1, соединительного кабеля 2, а также погружной части, состоящей из повышающего преобразователя AC/DC 3, низкоиндуктивного накопителя энергии 4, высоковольтного коммутатора 5, плазменного генератора акустических волн 6, помещенных в маслонаполненную трубу.RPGA (figure 1) consists of a ground-based microcontroller inverter-measuring unit 1, a connecting cable 2, as well as a submersible part consisting of a step-up AC / DC converter 3, a low-inductance energy storage 4, a high-voltage switch 5, a plasma acoustic wave generator 6, placed into an oil-filled pipe.

Повышающий AC/DC преобразователь (фиг.2) содержит два или более повышающих трансформатора 7, первичные обмотки которых соединены параллельно, а вторичные последовательно, высоковольтный выпрямитель 8, состоящий из двух диодных столбов и двух конденсаторов, соединенных по схеме удвоения напряжения, токоограничивающего резистора 9, измерительного делителя напряжения 10. Выпрямленное высокое напряжение подается на низкоиндуктивный накопитель энергии 4 (фиг.1).The step-up AC / DC converter (Fig. 2) contains two or more step-up transformers 7, the primary windings of which are connected in parallel, and the secondary in series, a high-voltage rectifier 8, consisting of two diode poles and two capacitors connected by a voltage doubling circuit, a current limiting resistor 9 , measuring voltage divider 10. The rectified high voltage is supplied to the low-inductive energy storage 4 (figure 1).

Работает преобразователь следующим образом. На первичные обмотки трансформаторов подается импульсное двуполярное напряжение с частотой следования импульсов 1000 Гц, формируемое инверторной схемой наземного блока под управлением микроконтроллера. Выходное напряжение импульсов неизменной величины 800 В, а длительность может меняться 11, 12 (фиг.3), чем достигается различная скорость заряда накопителя. Программа микроконтроллера изменяет длительность импульсов таким образом, чтобы получить заданные скорость заряда накопителей и частоту срабатывания плазменного генератора акустических волн. Таким образом, регулирование скорости заряда накопителя производят изменением длительности зарядных импульсов при неизменных частоте и амплитуде. Такой способ регулирования позволяет получить более высокий КПД устройства, повысить надежность высоковольтных цепей без увеличения размеров изолирующих элементов, повысить скорость реакции устройства на сигнал обратной связи, чего невозможно достигнуть при изменении, например, выходного напряжения инвертора.The converter operates as follows. The transformer primary windings are supplied with a pulsed bipolar voltage with a pulse repetition rate of 1000 Hz, generated by the inverter circuit of the ground unit under the control of the microcontroller. The output voltage of the pulses of a constant value of 800 V, and the duration can vary 11, 12 (figure 3), which achieves a different charge speed of the drive. The microcontroller program changes the pulse duration in such a way as to obtain the specified charge rate of the drives and the frequency of operation of the plasma acoustic wave generator. Thus, the regulation of the charge speed of the drive is produced by changing the duration of the charging pulses at a constant frequency and amplitude. This method of regulation allows to obtain a higher efficiency of the device, to increase the reliability of high-voltage circuits without increasing the size of the insulating elements, to increase the reaction rate of the device to a feedback signal, which cannot be achieved by changing, for example, the output voltage of the inverter.

В преобразователе применено два повышающих трансформатора вместо одного и дальнейшее удвоение напряжения при выпрямлении. Это позволило формировать амплитуду выпрямленного напряжения на уровне 40 кВ при применении сравнительно низковольтных трансформаторов с выходным напряжением 10 кВ. Кроме значительного повышения электропрочности таких трансформаторов и уменьшения их габаритов достигается весьма существенное снижение реактивных потерь на перезаряд паразитных емкостей вторичных обмоток.The converter uses two step-up transformers instead of one and a further doubling of voltage during rectification. This made it possible to form the amplitude of the rectified voltage at a level of 40 kV when using relatively low voltage transformers with an output voltage of 10 kV. In addition to a significant increase in the electrical strength of such transformers and a decrease in their dimensions, a very significant decrease in the reactive losses on the recharge of parasitic capacities of the secondary windings is achieved.

S=4C*f*V²/n?S = 4C * f * V ² / n?

где S - мощность потерь, С - паразитная емкость, f - частота сигнала, V - напряжение на вторичной обмотке, n - число независимых трансформаторов. Выигрыш достигает 60 крат по сравнению с одним трансформатором на полное напряжение (в 16 раз за счет четырехкратного снижения напряжения, еще в 2 раза за счет двух трансформаторов и еще примерно в 2 раза за счет снижения паразитной емкости обмотки).where S is the power loss, C is the stray capacitance, f is the signal frequency, V is the voltage on the secondary winding, n is the number of independent transformers. The gain reaches 60 times in comparison with one transformer for full voltage (16 times due to a four-fold decrease in voltage, another 2 times due to two transformers and about 2 times due to a decrease in stray capacitance of the winding).

Авторами изготовлены и испытаны устройства РПГА, показавшие неизменно положительный результат при обработке нефтегазодобывающих скважин.The authors fabricated and tested RPGA devices that showed consistently positive results when processing oil and gas wells.

Технические параметры РПГАTechnical Parameters of RPGA

Наземный блок:Ground Block:

Габариты ммDimensions mm 200×350×450200 × 350 × 450 Масса кгWeight kg 88

Погружной части:Submersible parts:

Диаметр ммDiameter mm 102102 Длина мLength m 3,153.15 Масса кгWeight kg 9191 Температура среды°СAmbient temperature ° С 120120 Давление, МпаPressure, MPa 50fifty

Питание от сети переменного тока частотой 50-60 Гц, напряжением 220±25ВPower supply from an alternating current main with a frequency of 50-60 Hz, voltage 220 ± 25V

Потребляемая мощность, кВтPower consumption kW 1,51,5 Период следования импульсов, секThe pulse repetition period, sec 3-53-5 Энергия плазменного разряда, кДжEnergy of a plasma discharge, kJ 1-21-2

Claims (2)

1. Повышающий преобразователь переменного тока в постоянный для накопителя разрядно-плазменной гидроакустической установки, содержащий повышающие трансформаторы, выпрямитель с удвоением напряжения, помещенные в маслонаполненную стальную трубу, отличающийся тем, что содержит два или более повышающих трансформатора, первичные обмотки которых соединены параллельно, а вторичные последовательно.1. Step-up AC to DC converter for storage of a discharge-plasma hydroacoustic installation, comprising step-up transformers, a voltage doubling rectifier placed in an oil-filled steel pipe, characterized in that it contains two or more step-up transformers, the primary windings of which are connected in parallel, and the secondary sequentially. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирование скорости заряда накопителя производят изменением длительности зарядных импульсов при неизменных частоте и амплитуде.

2. The device according to claim 1, characterized in that the regulation of the charge speed of the drive is made by changing the duration of the charging pulses at a constant frequency and amplitude.