Електродна система пристрою для електрогідравлічної дії на пласт

Електродна система пристрою для електрогідравлічної дії на пласт, що містить розміщений у рідкому робочому середовищі циліндричний позитивний електрод, концентрично встановлений відносно нього негативний електрод і відокремлюючий електроди ізолятор, на зовнішню поверхню позитивного електрода нанесене діелектричне покриття, на ЗОВНІШНІЙ поверхні якого виконана спіральна канавка з наскрізним каналом у вигляді прорізу уздовж канавки, розташованої від одного з КІНЦІВ канавки на відстані 0,3-0,7 її довжини, а рідина робочого середовища має електропровід Винахід відноситься переважно до нафтовидобувної промисловості дня заглибних ектропдравлічних пристроїв, які використовують при збудженні свердловин, і може бути застосований в ектропдравлічних установках дня обробки металів тиском, очищення труб, руйнування мінеральних середовищ, переважно дня здійснення цих технологій в умовах високого гідростатичного тиску Відомо електрод для ініціювання високовольтних розрядів у воді, що містить струмопідвійний стрижень, торець якого частково покритий діелектриком у вигляді стрічки, встановленої з можливістю переміщення уздовж торця електрода, і яка має отвори радіусом, рівним r = (0,8-2,5)i0" 2 Vh , де h - товщина стрічки (А с №1651426 МПК 5 B21D26/I2 опубл БИ№24 1992р,с 239) Ознаками, які збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється, є такі електрод містить струмопідвідннй стрижень, покритий діе ність (2,5-5)10 См/м, яка відрізняється тим, що глибину і ширину спіральної канавки визначають із співвідношень d = S-h3a)K, а = (1,2 - 2)d , де d - глибина канавки, м, а - ширина канавки, м, 5 -товщина діелектричного покриття, м, - товщина діелектрика, яка необh. = U 0 /E хідна для запалювання розряду, м, Uo - зарядна напруга конденсатора, В, Е з ж - напруженість електричного поля в області а наскрізного каналу, що забезпечує запалювання розряду при заданих ЗОВНІШНІХ умовах, В/м, а на дні спіральної канавки уздовж усієї и довжини виконано ненаскрізний проріз глибиною, яка визначається із співвідношення hi > 0,5(5-d), де hi - глибина ненаскрізного прорізу, м лектриком, який мас ІНІЦІЮЮЧИИ отвір До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, спід віднести той факт, що залежність радіального розміру отвору від товщини діелектричної стрічки с правильною дня окремого випадку конкретних значень зарядної напруги (UO=30KB) і заданої первісної товщини діелектричної стрічки (близько 2мм) У випадку зміни цих величин технічний результат не досягається Прототипом винаходу, що заявляється, є електродна система пристрою для електрогідравлічної дії на пласт (Патент України 18912, МПК 6 Е21В43/25, опубл Промислова власність, 2000, №1), що містить розміщений у рідкому робочому середовищі циліндричний позитивний електрод, концентрично встановлений відносно нього негативний електрод і розділяючий електроди ізолятор, на зовнішню поверхню позитивного електрода нанесене діелектричне покриття, на ЗОВНІШНІЙ поверхні якого виконані спіральна канавка глиби (О о> ю 57976 ною 0,5 - 0,55 від товщини діелектричного покриття і наскрізний канал у вигляді прорізу уздовж канавки, розташованої від одного з КІНЦІВ канавки на відстані 03 - 0,7 и довжини, а рідина робочого середовища має електропровідність 2 (2,5-5)10 См/м Ознаками, що збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється, є такі електродна система містить розміщений у рідкому робочому середовищі циліндричний позитивний електрод, концентрично встановлений відносно нього негативний електрод і розділяючий електроди ізолятор, на зовнішню поверхню позитивного електрода нанесене діелектричне покриття, на ЗОВНІШНІЙ поверхні якого виконана спіральна канавка з наскрізним ІНІЦІЮЮЧИМ каналом на відстані 03-0,7 її довжини у вигляді прорізу уздовж канавки, а рідина робочого середовища має ектропровідність (2,5-5)10 2См/м До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату треба віднести той факт, що виконання спіральної канавки глибиною 0,5-0,55 від товщини діелектричного покриття є окремим випадком для конкретного значення зарядної напруги конденсатора (UO=30KB) і заданої товщини діелектричного покриття (близько 2мм) У випадку зміни цих величин, що буває часто технічно необхідно, потрібний технічний результат не досягається тому, що при роботі електрода в ході здійснення розрядів спостерігається руйнування діелектрика між витками спіральної канавки, це призводить до зниження надійності його роботи, зниження ресурсного числа імпульсів електрода і до нестабільності роботи електродної системи В основу винаходу поставлена задача удосконалити електродну систему шляхом зміни форми і розмірів канавки, що дозволить запобігти не прогнозованому руйнуванню діелектрика між витками спіральної канавки в процесі роботи і за рахунок цього забезпечити стабільну і надійну роботу електродної системи Суть винаходу полягає в тім, що в електродній системі пристрою для електрогідравлічної дії на пласт, яка містить розміщений у рідкому робочому середовищі циліндричний позитивний електрод, концентрично встановлений відносно нього негативний електрод і розділяючий електроди ізолятор, на зовнішню поверхню позитивного електрода нанесене діелектричне покриття, на ЗОВНІШНІЙ поверхні якого виконана спіральна канавка з наскрізним каналом у вигляді прорізу уздовж канавки, розташованої від одного з КІНЦІВ канавки на відстані 03-0,7 її довжини, а рідина робочого середовища має електропровідність (2,5-5)10 2См/м ВІДПОВІДНО з винаходом, глибину і ширину спіральної канавки визначають із співвідношень СІ=5-П3аж, a=(1,2-2)d, де d - глибина канавки, м, а - ширина канавки, м, 5 - товщина діелектричного покриття, м, Пзаж- Uo/Езаж - товщина діелектрика, яка необхідна для запалювання розряду, м, Uo - зарядна напруга конденсатора, В, 4 Езаж - напруженість електричного поля в області наскрізного каналу, що забезпечує запалювання розряду при заданих ЗОВНІШНІХ умовах, В/м, а на дні спіральної канавки, уздовж усієї м довжини виконано ненаскрізний проріз глибиною, яка визначається із співвідношення hi>0,5(5-d) де hi - глибина ненаскрізного прорізу, м Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак і технічним результатом, необхідно відзначити, що товщина діелектричного покриття електрода, з одного боку, повинна забезпечити необхідний рівень напруженості електричного полю чи в області наскрізного каналу для стабільного запалювання високовольтного розряду в умовах високого гідростатичного тиску, а з іншого боку - виключити міжвиткове руйнування діелектрика, що вимагає збільшення товщини діелектричного покриття, його механічної МІЦНОСТІ Товщина діелектрика пзаж 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, - Електронная обработка материалов, 1993, - N 6, - С 35-38) Величина локального збільшення напруженості електричного поля в області порушення суцільності однорідної ізоляції, яка розташована між електродами, у вигляді наскрізного отвору невеликих розмірів може бути розрахована ВІДПОВІДНО до електричної схеми заміщення розрядного проміжку в даному випадку за співвідношенням, Ептв = •иг^отв/Потв^отв" І ^ж) (1) де Еотв - напруженість локального збільшення електричного поля в області наскрізного отвору, В/м, Uo - зарядна напруга на конденсаторі, В, Потв - товщина діелектрика в області отвору, 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 R O T B > : I ^ і відношення Roтв/(Roтв-Rж)=1 (2) ТОДІ E OTB =-Uo/h OT B (3) Звідси товщина діелектрика, що забезпечує запалювання розряду, дорівнює 'ЗЭЖ ^ U ' —ЗЭЖ \"/ де Езаж - напруженість електричного поля, яка необхідна для запалювання розряду в області ІНІЦІЮЮЧОГО наскрізного отвору в діелектрику, В/м, Однак, ВІДПОВІДНО до винаходу, для збільшення МІЦНОСТІ діелектрика між витками спіральної канавки необхідно збільшити товщину діелектричного покриття, а канавку виконати досить широкою для дотримання умови R O T B > : I ^ ЦЯ умова виконується, якщо ширина канавки a>1,2d, де d - глибина канавки Якщо a>2d, то при заданій довжині електрода, що забезпечує ресурсне чис 57976 умовах високого пдростатачного тиску і, ВІДПОВІДНО, надійно забезпечити необхідне ресурсне число розрядних імпульсів, запобігаючи при цьому не прогнозоване руйнування діелектрика між витками спіральної канавки, що забезпечує надійність і стабільність роботи електродної системи Винахід пояснюється кресленням, де показані на фіг,1 - електродна система в перерізі, на фіг 2 - профіль канавки, виконаної на ЗОВНІШНІЙ поверхні діелектричного покриття електродаанода Електродна система містить (фіг 1) електроданод 1 циліндричної форми, на який щільно насаджена діелектрична трубка 2 зі спіральною канавкою 3, яка виконана на її поверхні, з ІНІЦІЮючим каналом у вигляді наскрізного прорізу 4 уздовж канавки 3 Коаксиально з анодом 1 розташований корпус 5 з вікнами, що є електродомкатодом, обмежений еластичною мембраною 6 Анод 1 і катод 5 розділені ізоляторами прохідним 7 і упорним 8 Внутрішня порожнина електродної системи, заповнена робочою рідиною 9, відділена від зовнішнього середовища заглушкою 10 Використовуючи експериментальну залежність напруженості електричного поля, Езаж необхідної для запалювання розряду в рідкому середовищі, від гідростатичного тиску Рг, можна одержати значення глибини канавки d для конкретного прикладу значень (див таблицю) зарядної напруги Uo, довжини розрядного проміжку Іпр, електропровідності робочої рідини а і заданої товщини діелектричного покриття електрода 5 ло імпульсів, відстань між витками спіральної канавки буде мала, діелектрик може непрогнозовано зруйнуватися і технічний результат не досягається Для того, щоб руйнування спіральної канавки в процесі відтворення розрядів відбувалося в строго заданому канавкою напрямку, на дні канавки виконаний вузький ненаскрізний проріз глибиною h-i, рівною не менш половини товщини діелектрика, необхідної для запалювання розряду (ГЦ>0,5гі3аж) Таким чином, глибина канавки d у цьому випадку дорівнює різниці між товщиною діелектричного покриття електрода 5 і товщиною діелектрика Пзаж, що дорівнює сумі товщин прорізаної і непрорізаної частин діелектрика Тоді ВІДПОВІДНО ДО (4) можна записати d=5-h3a>K (5) де 5 - товщина діелектричного покриття, м, Пзаж-ио/Езаж (6) де Uo зарядна напруга конденсатора, В, Езаж - напруженість електричного поля, що забезпечує запалювання розряду в області наскрізного отвору, В/м Істотні ознаки винаходу виконання спіральної канавки з каналом у вигляді наскрізного прорізу уздовж канавки, розташованої від одного із КІНЦІВ канавки на відстані 03-0,7 від її довжини при електропровідності робочої рідини, що дорівнює (2,5-5)10 2См/м, при глибині і ширині спіральної канавки визначених із співвідношень d=5гізаж-З-ІІо/Езаж, a=(1,2-2)d і виконання на дні спіральної канавки уздовж усієї и довжини ненаскрізного прорізу глибиною hi>0,5(5-d), дозволяють забезпечити стабільне запалювання розряду в Таблиця Залежність розмірів спіральної канавки від гідростатичного тиску U р г, МПа Е заж, Ю°, В/М h аж, M M d MM 0 = 3 0 K B Іпр=25хЮ3 и, а=0,03См/м 5=3,5x10 3 VI 0 1 1 5 10 20 ЗО 40 50 9 5 14,5 3, 1 5 2,07 0, 3 5 1,43 20,4 1,47 2,03 23,8 1,26 2,24 28,35 1,05 2,45 31,07 0,96 2,54 32,7 0,91 2,59 34,4 0,87 2,63 Канавка виконана таким чином, що її глибина d дорівнює різниці між товщиною діелектричного покриття 5 і товщиною діелектрика, необхідної для запалювання розряду пзаж, рівної, в даному випадку, сумі глибини ненаскрізного прорізу на дні канавки hi і товщини непрорізаної частини діелектрика П2(гізаж-пі+гі2) При товщині діелектричної трубки 2, рівної, наприклад, 5=33мм (див таблицю) при UO=30KB гідростатичному тиску Рг=50МПа й електропровідності рідини, рівної а=0,03См/м, коли Езаж-34,4х106В/м, товщина діелектрика, при якому відбувається запалювання розряду в даному випадку дорівнює пзаж-0,87мм, а глибина спіральної канавки дорівнює d=2,63MM, и ширина ВІДПОВІДНО дорівнює не менш 3,1мм і не більш 5,3мм, а глибина ненаскрізного прорізу на дні канавки дорівнює гн=0,44мм (пі>0,5пзаж) Електродна системи працює таким чином При подачі високої напруги на електрод 1 в області одного з КІНЦІВ ІНІЦІЮЮЧОГО наскрізного прорізу 4 розвивається високовольтний пробій у напрямку негативного електрода 5 Наступні пробої розвиваються послідовно з обох КІНЦІВ наскрізного прорізу 4, розриваючи діелектрик уздовж некрізного прорізу на дні спіралеподібної канавки З При цьому товщина діелектрика пзаж забезпечує гарантоване запалювання розряду в умовах високого гідростатичного тиску Розміри канавки, її глибина і ширина, забезпечують відсутність непрогнозованого руйнування діелектрика між витками спіральної канавки в процесі відтворення розрядів, що забезпечує стабільну і надійну роботу електродної системи 57976 9/?, і Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна