Заглибний свердловинний пристрій

Винахід відноситься до нафтовидобувної і вододобувної промисловості і може бути використаний для очищення зон перфорації і фільтрів свердловин під час видобутку рідких і газоподібних продуктів. Відомо заглибний сведловинний пристрій (а.с. №1694874, МКИ5Е21В 43/25, Опубл. БИ №44, 1991р. і патент України №18734, МПК5Е21В 43/25, Опубл. БВ №6,1997р.), що складається з наземної й заглибної частин, зв'язаних між собою механічно й електричне вантажонесучим кабелем. Заглибна частина містить генератор імпульсних струмів (ГІС), що включає електродну систему, комутатор, ємнісний накопичувач і зарядний пристрій який підімкнено паралельно ємнісному накопичувачу, і містить підвищувальний трансформатор, випрямляч та струмообмежуючий резистор. Ознаками, що збігаються з істотними ознаками пристрою, що заявляється, є: наземна й заглибна частини, з'єднані механічно й електричне між собою вантажонесучим кабелем. Заглибна частина містить ГІС, що складається з електродної системи, комутатора, ємнісного накопичувача, а також зарядний пристрій, підімкнений паралельно ємнісному накопичувачу, і містить підвищувальний трансформатор, випрямляч та струмообмежуючий резистор. Причиною, що перешкоджає отриманню необхідного технічного результату є відсутність контролю режиму роботи пристрою і відключення у випадку аварійної ситуації, що може призвести до передчасного виходу з ладу пристрою. За прототип прийнятий заглибний свердловинний пристрій (див. заявку на патент України №2002075822 від 15.07.02, МПК7Е21В 43/25 рішення про видачу деклараційного патенту від 15.05.2003р.), що складається з наземної і заглибної частин, з'єднаних механічно й електричне між собою геофізичним кабелем. Заглибна частина містить ПС, що включає електродну систему, комутатор і ємнісний накопичувач, підімкнений паралельно ємнісному накопичувачу зарядний пристрій, що містить підвищувальний трансформатор, випрямляч, струмообмежуючий резистор, блок контролю якості розрядів. Блок контролю якості розрядів містить високовольтній подільник напруги, котрий складається із високовольтного плеча що включає паралельно з'єднані конденсатор і резистор, і аналогічного низьковольтного плеча, що включає конденсатор і резистор, крайні точки з'єднання яких є входом блока контролю, паралельно до низьковольтного плеча подільника підімкнено послідовно з'єднані конденсатор і первинна обмотка трансформатора, вторинна обмотка через діод і паралельній ланцюжок конденсатора і резистора підімкнена до емітера одноперехідного транзистора, база 2 транзистора підімкнена до резистора і керуючого електрода виконавчого тиристора, а база 1 - до середньої точки резистивного подільника підімкненого до входу геофізичного кабелю й аноду виконавчого тиристора. Вхід блоку контролю увімкнений паралельно ємнісному накопичувачу. Наземна частина містить джерело живлення, підімкнене до послідовно з'єднаних резистора і конденсатора, а загальна точка їхнього з'єднання підімкнена до виходу геофізичного кабелю і входу лічильника імпульсів. Ознаками, що збігаються з істотними ознаками пристрою, що заявляється, є: наземна і заглибна частини, з'єднані механічно й електричне між собою геофізичним кабелем, заглибна частина містить ГІС, що складається з послідовно з'єднаних електродної системи, комутатора і ємнісного накопичувача, а також зарядний пристрій, увімкнений паралельно ємнісному накопичувачу, що містить підвищувальний трансформатор, випрямляч і струмообмежуючий резистор, і блок контролю, що включає два резистори, один змінний резистор, два конденсатори, один діод і один транзистор, вихід блоку контролю підімкнено до входу геофізичного кабелю, наземна частина містить джерело живлення, підімкнене до послідовно з'єднаних резистора і конденсатора, загальна точка з'єднання яких підімкнена до виходу геофізичного кабелю і входу лічильника імпульсів. Причиною, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату є відсутність контролю режиму роботи пристрою і відключення у випадку аварійної ситуації, що може призвести до передчасного виходу з ладу пристрою. В основу винаходу поставлена задача підвищення надійності роботи заглибного свердловинного пристрою за рахунок забезпечення контролю роботи пристрою і відключення у випадку виникнення аварійної ситуації (короткого замикання в електродній системі і перевищення температури в середині пристрою), що дозволить швидко виявляти й усувати несправності і перешкоджати виходу з ладу пристрою. Суть винаходу полягає в тім, що в заглибному свердловинному пристрої, що включає наземну і заглибну частини, з'єднані між собою механічно й електричне геофізичним кабелем, заглибна частина складається з ГІС, що включає електродну систему, розрядник і ємнісний накопичувач, а також увімкненого паралельно ємнісному накопичувачу зарядного пристрою, що включає підвищувальний трансформатор, випрямляч, ємнісний помножувач напруги, струмообмежуючий резистор і блок контролю, що включає два резистори, один змінний резистор, два конденсатори, один діод і один транзистор, вихід якого підімкнений до входу геофізичного кабелю, наземна частина містить виконавчий блок, що включає джерело живлення, підімкнене до послідовно з'єднаних резистора і конденсатора, загальна точка з'єднання яких підімкнена до виходу геофізичного кабелю і входу лічильника імпульсів, відповідно з винаходом в блок контролю додатково введені третій резистор, другий змінний резистор, другий і третій діоди, трансформатор струму, два RS-тригери, і біметалевий вимикач, причому первинна обмотка трансформатора струму увімкнена послідовно до струмообмежуючого резистора зарядного пристрою, вторинна - одним кінцем до аноду першого діода, а іншим до загального проводу, катод першого діода підімкнено до однієї точки з'єднання паралельно ввімкнених двох змінних резисторів, інша точка з'єднання яких підімкнена до загального проводу, рухливий контакт першого змінного резистора увімкнений до S-входу першого RS-тригера, вихід Q цього тригера підімкнений до анода другого діода і, через перший резистор, до R-входу того ж тригера і до одного з виводів першого конденсатора, інший вивід якого з'єднаний із загальним проводом, аналогічно рухливий контакт другого змінного резистора увімкнений до 8-входу другого RS-тригера, вихід Q якого підімкнений до анода третього діода і, через другий резистор, до К-входу того ж тригера і до одного з виводів другого конденсатора, інший вивід якого з'єднаний із загальним проводом, катоди другого і третього діодів об'єднані і, через третій резистор, підімкнені до бази транзистора, колектор і емітер якого увімкнені паралельно нормальнорозімкненому біметалевому вимикачу і входу геофізичного кабелю, а у виконавчий блок наземної частини пристрою додатково введені другий резистор, другий конденсатор, змінний резистор і пороговий елемент, причому послідовно з'єднані другий резистор і другий конденсатор ввімкнені паралельно виходу геофізичного кабелю, паралельно другому конденсатору ввімкнено змінний резистор, рухливий контакт якого підімкнено до входу порогового елемента, вихід якого підімкнений до ланцюгів аварійного відключення пристрою. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом слід зазначити таке: введення в пристрій третього резистора, другого змінного резистора, другого і третього діодів, трансформатора струму, двох RS-тригерів, і біметалевого вимикача, а у виконавчий блок наземної частини пристрою другого резистора, другого конденсатора, змінного резистора і порогового елемента, дозволить визначити коротке замикання в навантаженні і перегрів зарядного пристрою, і забезпечить контроль роботи пристрою і відключення у випадку виникнення аварійної ситуації, що дозволить швидко виявляти й усувати несправності і перешкоджати передчасному виходу з ладу пристрою. Суть винаходу ілюструється прикладеними кресленнями, де на фіг. 1 зображена блок-схема пристрою, на фіг. 2 - осцилограми зміни напруги і струму при коливальному («якісному»), аперіодичному («неякісному») і короткозамкненому режимі розряду - Uk, Ua, Uкз, Іk, I a, Iкз відповідно. Блок-схема (фіг.1) складається з заглибної 1 і наземної 2 частин, з'єднаних механічно й електричне геофізичним кабелем 3. Заглибна частина 1 містить ГІС 4, що включає послідовно з'єднані ємнісний накопичувач 7, розрядник 8 і електродну систему 9, а також увімкнений паралельно ємнісному накопичувану зарядний пристрій (ЗП) 5, що включає підвищувальний трансформатор 12, випрямляч 10, ємнісний помножувач напруги 13, струмообмежуючий резистор 11, а також блок контролю, що включає трансформатор струму 14, первинна обмотка якого ввімкнена послідовно зі струмообмежуючим резистором 11 ЗП 5, вторинна - одним кінцем до анода першого діода 15, іншим до загального проводу, катод першого діода 15 увімкненим до однієї точки з'єднання паралельно ввімкнених першого і другого змінних резисторів 16 і 17, інша точка з'єднання яких увімкнена до загального проводу. Рухливий контакт першого змінного резистора 16 ввімкнено до S-входу першого RS-тригера 18, вихід Q цього тригера ввімкнено до анода другого діода 19, і через перший резистор 20, до R-входу того ж тригера і до одного з виводів першого конденсатора 21, інший вивід якого з'єднаний із загальним проводом, аналогічно рухливий контакт другого змінного резистора 17 підімкнений до S-входу другого RS-тригера 22, вихід Q цього тригера підімкнено до анода третього діода 23, і через другий резистор 24, до R-входу того ж тригера і до одного з виводів другого конденсатора 25, інший вивід якого з'єднаний із загальним проводом, катоди другого і третього діодів 19 і 23 з'єднані разом і через третій резистор 26 підімкнені до бази транзистора 27, колектор і емітер якого увімкнено паралельно нормальнорозімкненому біметалевому вимикачу 28 і входу геофізичного кабелю 3. Геофізичний кабель 3 є електричним і механічним елементом з'єднання заглибної 1 і наземної 2 частин пристрою. Наземна частина 2 складається з джерела живлення (на схемі не показаний) і виконавчого блоку, що включає послідовно з'єднані перший резистор 29 і перший конденсатор 30, причому перший резистор 29 підімкнений до позитивного виводу джерела живлення, перший конденсатор 30 до негативного виводу джерела живлення, а загальна точка Їх з'єднання до виходу геофізичного кабелю 3 і входу лічильника імпульсів (ЛІ). Паралельно першому конденсатору 30 увімкненений ланцюг із послідовно з'єднаних другого резистора 31 і другого конденсатора 32, причому другогий резистор 31 підімкнений до виходу геофізичного кабелю 3, другий конденсатор 32 - до загального проводу. Паралельно другому конденсатору 32 увімкнено змінний резистор 33, а його рухливий контакт підімкнений до входу порогового елемента 34, вихід якого підімкнений до ланцюгів аварійного відключення пристрою. Пристрій працює у такий спосіб. У ЗП 5 відбувається перетворення змінної напруги, що надходить на первинну обмотку трансформатора 12 від силового джерела живлення (на фіг. 1 не показаний) у постійну високу напругу, необхідну для зарядки ємнісного накопичувача 7 у ГІС 4. Принципова схема і конструктивне виконання силового джерела живлення істотної ролі не грає і може бути найрізноманітнішим. Розташовуватися він може в наземній чи заглибній частині пристрою. Для забезпечення роботи ЗП 5 використовуються дві жили геофізичного кабелю 3 (на фіг.1 не показані). При спрацьовуванні розрядника 8 відбувається розряд ємнісного накопичувача 7 на електродну систему 9. Характер розряду і відповідно крива зміни струму на ємнісному накопичувачі 7 залежать від навантаження, тобто від етану електродної системи 9 і опору рідини в якій електродна система 9 розміщена. Три режими розряду ємнісного накопичувача 7 ілюструються на фіг.2. Перший режим - це коли в електродній системі 9 спостерігається утворення каналу розряду, що приводить до коливальної форми зміни струму І к і напруги Uk ємнісного накопичувача 7. При цьому в електродній системі 9 -навантаженні відбувається найбільш ефективне виділення енергії, що супроводжується потужним електрогідравлічним ефектом. Такий режим розряду ємнісного накопичувача можна назвати "якісним" і з технологічних міркуваннь необхідно, щоб ГІС працював у цьому режимі. Другий режим - це коли розряд ємнісного накопичувача 7 не викликає утворення струмового каналу в навантаженні, при цьому струм проходить через весь об'єм рідини, що відповідає аперіодичному закону зміни струму І а і напруги Ua ємнісного накопичувача 7. Помітного електрогідравлічного ефекту при такому розряді в навантаженні не спостерігається і такий режим розряду можна назвати "неякісним". Третій режим спостерігається при пробої ізолятора електродної системи 9, що відповідає короткозамкненому характеру зміни струму І кз і напруги Uкз. При цьому енергія виділяється в самому ізоляторі й електрогідравлічний ефект взагалі не виникає. При наступних розрядах відбувається руйнування ізолятора, що може призвести до втрати герметичності пристрою і виходу його з ладу. Для забезпечення контролю роботи свердловинного пристрою в процесі його експлуатації необхідно знати режим розряду ємнісного накопичувача 7 тобто «якісний», «неякісний» чи «короткозамкнений». Для цього в заглибну частину пристрою 1 введено блок контролю 6. Блок контролю 6 працює у такий спосіб. Зміну напруги на ємнісному накопичувачі 7 при спрацьовуванні ГІС 4 повністю повторює зміна струму через первинну обмотку трансформатора струму 14. Вторинна обмотка увімкнена інверсне і тому через перший діод 15 проходять імпульси пропорційні негативним імпульсам розрядного струму ємнісного накопичувача 7. Імпульси з катода першого діода 15 надходять на паралельно ввімкнені перший і другий змінні резистори 16 і 17. З рухливого контакту першого змінного резистора 16 сигнал надходить на S-вхід першого RS-тригера 18 і при досягненні порога спрацьовування тригера він переключається, при цьому на виході Q цього тригера з'являється логічна «І». Через діод другий 19 і третій резистор 26 сигнал логічної «І» надходить на базу транзистора 27 і відкриває його. Одночасно через перший резистор 20 сигнал логічної «І» надходить на R-вхід першого тригера 18 і на перший конденсатор 21, перший конденсатор 21 заряджається і при досягненні порога спрацьовування R-входу перший тригер 18 скидається і на його виході Q знову з'являється логічний «О», що через другий діод 19 і третій резистор 26 приходить на базу транзистора 27 і закриває його. Час відкритого стану транзистора 27 залежить від параметрів першого резистора 20 і першого конденсатора 21. Аналогічно з рухливого контакту другого змінного резистора 17 сигнал надходить на S-вхід другого RSтригера 22 і при досягненні порога спрацьовування тригера він переключається, при цьому на виході Q цього тригера з'являється логічна «І», Через третій діод 23 і третій резистор 26 сигнал логічної «І» надходить на базу транзистора 27 і відкриває його. Одночасно через другий резистор 24 сигнал логічної «І» надходить на R-вхід другого тригера 22 і на другий конденсатор 25, конденсатор 25 заряджається і при досягненні порога спрацьовування К-входу другогий тригер 22 скидається і на його виході Q знову з'являється логічний «О», що через третій діод 23 і третій резистор 26 приходить на базу транзистора 27 і закриває його. Час відкритого стану транзистора 27 залежить від параметрів другого резистора 24 і другого конденсатора 25. Поріг спрацьовування першого тригера 18 настроєний за допомогою першого змінного резистора 16 таким чином, щоб він спрацьовував при «якісних» розрядах. Поріг спрацьовування другого тригера 22 настроєний за допомогою другого змінного резистора 17 таким чином, щоб він спрацьовував тільки при «короткозамкнених» розрядах. Тривалість увімкненого стану першого тригера 18 обрана мінімальною, але достатньою, для того щоб, сигнал забезпечив спрацьовування лічильника імпульсів у наземній частині пристрою 2. Тривалість увімкненого стану другого тригера 22 у кілька разів більше ніж першого тригера 18, щоб у наземній частині пристрою 2 другий конденсатор 32 встиг розрядитися до порога спрацьовування порогового елемента 34, поріг спрацьовування якого визначається змінним резистором 33. Пороговий елемент 34 при спрацьовуванні видає сигнал на ланцюги аварійного відключення пристрою. Нормально-розімкнений біметалевий вимикач 28 призначений для забезпечення аварійного відключення установки при перевищенні температури всередині заглибної частини пристрою 1 вище критичної, при якій можуть вийти з ладу елементи ГІС 4 і ЗП 5. При досягненні температури усередині заглибної частини пристрою 1 біметалевий вимикач замикається, другий конденсатор 32 розряджається, пороговий елемент 34 спрацьовує і видає сигнал «аварія». Таким чином введення нових елементів в електросхему пристрою дозволяє підвищити надійність роботи заглибного свердловинного пристрою за рахунок забезпечення контролю роботи пристрою і відключення у випадку виникнення аварійної ситуації.