64495

ВИСОКОВОЛЬТНІ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНІ СВЕРДЛОВИННІ КОМПЛЕКСИ З ПІДВИЩЕНИМИ ПИТОМИМИ ЕНЕРГЕТИЧНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Автореферат

Энергетика

Було показано що ефективність комплексів визначається сукупністю характеристик електророзрядних імпульсів і пристроїв перетворення параметрів електричної енергії. В зв‘язку з погіршенням умов спуску занурювальної установки електророзрядних комплексів в зону обробки виникла необхідність зменшення її довжини.

Украинкский

2014-07-07

1.49 MB

1 чел.

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

ХВОЩАН  Олег  Вільямович

УДК 621.3.015.51

ВИСОКОВОЛЬТНІ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНІ СВЕРДЛОВИННІ

КОМПЛЕКСИ З ПІДВИЩЕНИМИ ПИТОМИМИ

ЕНЕРГЕТИЧНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Спеціальність 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2010


Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у відділі імпульсних технологій інтенсифікації видобутку       корисних копалин Інституту імпульсних процесів і технологій НАН України, м. Миколаїв.

Науковий керівник: – доктор  технічних  наук,   професор,    член-кореспондент

НАН України Щерба Анатолій Андрійович, Інститут електродинаміки НАН України, завідувач відділу        електроживлення технологічних систем.

Офіційні опоненти: – доктор технічних наук,  доцент  Дубовенко Костянтин

Вікторович,    Миколаївський    Державний     аграрний 

університет Міністерства освіти та науки України,     завідувач кафедри електротехнологій та                       електропостачання;

– кандидат       технічних       наук         Руденко       Юрій

Володимирович, Інститут електродинаміки                НАН України, старший науковий співробітник відділу регулювання параметрів електроенергії.

Захист відбудеться “21грудня 2010 р. об 11 годині на засіданні                  спеціалізованої вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки          НАН України, за адресою: 03680, м. Київ–57, проспект Перемоги, 56,          тел. 456-91-15

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України за вищевказаною адресою.

Автореферат розісланий “18листопада 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                      Ю.М. Гориславець


ЗАГАЛЬНА
ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Високовольтні електророзрядні комплекси набули широкого застосування в Україні та інших країнах в ефективних електрогідроімпульсних технологіях, зокрема генерації у воді потужних акустичних коливань, обробки металевих розплавів перед їх розливкою, очищення металевих зливків і виробів складних форм, руйнування кам’яних і бетонних негабаритів, подрібнення та диспергування різних матеріалів.

Значні наукові результати щодо підвищення енергоефективності електророзрядних комплексів та їх використання у нових технологіях отримали такі відомі вчені, як Л.Ю. Юткін, Б.Р. Лазаренко, Г.А. Місяць, А.К. Шидловський, Г.П. Гулий, К.А. Наугольних, Н.А. Рой, А.А. Щерба, О.І. Вовченко, М.Ш. Отто, І.С. Швець та інші. Було показано, що ефективність комплексів визначається сукупністю характеристик електророзрядних імпульсів і пристроїв перетворення параметрів електричної енергії.

На даний час високовольтні електророзрядні комплекси набули широкого використання в технологіях електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин для відновлення та підвищення інтенсивності припливу нафти. Це забезпечує збільшення видобутку нафти від двох до чотирьох разів для сильно і слабко в’язкоплинних родовищ. В останні роки глибина вертикальних нафтових свердловин зросла до 5 км, з'явились похилі свердловини, але їх діаметр залишається малим (до 115 мм). В зв‘язку з погіршенням умов спуску занурювальної установки електророзрядних комплексів в зону обробки виникла необхідність зменшення її довжини. Ускладнення монтажу і наладки складних електротехнічних комплексів біля свердловин і необхідність доставки їх високовольтного занурювального електрообладнання в зібраному вигляді додатково обґрунтували доцільність зменшення його розмірів. Зростання довжини привибійної зони сучасних нафтових свердловин призводить до підвищення тривалості їх обробки. Виникнення сукупності нових вимог обґрунтувало необхідність вирішення складної наукової задачі зменшення габаритів занурювальної установки електророзрядних комплексів без зменшення їх потужності. Тому підвищення питомих енергетичних характеристик занурювальних електророзрядних комплексів з багатоступеневим перетворенням параметрів електричної енергії, чому присвячена дисертаційна робота, є актуальною науковою задачею.

Для вирішення поставленої задачі доцільним є дослідження перехідних процесів при багатоступеневому перетворенні енергії і різних частотах струму в блоках заряду імпульсного конденсатора з урахуванням параметрів наземних елементів, електричного кабелю для передачі енергії на глибину до 5 км та занурювального високовольтного трансформатора. Розроблені на основі отриманих результатів наукові рекомендації сформували основу для подальшого розвитку принципів побудови електророзрядних комплексів занурювального типу в напрямку підвищення їх питомих енергетичних параметрів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження проводилися в Інституті імпульсних процесів і технологій НАН України (м. Миколаїв) при виконанні НДР “Дослідження і оцінка синергетичного ефекту в зміні фільтраційних характеристик пористих насичених середовищ при електричному розряді в поверхнево-активних речовинах” (№ ДР 0100U004071), “Дослідити енергетичні режими зарядного блоку ГІС свердловинного пристрою з метою пошуку ефективних шляхів термостабілізації його елементів” (№ ДР 0104U004316), “Дослідження електричних і теплових процесів в елементах зарядного кола електророзрядних заглибних пристроїв для забезпечення їх роботи з підвищеним ККД” (№ ДР 0105U007576), “Дослідження і розробка високоефективних електротехнічних систем малогабаритних заглибних електророзрядних комплексів” (№ ДР 0107U004474). При виконанні зазначених НДР автор провів експериментальні дослідження електричних і гідродинамічних характеристик високовольтного розряду у водонафтових емульсіях; виконав аналіз роботи різних зарядних схем занурювальних ГІС; дослідив можливість підвищення ефективності зарядних процесів в колах, що містять кабельні лінії з розподіленими параметрами; запропонував способи збільшення питомих енергетичних характеристик занурювальної частини ГІС; визначив умови досягнення найбільшої потужності, що передається в накопичувальний конденсатор; зробив розрахунок оптимальних теплового режиму, габаритів високовольтного трансформатора комплексу; розрахував тепловий режим роботи високовольтного розрядника комплексу; розробив рекомендації по створенню і режимам використання високоефективних занурювальних електрогідроімпульсних комплексів.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є подальший розвиток принципів побудови високовольтних електророзрядних комплексів для обробки нафтових свердловин та розробка наукових рекомендацій щодо вибору енергетичних параметрів розрядних імпульсів і режимів багатоступеневого перетворення параметрів електричної енергії для підвищення питомих енергетичних параметрів занурювальних установок таких комплексів.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

  •  обґрунтувати необхідність поліпшення масогабаритних характеристик, питомих енергетичних параметрів високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу для електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин за рахунок підвищення частоти струму в їх зарядному колі з багатоступеневим перетворенням енергії, а також збільшення ККД, потужності та питомих енергетичних параметрів комплексів за рахунок використання схем з передачею постійного струму;
  •  визначити мінімальні енергетичні параметри генератора імпульсного струму (ГІС) для досягнення необхідних гідродинамічних характеристик хвилі тиску, що виникає при високовольтному електричному розряді в нафтових свердловинах в умовах високого гідростатичного тиску (до 50 МПа) та високої температури (до 373 К), при яких поліпшуються фільтраційні властивості колекторів нафти і збільшується продуктивність свердловин;
  •  розвинути метод розрахунку і регулювання енергетичних характеристик зарядних кіл з багатоступеневим перетворенням енергії в напрямку врахування впливу елементу з розподіленими параметрами (геофізичного кабелю), який обмежує напругу і потужність, що передаються в навантаження, для поліпшення масогабаритних характеристик, питомих енергетичних параметрів і збільшення потужності високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу, які працюють в умовах високих зовнішніх температур (~ 373 К);
  •  розвинути метод розрахунку високовольтного трансформатора електророзрядних комплексів занурювального типу в напрямку урахування взаємозв'язку його електричних, теплових, масогабаритних і температурних характеристик для підвищення надійності роботи занурювального устаткування в умовах обмеженого простору і високих зовнішніх температур (~ 373 К);
  •  удосконалити зарядний пристрій високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу в напрямку поліпшення масогабаритних і питомих енергетичних показників з урахуванням нововизначених залежностей, що зв'язують електричні і температурні показники його роботи;
  •  розробити науково обґрунтовані рекомендації щодо створення високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу для електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин, які мають зменшені масогабаритні показники і підвищену питому потужність.

Об’єктом дослідження є високовольтні електророзрядні комплекси занурювального типу для електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин, які працюють при високих гідростатичному тиску і температурі навколишнього середовища в обмеженому просторі.

Предметом дослідження є електричні, теплові і гідродинамічні процеси в електротехнічних системах занурювального типу, способи поліпшення масогабаритних характеристик і питомих енергетичних показників високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу для електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин, підвищення потужності зарядних процесів в колах, що містять лінії з розподіленими параметрами, які вносять обмеження на напругу і потужність, що передаються в навантаження.

Методи дослідження. Використовувалися сучасні методи дослідження процесів перетворення енергії при високовольтному розряді в рідинах з використанням методів фізичного моделювання та реєстрацією швидкоплинних електричних і гідродинамічних процесів, методи математичного моделювання зарядних, розрядних і теплових процесів із застосуванням сучасного комп‘ютерного програмного забезпечення, методи математичної статистики при обробці експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів.

- одержали подальший розвиток принципи побудови високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу з багатоступеневим перетворенням енергії в напрямку урахування взаємного впливу електричних, теплових і масогабаритних характеристик елементів комплексів;

- встановлено нові аналітичні залежності для визначення кількості розрахункових ланок ланцюгової схеми заміщення довгої лінії згідно допустимої похибки, що дало можливість використовувати ланцюгові схеми в комп'ютерних розрахунках зарядних кіл з довгою кабельною лінією;

- вперше обґрунтовано мінімальні енергетичні параметри високовольтних електророзрядних комплексів, необхідні для поліпшення фільтраційних властивостей колекторів нафти після їх електрогідроімпульсної обробки;

- вперше обґрунтована можливість поліпшення масогабаритних характеристик, питомих енергетичних параметрів і підвищення потужності високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу, що працюють в умовах високих зовнішнього гідростатичного тиску (до 50 МПа) і температури (~ 373 К), за рахунок визначення оптимальної проміжної частоти передачі енергії по лінії з розподіленими параметрами, яка обмежує напругу і потужність, що передаються в навантаження;

- вперше обґрунтовано допустимий діапазон регулювання електричних характеристик (амплітуди і частоти проміжної напруги, індуктивності регулюючого дроселя, коефіцієнта трансформації узгоджувальних трансформаторів) зарядного кола високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу для електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин, який дозволяє регулювати зарядні процеси в колах, що містять довгі лінії.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень визначено способи покращення масогабаритних і питомих енергетичних показників високовольтних занурювальних комплексів, розроблено новий електророзрядний високовольтний комплекс “Скіф-100М” для збільшення притоку нафти в свердловини. Комплекс має поліпшені на 70 % масогабаритні і питомі енергетичні показники порівняно з занурювальними комплексами попереднього покоління. Крім того, визначено шляхи подальшого підвищення ККД, корисної потужності та питомих показників комплексів.

Розроблені електророзрядні комплекси “Скіф-100М” пройшли випробування на свердловинах Довбушансько-Бистрицького і Луквинського родовищ НГВУ «Надвірнанафтогаз» в січні 2010 року, були придбані і використовуються компаніями ITHPP (Thegra, France) і “I-Pulse” (Wilmington, Delaware, USA).

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовано наукове завдання, визначено задачі і намічені шляхи їх рішення, проведені теоретичні і експериментальні роботи, узагальнені результати, розроблені рекомендації і зроблені висновки.

У спільних роботах за темою дисертації особисто автором: у роботах 1, 15, 19 – визначено оптимальні параметри елементів зарядного кола ГІС занурювального свердловинного комплексу для зменшення масогабаритних і збільшення питомих енергетичних показників його заглибної частини; у [2] – теоретично і експериментально визначено температурний режим роботи зарядного блоку занурювального комплексу із зменшеними масогабаритними показниками; у 3 – проведено моделювання електричних процесів у високовольтному трансформаторі для встановлення впливу спотворення форми напруги, що подається на трансформатор, на енергетичні втрати в ньому; у [4] – розроблено рекомендації щодо створення електророзрядного високовольтного занурювального комплексу із зменшеними масогабаритними показниками і підвищеною питомою потужністю; у 5 – визначено мінімальні значення енергетичних параметрів розрядної частини ГІС занурювальних пристроїв для поліпшення фільтраційних властивостей нафтових свердловин; у [6, 10] – проведено аналіз і теоретичний розрахунок варіантів зарядного кола занурювальних комплексів підвищеної потужності; у [7, 20] – визначено залежності між електричними характеристиками (частотою струму, індукцією), втратами в магнітопроводі і обмотках, габаритними розмірами і перегрівом високовольтного трансформатора занурювальних свердловинних комплексів; у [8] – виконано аналіз можливості широтно-імпульсного регулювання зарядних процесів у занурювальних комплексах; в [9] – теоретично розраховано тепловий режим роботи високовольтного розрядника, визначено температурне поле його елементів; у 11, 18 – запропоновано і розглянуто різні схеми виконання зарядного кола ГІС занурювальних комплексів; у 12, 14, 17 – експериментально визначено електричні, енергетичні і гідродинамічні характеристики високовольтного розряду у водонафтових емульсіях з добавками поверхнево-активних речовин; у 13, 16 – визначено шляхи підвищення ефективності і експлуатаційних властивостей діючих високовольтних електророзрядних занурювальних установок для обробки нафтових свердловин.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і окремі результати роботи обговорювалися: на IV Міжнародній науковій школі-семінарі «Імпульсні процеси в механіці суцільних середовищ» (Миколаїв, 2001 р.); на XIII Міжнародному симпозіумі по сильнострумовій електроніці (Томськ, Росія, 2004 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих науковців «Електротехніка і електромеханіка» (Миколаїв, 2004 р.); на XII Міжнародній науковій школі-семінарі «Фізика імпульсних розрядів в конденсованих середовищах» (Миколаїв, 2005 р.); на XIII Міжнародній науковій школі-семінарі «Фізика імпульсних розрядів в конденсованих середовищах» (Миколаїв, 2007 р.); на Міжнародній науковій конференції «Фізика імпульсних розрядів в конденсованих середовищах» (Миколаїв, 2009 р.).

Публікації. Результати дисертації представлені в 20 опублікованих роботах, зокрема: 14 статей у фахових наукових виданнях, 5 тез доповідей, 1 патент України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 84 найменувань і 1 додатку. Повний обсяг дисертації складає 186 сторінок, в тому числі 163 сторінки основного тексту, 83 рисунки, 8 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дано обґрунтування актуальності теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, викладено наукову новизну, практичну значимість і реалізацію результатів роботи, приведено відомості про апробацію і публікації.

У першому розділі виконано аналіз сучасного науково-технічного стану електророзрядного свердловинного устаткування, що дозволило обґрунтувати необхідність подальшого розвитку принципів побудови високовольтних електророзрядних комплексів для обробки нафтових свердловин, розробки наукових рекомендацій щодо вибору енергетичних параметрів розрядних імпульсів і режимів багатоступеневого перетворення параметрів електричної енергії для поліпшення масогабаритних характеристик, питомих енергетичних параметрів і підвищення потужності занурювальних комплексів.

Огляд наукової інформації показав, що практичне застосування в нафтовидобувній промисловості знайшли занурювальні електротехнічні комплекси «Скіф» Інституту імпульсних процесів і технологій (м. Миколаїв, Україна), і «Приток» Науково-дослідного інституту електрофізичної апаратури ім. Д. В. Єфремова (м. Санкт-Петербург, Росія). Позитивними сторонами комплексу «Приток-1М» є малі габарити його занурювальної установки, менші споживана потужність, частота передачі напруги і вищий ККД зарядного кола. Перевагами комплексів типу «Скіф» є вищі значення частоти імпульсів (і менший час обробки свердловин), зарядної напруги і амплітуди хвилі тиску, яка виникає при розряді. Загальним недоліком комплексів є низьке значення їх питомої потужності (відношення потужності зарядки накопичувача занурювальних установок до їх об'єму). У комплексах «Приток» це веде до збільшення часу обробки свердловин (тобто часу їх простою), а в комплексах «Скіф» – до погіршення мобільності переміщення занурювальної установки і неможливості обробки похилих свердловин внаслідок її великої довжини.

Для з'ясування шляхів поліпшення масогабаритних і питомих енергетичних характеристик занурювальних комплексів, підвищення їх надійності детально розглянуті особливості розрядного і зарядного контурів ГІС свердловинних комплексів, існуючі методи розрахунку гідродинамічних характеристик хвилі тиску, виникаючої при електровибуху.

Приведено існуючі математичні моделі розрахунку гідродинамічних характеристик електричного розряду, а також упругопластичної деформації і руйнування пористого середовища, насиченого рідиною. Але оскільки вони розроблені для умов одиничного розряду без урахування впливу гідростатичного тиску і температури, основну увагу приділено експериментальному визначенню електричних і гідродинамічних характеристик електричного вибуху, що відбувається в умовах підвищеного (до 50 МПа) гідростатичного тиску.

Внаслідок використання в складі занурювального комплексу геофізичного кабелю (лінії з розподіленими параметрами з довжиною до 5 км і пробивною напругою не вище 1 кВ) і неможливості його включення до складу розрядного контура через різке збільшення індуктивності контура з погіршенням гідродинамічних параметрів хвилі тиску, що виникає при електровибуху, було проаналізовано зарядні кола з багатоступеневим перетворенням енергії. Найефективніша з погляду перетворення енергії передача постійної напруги в кабельну лінію в даний час ставить ряд питань, пов'язаних з надійністю роботи в першу чергу напівпровідникового устаткування і систем управління в умовах високої температури навколишнього середовища (до 373 К) і високовольтних наведень, виникаючих унаслідок розряду. Для підвищення надійності роботи устаткування і зменшення габаритів його занурювальної установки була обрана схема з мінімальним числом вузлів, що працюють в критичних умовах, яка, проте, має дещо гірші показники ефективності передачі енергії.

Аналіз дозволив зробити висновок про необхідність вирішення низки наукових задач для створення високоефективних і надійних електророзрядних свердловинних комплексів, які мають прийнятні експлуатаційні показники.

У другому розділі на підставі експериментальних робіт було зроблено вибір параметрів генератора імпульсних струмів комплексів занурювального типу.

Експериментальне вивчення зміни фільтраційних характеристик колекторів нафти показало, що при бажаному збільшенні як амплітуди, так і часу гідродинамічної дії на породу для поліпшення її фільтраційних властивостей, в більшості порід залишкові зміни відбуваються при амплітудному значенні хвилі тиску 40-50 МПа (на відстані > 710-2 м від каналу розряду) і тривалості імпульсу понад 1510-6 с.

Для проведення експериментальних досліджень було допрацьовано хвилевідний датчик тиску на п‘єзоке

раміці ЦТС-21, що показав довготривалу стабільність і надійність впродовж всієї серії експериментів.

Проведені дослідження по впливу різних робочих середовищ, що заповнюють свердловину  під  час  проведення  ремонтних  робіт  (рис. 1), показали переважне вико-

ристання в якості робочого середовища водонафтової емульсії з вмістом

водної фази в нафті ~ 20 % у зв'язку з малими (~ 20 %) втратами на передпробійній стадії розряду (при використанні відкритих електродних систем типу «вістря-площина»). Критичного значення амплітуди хвилі тиску для незворотної зміни фільтраційних параметрів колекторів нафти можливо досягти при наступних параметрах розрядного кола ГІС:

  •  зарядна напруга – більше 3104 В;
  •  ємність накопичувальної батареї конденсаторів – більше 210-6 Ф;
  •  індуктивність розрядного кола – не більше 510-6 Гн;
  •  оптимальна довжина розрядного проміжку – 2,110-2 м.

У третьому розділі на підставі моделювання перехідних процесів в зарядному колі визначено шляхи підвищення ККД і корисної потужності діючих комплексів занурювального типу.

Відомо, що ККД перетворення енергії при електрогідроімпульсному способі обробки свердловин складає (2-3) %, що, вказує на низьку ефективність методу. При цьому основна частина втрат при перетворенні енергії в установках припадає на теплові втрати в елементах зарядного кола (в основному, в з‘єднувальному кабелі) і втрати в електродній системі (що враховують формування каналу розряду і ефективне виділення енергії в каналі).

Дослідження, проведені в Інституті імпульсних процесів і технологій НАН України, відкрили можливість значного (до двох разів) збільшення ККД розрядного кола електророзрядних занурювальних комплексів за рахунок використання закритих електродних систем із стабілізованою питомою електропровідністю робочого середовища, що заповнює міжелектродний проміжок, і застосування діелектричних накладок для підвищення неоднорідності електричного поля, зменшення втрат на передпробійній стадії розряду і пробою розрядних проміжків з оптимальним виділенням енергії, запасеної в накопичувачі. Для подальшого збільшення ефективності перетворення енергії в занурювальних комплексах слід підвищувати ККД енергетичних процесів в їх зарядному колі.

Під час досліджень були одержані нові аналітичні залежності для визначення кількості розрахункових ланок ланцюгової схеми заміщення довгої лінії згідно допустимої похибки, що дало можливість використовувати ланцюгові схеми в комп'ютерних розрахунках зарядних кіл, що містять кабельну лінію. Загальна залежність для визначення числа ланок має вигляд

,

(1)

де n – число ланок; Кп – похибка; lк – довжина лінії, м; R0 – питомий активний опір лінії, Ом/м; L0 – питома індуктивність лінії, Гн/м; С0 – питома ємність лінії, Ф/м; G0 – питома поперечна провідність лінії, См/м; ω – кутова частота, рад/с.

Комп'ютерний аналіз математичної моделі зарядного пристрою занурювальних комплексів для обробки нафтових свердловин при використанні ланцюгової схеми заміщення лінії з розподіленими параметрами дозволив провести оцінку ефективності передачі енергії при її багатоступеневому перетворенні (частота проміжної напруги 1 кГц). Схема, що застосовується в даний час в зарядних пристроях занурювальних комплексів типу «Скіф», має низькі значення ККД передачі енергії (від 27 до 33 %) при різких коливаннях струму і значній зміні споживаної потужності на протязі зарядного процесу. Як показало моделювання, низька ефективність зарядних процесів викликана, по-перше, через неузгодженість режиму роботи кабелю з наземним джерелом живлення і заглибною установкою комплексу, по-друге, через значні споживання активної потужності опором жили кабелю і великі значення ємнісної складової споживаної реактивної потужності. Введення регулюючого дроселя до складу наземного джерела живлення установки для компенсації реактивної складової потужності, споживаної розподіленою ємністю кабелю, дало можливість роботи зарядного пристрою з практично незмінною потужністю, споживаною джерелом живлення, і дозволило збільшити ККД зарядного кола (рис. 2). При моделюванні були враховані вимоги до граничного значення напруги, що передається по геофізичному кабелю (не повинно перевищувати 103 В, штрихова лінія на рис. 2).

Розрахунок показав можливість підвищення ККД передачі енергії при переході від діючої схеми з ємнісним струмообмеженням до зарядної схеми з компенсацією реактивної складової потужності, яку споживає ємність сполучної лінії, на величину від 35 до 80 % залежно від довжини сполучного кабелю (5 і 3 км відповідно). Крім того, використання вдосконаленої схеми теоретично дозволяє збільшити корисну потужність комплексу з 200 до 550 Вт.

У розділі також наведено результати аналізу впливу паралельного з'єднання жил семижильного геофізичного кабелю на зарядні процеси в колі. Незважаючи на зменшення активного опору зарядного кола, зворотно пропорційне числу сполучених жил кабелю, різке збільшення його ємності негативно позначається на енергетичних характеристиках зарядного пристрою, тому рекомендовано використовувати передачу напруги лише по одній парі жил.

Однією з основних проблем, що виникають при розробці занурювального комплексу, є його температурний режим роботи. Тому в розділі приведено результати оцінки впливу спотворення форми напруги, що поступає на високовольтний трансформатор, який розташований в занурювальній установці, на додаткові втрати в його магнітопроводі від наявності вищих гармонік в спектрі сигналу. Введення до складу зарядного кола дроселя сприятливо позначилось на зменшенні коефіцієнта гармонік напруги, що дозволило виділити основну частоту вихідної напруги кабелю, внаслідок чого в 2-3 рази зменшити амплітуди вищих гармонік і тепловиділення в сердечнику високовольтного трансформатора. Це дозволило підвищити надійність роботи установки в умовах високої (~ 373 К) температури навколишнього середовища.

У четвертому розділі дисертації розглянуто питання зменшення масогабаритних показників електророзрядних занурювальних комплексів і визначення теплового режиму роботи зарядного блоку установок.

Результати розрахунків, приведені в третьому розділі, показали можливість підвищення ККД і корисної потужності комплексів. Проте робота зарядного кола при проміжній частоті перетворення напруги 103 Гц веде до необхідності використання дроселя із значною індуктивністю. Крім того, при цій частоті довжина зарядного блоку, розташованого в занурювальній установці, перевищує 1 м і складає значну частину від її загальної довжини (~ 20 %). Тому було розглянуто інші варіанти виконання зарядного кола, які могли дозволити зменшити габаритні розміри як занурювальної установки, так і наземного джерела живлення при підвищеній проміжній частоті перетворення енергії і незмінній потужності, яку споживає джерело живлення.

Аналіз різних варіантів показав, що оптимальною по сукупності надійності, ефективності і габаритів занурювальної установки є схема, зображена на рис. 3а. Для зменшення коефіцієнта трансформації високовольтного трансформатора TV2 було використано несиметричну схему випрямлення, трансформатор TV1 введено для стабілізації енергетичних процесів при можливому коливанні напруги мережі живлення. Аналіз критичного режиму роботи зарядного пристрою з геофізичним кабелем КГ3-60-90 довжиною 5 км (найважчий випадок) дозволив підвищити проміжну частоту перетворення напруги до 3 кГц. Запропоновано три способи регулювання корисної потужності на рівні 200 ВА (зарядна потужність комплексів типу «Скіф») при зміні характеристик сполучної лінії в межах 3-5 км: варіацією індуктивності дроселя в межах 5-13 мГн чи амплітуди напруги, що подається в кабель (коефіцієнт трансформації трансформатора TV1 ~ 1,4), або з використанням широтно-імпульсного регулювання. Також визначено оптимальні значення ємності схеми подвоєння напруги С1 і коефіцієнта трансформації високовольтного узгоджувального трансформатора TV2 (рис. 3а).

Застосування розглянутої схеми зарядного пристрою в поєднанні з використанням сучасної елементної бази (нанокристалічного заліза в якості осердя високовольтного трансформатора, високовольтних малогабаритних діодів) дало можливість зменшити довжину зарядного блоку занурювальної установки на 50 % порівняно з попередньою розробкою («Скіф-100») при збереженні її корисної потужності на рівні 200 ВА.

Зменшення масогабаритних характеристик при збільшенні значення проміжної частоти вимагає визначення теплового режиму роботи зарядного блоку. Для аналізу робочого температурного діапазону зарядного пристрою була прорахована спрощена тривимірна модель блоку з використанням комп'ютерної програми для розрахунку фізичних полів FemLab. Порівняння теоретичних і практичних результатів показало хорошу збіжність величини перегріву високовольтного трансформатора (10,5 К відносно оточуючого середовища) при гіршій збіжності величини температур у випрямлячі зарядного блоку. Причиною розбіжності є складність урахування конвекції при малій площі розсіювання тепловиділяючих елементів і значному об'ємі теплоізолюючої речовини – поліметілсилоксанової рідини (ПМС). Результати досліджень указують на можливість стабільної роботи занурювальної установки комплексу при температурі навколишнього середовища 373 К.

У ряді випадків для зменшення часу обробки свердловин доцільним є збільшення корисної потужності комплексу і частоти проходження циклів заряд-розряд. Оскільки перегрів елементної бази установки в номінальному режимі роботи комплексу достатньо невисокий, це збільшення можливе. Для підвищення надійності роботи занурювального устаткування були одержані аналітичні залежності, що зв'язують електричні характеристики комплексу, температуру навколишнього середовища, довжину сполучного кабелю і перегрів елементної бази зарядного блоку:

,

(2)

,

(3)

,

(4)

де fр – частота проходження циклів заряд-розряд, Гц; lк – довжина кабелю КГ3-60-90, км; UПЧ – напруга, що подається джерелом живлення в лінію, В; ΔТTV - перегрів високовольтного трансформатора, 0С; ΔТD - перегрів рідкого діелектрика поблизу діодів і резисторів, 0С; Т – температура навколишнього середовища, 0С.

У діапазоні параметрів UПЧ = (500…800) В, lк = (3…5)·103 м, fр = (0,1…0,3)  Гц, Т = (15…100) 0С похибка розрахунку по формулі (2) не перевищує 10 %, по формулах (3), (4) – 20 %.

На підставі одержаних результатів було розроблено рекомендації по створенню високовольтного занурювального комплексу «Скіф-100М» з поліпшеними на 70 % масогабаритними показниками і питомими енергетичними характеристиками.

У п‘ятому розділі розглянуто перспективи створення занурювальних комплексів з підвищеними ККД і зарядною потужністю за рахунок використання зарядних схем з передачею по сполучному кабелю постійної напруги. Подальший розвиток елементної бази може дозволити використання напівпровідникових керованих елементів в умовах високих температур, підвищити надійність роботи систем керування, тим самим перейти до більш ефективних схем з метою підвищення продуктивності занурювальних комплексів.

Аналіз перехідних процесів у розглянутих зарядних колах дозволив виявити режими, при яких можливе збільшення корисної потужності в п'ять разів порівняно з аналогами (до 1 кВт). ККД таких зарядних кіл перевищує 40 % і залежить від активного опору жил кабельної лінії.

У розділі приведено результати комплексного розрахунку високовольтного трансформатора занурювальних комплексів, що враховує взаємозв'язок електричних характеристик (частоти струму, що тече в обмотках, робочої індукції магнітопровода), габаритних розмірів, теплових втрат (рис. 4) і температур перегріву його елементів, що дало можливість оптимального проектування трансформатора.

Також в роботі теоретично і експериментально визначено вплив збільшення корисної потужності і режиму виділення

енергії в електродній системі комплексу на тепловий режим роботи високовольтного розрядника, що дозволило дати рекомендації по вибору його елементів і конструкції.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу розвитку принципів побудови високовольтних електророзрядних комплексів для обробки нафтових свердловин, які враховують взаємозв‘язок електричних, температурних і масогабаритних характеристик комплексу, зв‘язок параметрів зарядного й розрядного кіл з гідродинамічними характеристиками високовольтного розряду в рідині в умовах високого гідростатичного тиску, що має істотне значення для вдосконалення промислових електророзрядних систем занурювального типу.

Основні наукові результати роботи:

1. Обґрунтовано необхідність поліпшення масогабаритних характеристик, питомих енергетичних параметрів і підвищення потужності високовольтних електророзрядних комплексів занурювального типу для електрогідроімпульсної обробки нафтових свердловин з метою розширення номенклатури оброблюваних свердловин і підвищення експлуатаційних характеристик комплексів.

2. Встановлено нові аналітичні залежності для визначення кількості розрахункових ланок ланцюгової схеми заміщення довгої лінії згідно допустимої похибки, що дало можливість використовувати ланцюгові схеми в комп'ютерних розрахунках зарядних кіл з довгою кабельною лінією.

3. Визначено мінімальні енергетичні параметри розрядного кола ГІС електророзрядних занурювальних комплексів, які дозволяють досягти критичної величини амплітуди імпульсного тиску (40 МПа) для збільшення проникності колекторів нафти і підвищення продуктивності нафтових свердловин (зарядна напруга – більше 3104 В; ємність накопичувальної батареї конденсаторів – більше 2,410-6 Ф; індуктивність розрядного кола – не більше 510-6 Гн; оптимальна довжина розрядного проміжку в електродній системі, заповненій водонафтовою емульсією – 2,110-2 м).

4. Визначено оптимальну схему зарядного пристрою з багатоступеневим перетворенням енергії і знайдено її електричні параметри при критичному режимі передачі енергії в навантаження і мінімальних масогабаритних показниках занурювальної установки комплексу (проміжна частота напруги - 3103 Гц; індуктивність регулюючого дроселя - 510-3 Гн; коефіцієнт трансформації високовольтного трансформатора - 36; ємність схеми подвоєння - (5-9)·10-10 Ф), що дозволило зменшити масогабаритні показники зарядного блоку комплексу в 2 рази порівняно з попередньою розробкою («Скіф-100»); визначено шляхи стабілізації частоти імпульсів заряд-розряд на рівні 0,2 Гц в діапазоні зміни довжини сполучного кабелю (3-5)103 м варіюванням індуктивності дроселя в межах (5-13)10-3 Гн, або використанням трансформатора з коефіцієнтом трансформації 1,4 чи широтно-імпульсного регулювання напруги, що передається по кабелю.

5. Розраховано тривимірну комп'ютерну модель температурного поля зарядного блоку з урахуванням механізмів теплопровідності і конвекції і проведено експериментальні випробування, що дозволило обґрунтувати можливість тривалої надійної роботи елементної бази занурювальної установки комплексу при температурі навколишнього середовища до 373 К.

6. Визначено математичні залежності, що зв'язують характеристики зарядного кола з температурним режимом роботи, що дозволило дати прогноз про можливість підвищення частоти проходження імпульсів заряд-розряд і продуктивності занурювального комплексу.

7. Вдосконалено схему зарядного пристрою існуючих електророзрядних свердловинних комплексів із застосуванням режиму зарядки з практично незмінною споживаною потужністю при використанні ємності сполучного кабелю, що дозволило підвищити ККД зарядного пристрою діючих комплексів на (35-80) % залежно від довжини сполучного кабелю і зменшити тепловиділення у високовольтному трансформаторі комплексів у 2-3 рази.

8. Розроблено зарядний пристрій занурювального свердловинного комплексу з підвищеними потужністю і ККД, заснований на багатоступеневому принципі перетворення енергії; визначена верхня межа активного опору жил сполучного геофізичного кабелю (~ 200 Ом), при якому можлива передача в навантаження корисної потужності 1 кВт, що забезпечить режим заряду накопичувальної ємності 2,4∙10-6 Ф до напруги 3∙104 В за 1 с і частоту проходження розрядних імпульсів 1 Гц із збільшенням продуктивності комплексу в п'ять разів порівняно з відомими аналогами («Скіф-100» і «Скіф-100М»).

9. Визначено оптимальну залежність між робочою індукцією магнітопровода і частотою струму, що протікає в обмотках високовольтного трансформатора електророзрядних занурювальних комплексів, при якій дотримується рівність втрат в магнітопроводі і обмотках з найменшими загальними втратами у трансформаторі, що дозволило визначити оптимальні габаритні розміри і тепловий режим його роботи.

10. Результати виконаних в дисертаційній роботі розрахункових і експериментальних досліджень, аналізу сучасного стану елементної бази і матеріалів були використані при розробці високовольтного електророзрядного занурювального комплексу «Скіф-100М» зі зменшеними габаритними розмірами і збільшеними на 70 % питомими енергетичними показниками порівняно з попередньою розробкою – занурювальною установкою «Скіф-100».

11. Подальше використання результатів дисертаційної роботи доцільне при розробці нового високовольтного електророзрядного свердловинного обладнання, вдосконаленні існуючих установок в напрямку поліпшення їх питомих енергетичних, масогабаритних характеристик та ефективності.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Щерба А. А. Оптимизация режимов в зарядных цепях высоковольтных электроразрядных погружных систем для электроимпульсной обработки нефтяных скважин / А. А. Щерба, О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, И. С. Швец, Н. Н. Климанский // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Проблеми сучасної електротехніки“. 2006. Ч.5. С. 98 101.
  2.  Щерба А. А. Анализ эффективности и надежности высоковольтного электроразрядного оборудования в условиях высоких температур погружных скважинных установок / А. А. Щерба, О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, И. С. Швец // Технічна електродинаміка. Тем. вип. «Силова електроніка та енергоефективність». 2006. Ч. 1. С. 116 119.
  3.  Щерба А. А. Влияние формы напряжения на энергоэффективность электроразрядных погружных установок / А. А. Щерба, Ю. И. Курашко, О. В. Хвощан // Технічна електродинаміка.  2004.  №3.  С. 33 36.
  4.  Хвощан О. В. Электроразрядный комплекс для обработки нефтяных скважин с уменьшенными массогабаритными показателями / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, В. В. Литвинов, И. С. Швец // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2006. № 37. С. 78 85.
  5.  Хвощан О. В. К выбору параметров генератора импульсных токов установок погружного типа / О. В. Хвощан, О. Н. Сизоненко, Ю. И. Курашко, И. С. Швец // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Електроенергетика і перетворююча техніка”. 2005. № 49. С. 111 118.
  6.  Хвощан О. В. Повышение эффективности зарядных процессов электроразрядных погружных комплексов увеличенной мощности / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, В. В. Литвинов // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2006. № 37. С. 86 92.
  7.  Хвощан О. В. Оптимизация габаритных размеров высоковольтного трансформатора погружных электроразрядных устройств повышенной мощности / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, В. В. Литвинов // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2007.  34. С. 112 118.
  8.  Хвощан О. В. Регулирование зарядных процессов в погружных скважинных комплексах / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, В. В. Литвинов // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2009. № 11. С. 180 185.
  9.  Хвощан О. В. Исследование теплового поля разрядника погружных скважинных комплексов / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, Ю. И. Мельхер, В. В. Литвинов // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2009.  39. С. 198 205.
  10.  Хвощан О. В. Анализ схем зарядной цепи малогабаритных погружных скважинных устройств повышенной мощности / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, В. В. Литвинов // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2008. № 21. С. 134 143.
  11.  Хвощан О. В. Анализ схем зарядных цепей генераторов импульсных токов установок погружного типа / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, И. С. Швец // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Техніка і електрофізика високих напруг”. 2006. № 17. С. 127 – 137.
  12.  Сизоненко О. Н. Исследование влияния рабочей среды на амплитуду импульсов давления при высоковольтных импульсных разрядах / О. Н. Сизоненко, Э. И. Тафтай, О. В. Хвощан // Электронная обработка материалов. 2005.  № 2.  С. 45  49.
  13.  Курашко Ю. И. Повышение эффективности преобразования энергии в зарядной цепи электроразрядных установок, предназначенных для увеличения притока нефти в скважины / Ю. И. Курашко, О. В. Хвощан, И. С. Швец // Вісник Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Тем. вип. “Електроенергетика і перетворююча техніка”. 2004. № 35. С. 123 130.
  14.  Барбашова Г. А. Влияние рабочей среды в скважине на эффективность электрического разряда / Г. А. Барбашова, О. Н. Сизоненко, Э. И. Тафтай, О. В. Хвощан // Нефтяное хозяйство. 2004. № 6.  C. 90 92.
  15.  Пат. 33365 Україна, МПК (2006) Е21В 43/25 Н03К 3/53. Генератор імпульсних струмів заглибного свердловинного пристрою / Ю. І. Курашко, О. В. Хвощан, В. В. Литвинов (Україна). u 2007 14484; заявл. 21.12.2007; опубл. 25.06.2008, Бюл. № 12.
  16.  Shvets I. S. Electrohydroimpulse Equipment for Increase of the Output of Oil and Intake Wells / I. S. Shvets, Yu. I. Kurashko, N. N. Klimanskiy, O. V. Khvoshchan, L. I. Onishchenko // 13th International Symposium on High Current Electronics: Proceedings, 25 3 0 July 2004.  Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS. 2004. P. 409 411.
  17.  Сизоненко О. Н. К вопросу о возможности электроразрядного улучшения фильтрационных характеристик пород-коллекторов / О.Н. Сизоненко, О. В. Хвощан // Импульсные процессы в механике сплошных сред: матер. IV Междунар. науч. школы – семинара, авг. 2001 г. – Николаев: Атолл. 2001. – С. 101  102.
  18.  Курашко Ю. И. Электрогидроимпульсная установка для обработки нефтяных скважин «Скиф-100М» / Ю. И. Курашко, О. В. Хвощан, Н. Н. Климанский, Ю. И. Мельхер, Л. И. Онищенко // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: матер. XII Междунар. науч. школы – семинара, 22  26 авг. 2005 г. – Николаев: Атолл. 2005. – С. 154  155.
  19.  Курашко Ю. И. Электроразрядное погружное устройство повышенной мощности для обработки нефтяных скважин / Ю. И. Курашко, О. В. Хвощан, В. В. Литвинов, Ю. И. Мельхер, Л. И. Онищенко // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: матер. XIII Междунар. науч. школы – семинара, 21  25 авг. 2007 г. – Николаев: КП «Миколаївська обласна друкарня». 2007. – С. 145  146.
  20.  Хвощан ОВ. Особенности анализа температурного режима работы погружных скважинных устройств / О. В. Хвощан, Ю. И. Курашко, В. В. Литвинов // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: матер. Междунар. науч. школы – семинара, 17  21 авг. 2009 г. – Николаев: КП «Миколаївська обласна друкарня». 2009. – С. 155  157.

АНОТАЦІЇ

Хвощан О. В. Високовольтні електророзрядні свердловинні комплекси з підвищеними питомими енергетичними параметрами.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. – Інститут електродинаміки НАН України, м. Київ, 2010.

Дисертацію присвячено розвитку принципів побудови високовольтних електророзрядних комплексів для обробки нафтових свердловин та розробці наукових рекомендацій щодо вибору енергетичних параметрів розрядних імпульсів і режимів багатоступеневого перетворення параметрів електричної енергії для підвищення питомих енергетичних параметрів занурювальних установок таких комплексів.

Визначено мінімальні енергетичні параметри розрядного кола ГІС електророзрядних занурювальних комплексів, які дозволяють збільшити проникність колекторів нафти і продуктивність нафтових свердловин. Розвинено метод розрахунку зарядного кола високовольтних занурювальних комплексів, який дозволив визначити режим зарядки накопичувальної ємності з практично незмінним споживанням потужності елементами схеми при використанні ємності сполучного кабелю, що дало можливість удосконалити існуючі електророзрядні свердловинні комплекси, визначити оптимальну схему зарядного пристрою з багатоступеневим перетворенням енергії і знайти її електричні параметри, які дозволяють досягти мінімальних масогабаритних показників занурювальної установки комплексу при критичному режимі передачі енергії в навантаження, розробити способи стабілізації корисної потужності. Визначено взаємозв'язок енергетичних параметрів зарядного кола комплексу з параметрами сполучної лінії, зовнішньою температурою і перегрівом елементної бази зарядного пристрою. Визначено перспективи створення занурювальних комплексів з підвищеними ККД і корисною потужністю за рахунок використання зарядних схем з передачею по сполучному кабелю постійної напруги. Розвинено метод розрахунку високовольтного трансформатора комплексів занурювального типу з урахуванням взаємозв'язку його електричних, теплових, масогабаритних і температурних характеристик.

Результати досліджень використано при розробці високовольтного електророзрядного занурювального комплексу «Скіф-100М» із зменшеними габаритними розмірами і збільшеними на 70 % питомими енергетичними показниками порівняно з попередньою розробкою.

Ключові слова: високовольтні електророзрядні комплекси, зарядний пристрій, питомі енергетичні характеристики, температурне поле.

Хвощан О. В. Высоковольтные электроразрядные скважинные комплексы с повышенными удельными энергетическими параметрами.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 – электротехнические комплексы и системы. – Институт электродинамики НАН Украины, г. Киев, 2010.

Диссертация посвящена развитию принципов построения высоковольтных электроразрядных комплексов для обработки нефтяных скважин и разработке научных рекомендаций по выбору энергетических параметров разрядных импульсов и режимов многоступенчатого преобразования параметров электрической энергии с целью улучшения удельных энергетических параметров погружных установок таких комплексов.

В работе выполнены исследования, направленные на определение минимальных энергетических параметров разрядной цепи ГИТ электроразрядных погружных комплексов, позволяющих увеличить проницаемость коллекторов нефти, влияющую на повышение производительности нефтяных скважин. Для проведения исследований был доработан волноводный датчик давления, позволивший достоверно определить амплитуду импульсного давления в кернах коллекторов при электрическом разряде в различных жидкостях, заполняющих электродную систему, что дало возможность дать рекомендации по выбору оптимальной жидкости.

Получены новые аналитические зависимости для определения числа звеньев цепочечной схемы замещения длинной линии согласно требуемой погрешности замены, что дало возможность использовать цепочечные схемы в компьютерных расчетах зарядных цепей, содержащих кабельную линию. Развит метод расчета зарядной цепи высоковольтных погружных комплексов, позволивший определить режим зарядки накопительной емкости с практически неизменным потреблением мощности источником питания при использовании емкости соединительного кабеля, что дало возможность усовершенствовать существующие электроразрядные скважинные комплексы, повысив КПД их зарядного устройства на (35-80) % в зависимости от длины соединительного кабеля и уменьшить тепловыделение в высоковольтном трансформаторе в (2-3) раза.

Определена оптимальная схема зарядного устройства с многоступенчатым преобразованием энергии и найдены ее электрические параметры, позволяющие достичь минимальных массогабаритных показателей погружной установки комплекса при критическом режиме передачи энергии в нагрузку и слабо изменяющейся мощности элементов устройства. Разработано три способа стабилизации передаваемой в нагрузку мощности при изменении параметров линии, соединяющей наземную и погружную части комплекса (с помощью регулирующих индуктивности или трансформатора либо используя широтно-импульсное регулирование). Разработана трехмерная компьютерная модель расчета температурного поля зарядного блока, учитывающая механизмы теплопроводности и конвекции, произведены экспериментальные испытания, что позволило обосновать возможность длительной надежной работы элементной базы погружной части комплекса при величине температуры окружающей среды до 373 К. Определена взаимосвязь энергетических параметров зарядной цепи комплекса с параметрами соединительной линии, внешней температурой и перегревом элементной базы зарядного устройства для выяснения возможности увеличения полезной мощности комплекса. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке высоковольтного электроразрядного погружного комплекса «Скиф-100М» с уменьшенными габаритными размерами и увеличенными на 70 % удельными энергетическими показателями сравнительно с предыдущей разработкой.

Определены перспективы создания погружных комплексов с повышенными КПД и зарядной мощностью за счет использования зарядных схем с передачей по соединительному кабелю постоянного напряжения. Разработано зарядное устройство погружного скважинного комплекса с улучшенными энергетическими характеристиками; определена верхняя граница активного сопротивления жил соединительного геофизического кабеля, при котором возможно увеличение производительности комплекса в пять раз в сравнении с аналогами. Развит метод расчета высоковольтного трансформатора комплексов погружного типа с учетом взаимосвязи его электрических, тепловых, массогабаритных и температурных характеристик, позволивший определить оптимальную зависимость между рабочей индукцией магнитопровода и частотой тока, протекающего по обмоткам трансформатора, при которой соблюдается равенство потерь в магнитопроводе и обмотках, наблюдаются наименьшие потери в высоковольтном трансформаторе погружного комплекса, что позволило определить оптимальные габаритные размеры трансформатора. Теоретически и экспериментально определено влияние увеличения полезной мощности и режима выделения энергии в электродной системе комплекса на тепловой режим работы высоковольтного разрядника, что позволило дать рекомендации по выбору его элементов и конструкции.

Ключевые слова: высоковольтные электроразрядные комплексы, зарядное устройство, удельные энергетические характеристики, температурное поле.

Khvoshchan О. V. High-voltage electrodischarge mining hole sets with enhanced specific energy parameters.- Manuscript.

The dissertation for a degree of candidate of technical sciences by speciality 05.09.03 – electro-technical complexes and systems. - Institute of electrodynamics NAS of Ukraine, Kyiv, 2010.

Dissertation is devoted to development of principles of creation of high-voltage submersible electrodischarge sets for electro-hydraulic treatment of oil-wells for the diminishment of their overall dimension characteristic, the improvement of specific energy parameters, useful power and reliability.

The minimum power parameters of discharge circuit of PCG of electrodischarge submersible sets, allowing increasing the permeability of collectors of oil and productivity of oil-wells are determined. The method of calculation of charge circuit of high-voltage submersible sets, allowing to define the mode of capacity charging with practically unchanging consumption of power by the elements of circuit with the use of capacity of connecting cable, is developed. It gave the possibility to improve existed electrodischarge mining hole sets, to define the optimum chart of charge device with multi-stage transformation of energy and to find its electric parameters for getting the minimum of overall dimensions characteristic of submersed part of set at the critical mode of transmission of energy to loading, developing the methods of stabilization of power. Intercommunication of power parameters of charge circuit of set with the parameters of connecting cable, external temperature and overheat of element base of charge device is determined. The prospects of creation of submersible sets with improved efficiency and useful power from using of charge circuit with the transmission of DC on the connecting cable are determined. The method of calculation of high-voltage transformer of electrodischarge submersible sets, taking into account intercommunication of its electric, thermal, dimension and temperature descriptions is developed.

The results of research were used to create the high-voltage electrodischarge submersible set «Skif-100М» with the diminished overall sizes and improved specific power indexes on 70 %.

Keywords: high-voltage electrodischarge sets, charge device, specific power parameters, temperature field.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50151. Нечеткая логика 67.5 KB
  Согласно заданным вариантам разработать программу на любом алгоритмическом языке, способную: А. Различать степени изменения лингвистической переменной в трех степенях – «Очень – Нормально – Слабо» Б. Изменять порог чувствительности. Улитка без ноги – медленно – быстро (о скорости)
50152. Программирование задач с использованием двумерных массивов. Ввод, вывод, упорядочивание 53 KB
  Чтобы описать массив надо сообщить компилятору: сколько в нем элементов какого типа эти элементы как они нумеруются. Пример: Вычислить суммы элементов массива по столбцам Текст программы...
50153. Визначення коефіцієнта потужності і перевірка закону Ома для кола змінного струму 84.5 KB
  Замкнути коло встановити за допомогою реостата величину струму у колі вказану на робочому місці. Виміряти потужність ватметром силу струму і напругу – відповідно амперметром та вольтметром. Прилади вимірюють діючі значення струму і напруги.
50154. Изучение сложения электрических колебаний с помощью осциллографа 416 KB
  Цель работы: Исследование различных электрических процессов при помощи осциллографа. Упрощенная блок схема осциллографа. На передней панели осциллографа применяемого в данной работе расположены экран и большое количество ручек управления: Ручки...
50155. Исследование диффузии газов 268 KB
  Колбы 1 и 2 соединены трубкой которая может перекрываться краном 6. Через краны 7 и 8 колбы подсоединены к заправочной магистрали. Краны 7 и 8 служат для подключения к магистрали соответствующей колбы. Нормальное положение крана 21 ОТКРЫТ .
50156. Хронический эпитимпанит. Характер нарушения слуха (по данным камертонального и аудиометрического исследований) 14.98 KB
  Хронический эпитимпанит - форма хронического гнойного отита, которая характеризуется воспалением антрума и аттика – надбарабанного пространства.
50157. ИЗУЧЕНИЕ СФЕРИЧЕСКИХ ЛИНЗ 169 KB
  Обеспечивающие средства: осветительная лампа оптическая скамья собирающая и рассеивающая линзы разделитель экран. Для тонких линз верна формула : 1 где d и f расстояния от предмета и его изображения до оптического центра линзы; n =nлинзы nсреды отношение абсолютного показателя преломления вещества линзы к показателю преломления окружающей среды в которой находится линза nвоздУха ≈1; R1; и R2 радиусы кривизны поверхностей ограничивающих линзу. Оптическим центром линзы называется точка проходя через которую лучи не изменяют...
50158. Командна тактика нападу: швидкий напад, поступове розгортання нападу. Основні принципи організації нападу 28.5 KB
  Основні вимоги: обов’язкове своєчасне виконання довгих передач уперед з метою “відрізати†суперників; перша передача повинна як правило направлятися “диспетчеру†котрий оцінює обстановку і швидко направляє м’яч на лінію атаки; у завершальній фазі атаки використовувати награні комбінації з найкоротшим виходом нападників до воріт; гравці середньої лінії зобов’язані швидко створювати другий ешелон атаки. Основні вимоги: застосування точних передач і активне маневрування по всій ширині поля; постійна готовність до несподіваної...