Електродна система пристрою для електрогідравлічної обробки свердловин

Електродна система пристрою для електрогідравлічної обробки свердловин, що містить циліндричний порожнистий корпус із вікнами, який є негативним електродом, обмежений еластичною оболонкою, заповненою робочою рідиною, і пози тивний електрод циліндричної форми з діелектричним покриттям, яка відрізняється тим, що діелектричне покриття електрода виконано у вигляді набору під пружинених діелектричних втулок, а товщину стінки втулок у місцях їхнього стику одна з одною визначають із співвідношення Винахід відноситься до галузі експлуатації та відновлення свердловин, обладнаних фільтрами, а також до нафтодобуваючої промисловості дня заглибних електрогідравлічних пристроїв Відомо електрод для ініціювання високовольтних розрядів у воді, що містить струмопровідний стрижень, торець якого частково покритий діелектриком у вигляді стрічки, встановленої з можливістю переміщення уздовж торця електрода і який Прототипом винаходу, що заявляється, є електродна система пристрою для електрогідравлічної дії на пласт (Патент України 18912, МПК 6 Е 21 В 43/25, опубл Промислова власність, №1, 2000р), що містить встановлений у рідкому робочому середовищі циліндричний позитивний електрод, концентричне встановлений відносно нього негативний електрод і ізолятор, який розділяє електроди, на зовнішню поверхню позитивного електрода нанесене діелектричне покриття, на ЗОВНІШНІЙ поверхні якого зроблені спіралевидна канавка глибиною 0,5-0,55 від товщини діелектричного покриття і наскрізний канал у вигляді прорізу вздовж канавки, розташованої від одного з КІНЦІВ канавки на відстані 0,7 її довжини, а рідина робочого середовища мас електропровідність (2,5-5) х 102См/м Негативний електрод-корпус, обмежений еластичною оболонкою, заповненою робочою рідиною має отвори радіусом, рівним (0,8-2,5)-10 3 Vh _ де h - товщина стрічки (Ас СССР 1651426, МПК 5 B21D26/12, опубл БИ №24, 1992г, с 239) Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі, позитивний електрод циліндричної форми покритий діелектриком Ініціювання розряду здійснюється на порушеннях суцільності діелектрика на межі поділу середовищ рідина - діелектрик - метал До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, відноситься той факт, що переміщення діелектричної стрічки з отворами, що ІНІЦІЮЮТЬ розряд, уздовж торця електрода в умовах глибоких свердловин є складною технічною задачею, яку важко здійснити Крім того, становить інтерес збільшити ефективність впливу на призабійну зону свердловин за рахунок радіального напрямку розряду П=ІІо/Е3аж, де h - товщина стінки втулок у місцях їхнього стику одна з одною, м, Uo - зарядна напруга, В, Езаж - напруженість електричного поля в області стику діелектричних втулок одна з одною, що забезпечує запалювання розряду при заданих ЗОВНІШНІХ умовах, В/м Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, який заявляється, є такі електродна система містить розміщений у рідкому робочому середовищі циліндричний позитивний електрод, концентричне встановлений до нього негативний електрод, обмежений еластичною оболонкою, заповненою робочою рідиною, і ізолятор, який розділяє електроди, на зовнішню повер о со ю ю ю 55532 хню позитивного елеісгрода нанесено діелектричне покриття До причин, які перешкоджають одержанню необхідного технічного результату варто віднести той факт, що при роботі електрода в ході здійснення розрядів, у міру руйнування діелектрика вздовж спіралевидної канавки спостерігається оголення електрода, що призводить до збільшення предпробивних втрат електричної енергії, спостерігається також непрогнозоване руйнування діелектрика між витками спіралевидної канавки, що призводить до зниження надійності роботи електрода, зниження ресурсної КІЛЬКОСТІ імпульсів електрода і до нестабільності роботи електродної системи В основу винаходу поставлено задачу удосконалити електродну систему для електрогідравлічної обробки свердловин шляхом зміни форми діелектричного покриття, що дозволить зменшити передпробивні витрати електричної енергії за рахунок зменшення площі оголення електрода в процесі роботи і за рахунок цього підвищити ефективність і забезпечити стабільну і надійну роботу електродної системи Суть винаходу складається в тому, що електродна система пристрою для електрогідравлічної обробки свердловин, що містить циліндричний порожнистий корпус із вікнами, який є негативним електродом, обмежений еластичною оболонкою, заповненою робочою рідиною, позитивний електрод циліндричної форми з діелектричним покриттям, згідно винаходу, діелектричне покриття електрода виконано у вигляді набору підпружинених діелектричне втулок, а товщину стінки втулок у місцях їхнього етику одна з одною визначають із співвідношення П=ІІо/Е3аж, де h - товщина стінки втулок у місцях їхнього стику одна з одною, м, Uo - зарядна напруга, В, Езаж - напруженість електричного поля в області стику діелектричних втулок одна з одною, що забезпечує запалювання розряду при заданих ЗОВНІШНІХ умовах, В/м Суть винаходу можна пояснити таким чином Товщина діелектричного покриття електрода повинна забезпечити необхідний рівень напруженості електричного поля на межі поділу середовищ рідина - діелектрик - метал в області наскрізного каналу в діелектрику для стабільного запалювання високовольтного розряду в умовах високого гідростатичного тиску Товщина діелектрика є основною у фізичному процесі запалювання розряду, особливо в умовах високого гідростатичного тиску (Трофимова Л П , Поклонов С Г Электрическая прочность разрядного промежутка при высоковольтном пробое воды в условиях повышенных давлений - Электронная обработка материалов, 1993 -№6, - С 35-38) Розмір локального збільшення напруженості електричного поля в області порушення суцільності однорідної ізоляції, що розміщена між електродами, у вигляді наскрізного отвору невеличких розмірів, може бути розрахована ВІДПОВІДНО ДО електричної схеми заміщення розрядного проміжку в даному випадку по виразу ЕоТВ- UoRoTEi/h (R 0 TB + R>«) (1 ) де Еотв - напруженість локального збільшення електричного поля в області наскрізного отвору, В/м, Uo - зарядна напруга на конденсаторі, В, h - товщина діелектрика, м, ROTB - електричний опір рідини, обмеженої стінками отвору, Ом, RK - електричний опір повного об'єму рідини, , обмеженого електродами, Ом, У випадку, коли діаметр отвору в діелектрику малий, то ROTB^R;* і відношення ROTB/(ROTB+R>K)=1 (2) З (1) з урахуванням (2) можна одержати Еотв=и0/гі (3) Звідси товщина діелектрика, що забезпечує запалювання розряду, дорівнює Пзаж-ио/Езаж (4) де Езаж - напруженість електричного поля, необхідна для запалювання розряду в області наскрізного каналу, що ІНІЦІЮЄ, у діелектрику, В/м З (4) випливає, що товщина стінки діелектричних втулок, розміщених на аноді у місцях їхнього стику одна з одною дорівнює h=Пзаж-ио/Езаж, (5) де h - товщина стінки втулок у місцях їхнього стику одна з одною, м Uo - зарядна напруга, В, Езаж - напруженість електричного поля в області стику діелектричних втулок одна з одною, що забезпечує запалювання розряду при заданих ЗОВНІШНІХ умовах, В/м Розкриваючи причинно - наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак винаходу і технічним результатом, необхідно відзначити, що розміщення електродної системи всередині еластичної оболонки дозволяє використовувати робочу рідину з заданими властивостями для здійснення ініціювання розряду за рахунок підвищення напруженості електричного поля на межі поділу середовищ рідина - діелектрик - метал в області порушення суцільності однорідної ізоляції, організувати роботу електродної системи в свердловинах в середовищем практично з будь-якими параметрами як по електропровідності, так і по агресивності, а також знизити передпробивні витрати електричної енергії Виконання діелектричного покриття електрода у вигляді набору підпружинених діелектричних втулок сприяє відновленню після кожного імпульсу необхідного для запалювання розряду розміру порушення суцільності в діелектрику у вигляді зазора між втулками, перешкоджає руйнуванню діелектрика в процесі здійснення розрядів, що призводить до зменшення поверхні, що оголюється в процесі розрядів, зменшенню перед пробивних втрат електричної енергії, і відповідному підвищенню ефективності і стабільності роботи електродної системи Визначення товщини стінки діелектричних втулок h у місцях їхнього стику із співвідношення h^Uo/Езаж сприяє стабільному запалюванню розряду в умовах високих гідростатичних тисків Винахід пояснюється кресленнями, де показані на фіг 1 - електродна система в поздовжньому розрізі, на фіг 2 - місце стику діелектричних втулок, розміщених на поверхні електрода -анода 55532 Електродна система містить (фіг 1) електрод анод 1 циліндричної форми, на якому розміщене діелектричне покриття у вигляді набору діелектричних втулок 2, підпружинених з обох КІНЦІВ електрода пружинами 3, 4, що підтримують місця стику втулок 5 після розрядів у вихідному стані Коаксиально з анодом 1 розташований корпус 6 із вікнами, який являється електродом - катодом, обмежений еластичною мембраною 7 Анод 1 і катод 6 розділені ізоляторами прохідним 8 і упорним 9 Внутрішня порожнина електродної системи, заповнена робочою рідиною 10, відділена від зовнішнього середовища заглушкою 11 радіальному напрямку свердловини Після кожного розряду під дією динамічного навантаження втулки розходяться, але під дією пружин 3 і 4 повертаються у вихідний стан При цьому знову відтворюються умови (необхідний зазор) для запалювання розряду Товщина діелектричних втулок у місцях стиків втулок одна з одною обумовлена співвідношенням п=ІІо/Е3аж, забезпечує гарантоване стабільне запалювання розряду в умовах високого гідростатичного тиску Це дозволяє забезпечити стабільну й ефективну роботу електродної системи Для конкретного прикладу значень зарядної напруги Uo, довжини розрядного проміжку 1 п р і електропровідності робочої рідини а, використовуючи експериментальну залежність напруженості електричного поля, необхідної для запалювання розряду в рідкому середовищі від гідростатичного тиску Езаж (Рг) (див таблицю), можна одержати значення товщини стінки діелектричних втулок h Електродна система працює слідуючим чином При подачі високої напруги на позитивний електрод 1 в області одного зі стиків діелектричних втулок 5, розташованих на електроді 1, підпружинених з боку верхнього і нижнього торців електрода пружинами 3, 4 у напрямку негативного електрода - корпуса 6 розвиваються рівноімовірно з різних місць стиків 5 діелектричних втулок 2 високовольтні розряди в напрямку електрода - катода 6, у Таблиця Залежність товщини стінки діелектричних втулок у місцях їхнього стику від гідростатичного тиску Р г МПа Е3аж, Ю°В/М П, MM 0,1 1 5 10 20 9,5 14,5 20,4 23,8 28,35 3,15 2,07 1,47 1,26 1,05 ЗО 31,07 0,96 40 32,7 0,91 50 34,4 0,87 ІІп=30кВ, 1пп=25хЮ , а=0 03См/м Товщина стінки діелектричних втулок у місцях їхнього стику одина з одною із збільшенням гідростатичного тиску Рг зменшується і наприклад, при Рг=50МПа, UO=30KB, а=0,03См/м коли напруженість електричного поля, необхідна для запалювання розряду в цих умовах складає Е3аж-34,4-106В/м, дорівнює п=0,87мм Для забезпечення механічної тривкості діелектричних втулок в умовах великих динамічних навантажень, характерних для електричних розрядів у рідині, між місцями стиків вони виконані потовщеними (дав фіг 2) Завдяки цьому, а також наявності пружини, що підпружинюють втулки з боку верхнього і нижнього торців електрода, руйнування діелектрика в процесі розрядів не відбувається Навіть при високих гідростатичних тисках спостерігається стабільне запалювання розряду на межі поділу середовищ рідина - діелектрик - метал, що сприяє зниженню предпробивних витрат електричної енергії за рахунок зменшення площі оголення електрода в процесі роботи і за рахунок цього забезпечити збільшення ефективності і стабільності роботи електродної системи 55532 Фіг.1 Фіг.2 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24