一种井下耐高温高效传递激波的胶膜护套装置 |
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| 申请号 | CN201610410813.7 | 申请日 | 2016-06-13 | 公开(公告)号 | CN105927176A | 公开(公告)日 | 2016-09-07 |
| 申请人 | 华中科技大学; | 发明人 | 刘毅; 林福昌; 李志远; 李显东; 周古月; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种井下耐高温高效率传递激波的胶膜护套装置，其置于柱型液电脉冲激波发射器的侧面，主要由胶膜护套、密封 钢 圈与紧固装置组成。胶膜采用耐高温(300℃)、耐热性、抗 氧 化性、耐油性、耐 腐蚀 性、伸长率在200％以上的材料。胶膜护套表面光滑，能耐受激波的高强度重复瞬时机械冲击。胶膜护套能保持激波发射器内部的清洁，使放电液体的参数与放电回路及液电间隙匹配程度最优，提高激波发射器由 电能 向机械能的转换效率。胶膜能够高效将激波 能量 传递到胶膜护套外，对激波的 波形 不产生大幅度畸变，提高激波的机械作用。本发明的胶膜护套结构简单，可高效传递液电脉冲激波，通用性好，可靠性高，检修维护工作少，且应用范围广泛。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种井下耐高温高效率传递激波的胶膜护套装置，其特征在于，所述胶膜护套装置用于套设在激波发射器上，使得所述激波发射器与外部油井液体隔离，使液电脉冲电弧放电产生激波的阶段，提高放电的可靠性与稳定性；所述胶膜护套装置包括：胶膜护套(107)、密封钢圈(108)和紧固装置(109)； |
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| 说明书全文 | 一种井下耐高温高效传递激波的胶膜护套装置技术领域背景技术[0002] 当液体中发生高电压脉冲大电流放电时，等离子体通道及空腔快速膨胀，在弱压缩性的液体中向外辐射出高强度的激波。这称为液电效应的机械效应，目前液电脉冲激波已经被广泛应用于体外碎石、液电成形、油田解堵增产等领域。其中采用重复频率液电脉冲激波轰击射孔堵塞物及作用周围岩层，能够有效解除油气井的堵塞，增加岩层裂缝，提高油气产量。该方法属于纯粹的物理解堵增产方法，具有低成本，环境友好，效果优异等特点。 [0003] 但是由于井下液体含砂砾、油水等混合物，液电放电容易受到液体环境的影响，且电极受到酸碱度的影响其烧蚀速度难以控制，影响电极的使用寿命；电极容易被液中粘稠性的杂质粘连，影响电极表面的击穿场强，液体击穿分散性增加，因此难以保证较高的放电可靠性和稳定性。由于油井下的高温、高静压强以及复杂的液体环境，直接将电极系统裸置于井内，易导致液电脉冲放电的转换效率低，仪器工作可靠性、稳定性下降。 发明内容[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种井下耐高温高效率传递激波的胶膜护套装置，旨在解决现有技术中由于油井下的高温、高静压强以及复杂的液体环境，直接将电极系统裸置于井内，易导致液电脉冲放电的转换效率低，仪器工作可靠性、稳定性下降的问题。 [0005] 本发明提供了一种井下耐高温高效率传递激波的胶膜护套装置，胶膜护套装置用于套设在激波发射器上，使得所述激波发射器与外部油井液体隔离，使液电脉冲电弧放电产生激波的阶段，提高放电的可靠性与稳定性；所述胶膜护套装置包括：胶膜护套、密封钢圈和紧固装置；胶膜护套与所述激波发射器形成同轴结构，所述胶膜护套通过所述紧固装置与所述密封钢圈连接；所述胶膜护套在瞬态激波作用下弹性伸长，将激波能量传递到胶膜护套外，使得激波的波形不产生大幅度畸变。由于高压电极、低压电极之间形成高电压大电流液电脉冲电弧，电弧及空腔膨胀在胶膜护套内形成强力激波向外传播。胶膜在瞬态激波作用下弹性伸长，能够高效将激波能量传递到胶膜护套外，使得激波的波形不产生大幅度畸变。 [0006] 更进一步地，所述胶膜护套的材料为耐300℃以上高温且伸长率在200％以上的材料。胶膜护套能保持液电脉冲激波发射器内部的清洁，同时可选择合适电导率的液体，使得激波发射器的电能向机械能转换效率高。 [0007] 更进一步地，所述胶膜护套的材料为氟橡胶或聚乙烯材料。 [0008] 更进一步地，所述胶膜护套的厚度为1mm～10mm。 [0010] 更进一步地，所述胶膜护套为两端开口的柱形结构，且在所述胶膜护套的两端均设置有凸起结构。胶膜护套表面光滑无明显的连接痕迹，胶膜的各处强度相同，且能耐受液电脉冲激波的重复、高强度瞬时机械冲击。 [0011] 本发明为提供的井下耐高温高效传递激波的胶膜护套，具有如下技术优点： [0012] (1)胶膜护套能保持液电脉冲发射器内部的清洁，避免砂砾或胶状物质堵塞液电间隙，提高了仪器的工作可靠性； [0013] (2)根据油井的特殊环境的不同，胶膜护套需要采用不同的材料，其性质有所不同。为了保证液电间隙击穿可靠性，提高电能向机械能的转换效率，需根据选用的胶膜护套的密度等性质和参数使放电液体的密度、电导率等参数与之匹配，例如油井液体含盐分高，则其密度大于1kg/cm3，此时胶膜护套与放电液体的密度也要大于1kg/cm3，且与油井液体的密度保证一致。与放电液体与胶膜护套均采用1kg/cm3的情况相比，这可使由激波传递到交界面时的折反射引起的损耗降低约10～30％，从而使激波几乎无损的经过胶膜，提高激波强度； [0015] 图1是本发明实施例提供的胶膜护套与液电脉冲激波发射器的组装示意图。 [0016] 图2是本发明实施例提供的胶膜护套剖面示意图。 [0017] 图3是本发明实施例提供的井下耐高温高效率传递激波的胶膜护套装置的激波传递效果与现有技术中典型的激波传递效果对比图。 具体实施方式[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0019] 在本发明中，由于液电脉冲激波产生过程中液体的导电性能对电能向机械能的转换效率有明显影响，因此采用密封、合适参数的液体能够产生更高强度的激波，同时提高液电脉冲激波型仪器的工作可靠性。 [0020] 本发明提供的井下耐高温高效传递激波的胶膜护套装置具有结构简单，可靠性高，检修维护工作少，且应用范围广泛等特点，可用于井下高温、高静态压强以及粘稠度大的复杂液体环境，确保产生高强度的液电脉冲激波，并高效向外传递激波。 [0021] 本发明实施例提供的井下耐高温高效传递激波的胶膜护套装置包括胶膜护套107，密封钢圈108、紧固装置109。胶膜护套107的尺寸恰好可套住激波发射器，使激波发射器与胶膜护套107形成同轴结构，胶膜护套107与密封钢圈108通过紧固装置109连接，使激波发射器可靠地密封到胶膜护套107内部，从而将激波发射器与外部油井液体隔离，使液电脉冲电弧放电产生激波的阶段，提高放电的可靠性与稳定性。胶膜护套107使电极系统(高压电极101、低压电极102、低压回流同轴结构103、绝缘支撑件106)所处的放电液体105不被油井液体污染。更高电导率的放电液体105有利于电弧放电的形成，使电弧可调控，这亦会增加瞬时放电电流峰值及注入到电弧通道的能量，提高注入功率峰值，提高激波强度。 [0022] 井下耐高温高效传递激波的胶膜护套，胶膜护套107可以采用耐高温(300℃)、耐热性、抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性、伸长率在200％以上的材料，例如，可以采用氟橡胶，聚乙烯膜等，对胶膜护套107的总体要求为其耐高温，机械强度高，防渗性能好，抗腐蚀、抗老化能力强，瞬态响应性能优良。应用于油井复杂环境的胶膜的厚度设计为1mm～10mm综合效果较好。胶膜护套107为整体挤压而成，表面光滑无明显的连接痕迹，胶膜的各处强度相同，且能耐受液电脉冲激波的重复、高强度瞬时机械冲击。 [0023] 井下耐高温高效传递激波的胶膜护套，其通过机械配合与低压回流柱形电极103形成同轴结构，可提高装置的机械强度；将激波发生装置密闭到胶膜内部，将外部油井的液体与放电液体105可靠隔离，保护电极内部结构不受油井环境的影响；胶膜护套能保持液电脉冲激波发射器内部的清洁，同时根据油井的实际工况，选择电导率约为10～20mS/cm的液体，预击穿时延比自来水(电导率为0.14mS/cm)缩短约十倍，因此激波强度提高约0.5～1.5倍，使激波发射器的电能向机械能转换效率高。 [0024] 井下耐高温高效传递激波的胶膜护套，高压电极101、低压电极102之间形成高电压大电流液电脉冲电弧104，电弧及空腔膨胀在胶膜护套内形成强力激波向外传播。胶膜在瞬态激波作用下弹性伸长，能够高效将激波能量传递到胶膜护套外，使得激波的波形不产生大幅度畸变。 [0025] 如图1所示，本发明的一种井下耐高温高效传递激波的胶膜护套，总体结构包括激波发生器(高压电极101、低压电极102、低压回流外壳103、放电通道104、放电液体105和绝缘支撑件106等)、胶膜护套107、密封钢圈108与紧固件109等。其中高压电极101、低压电极102及金属外筒103均采用不绣钢材料，绝缘结构件104采用高强度环氧材料，液电脉冲放电液体105采用自来水。放电的电极型式为正棒负板型式，放电液体根据实际情况可采用自来水、蒸馏水、去离子水或盐水等；胶膜护套107采用性能优良的聚乙烯膜或氟橡胶膜等。通过紧固紧固件109可实现密封钢圈108与橡胶膜107的紧密结合，使激波发生器与外部液体可靠隔离。 [0026] 如图2所示，整个胶膜护套107为两端开口的柱形型式，胶膜护套107的两端设置凸起，通过紧固紧固件109，依靠胶膜护套107本身的弹性将胶膜固定。 [0027] 当脉冲电源的储能电容为3μF，充电电压为30kV时，距放电源17cm处测量到的激波波形如图3所示。激波发射器密封胶膜时，其激波的峰值与激波的上升沿均稍低于不装胶膜时，说明胶膜吸收了一部分的能量使激波强度降低，其弹性作用使激波的上升沿减缓。虽然牺牲了一定的幅值，但电弧放电的稳定性和可靠性得到了一定幅度的提升。这对于油井的高压高腐蚀性液体的环境，效果更加明显。 |
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