油井解堵用冲击放电装置关键技术研究
发布时间：2021-12-11 15:27
油井被开发一段时间后,泥浆颗粒或有机污垢等杂质将孔隙通道堵塞,使油层渗透率减小,产液量及注入量降低,严重制约了油田开发利用率。传统的强酸、炸药、压力等解堵方法对环境危害较大。基于高功率脉冲技术原理的低频脉冲强冲击波技术可以部分替代原有解堵方法。该技术利用液电效应,将电能转换为冲击波机械能,通过多次重复作用对井下储层解堵作业。因油井尺寸、井下高压高温环境和井用电缆规格等因素的限制,井下电脉冲解堵装置的设计受到很多条件的约束。本文详细研究了充放电过程及其关键技术,结合现有条件,设计了一台25kV/40mA,储能5kJ的油井解堵用冲击放电装置。全文主要工作如下:（1）通过对等离子放电通道的物理过程仿真研究,结合设备工作环境,确定了冲击放电设备的电气性能、使用环境要求。（2）设计了设备充电主电路图。对LC谐振恒流充电电路进行了详细分析、仿真,选用开关频率小于谐振频率一半的软开关方案;对该电路进行仿真,达到了用时10s,将16μF的储能电容器,从0kV“等台阶”恒流充电到25kV的设计要求。（3）设计了高频变压器。选取TDK公司的N27PM87/70型磁芯;单个变压器直径87mm,高70mm,变...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3-7串联谐振恒流电路仿真示意图
表 3-1 三种谐振电流模式仿真参数Table 3-1 Three resonant current mode simulation parameters谐振电流模式 Lr(μH) Cr(μF) fr(kHz)fs<0.5fr，电流断续 15 2.5 260.5fr<fs<fr，电流连续 19.15 2.5 23fr<fs，电流连续 101.32 2.5 10截取仿真结果两个开关周期，分析如下。（1）fs<0.5fr，电流断续仿真结果如图 3-8 所示，Q1，Q4导通时刻，谐振电流在零点，因此为零电流开通，经过半个谐振周期时（t=0.02ms），谐振电流减小到零；之后通过 D1，D4两个续流二极管继续反向导通，这一段时间 Q1，Q4电压为零，可以零电压/零电流关断，经过半个谐振周期，谐振电流减小到零，D1，D4自然关断；此后，所有开关管处于关断状态；第二个谐振周期，是 Q2，Q3，D2，D3导通工作的阶段，与前述周期基本相似。
图 3-9 0.5fr<fs<fr，串联谐振电路电流连续模式Fig 3-9 0.5fr<fs<fr ，Series resonant circuit current continuous mode综上，开关管存在开关损耗，但可以零电流/零电压关断。二极管自然开通，但关断时存在反恢复电流。（3）fr<fs，电流连续由图 3-10 所示，工作在电流连续模式。开关管 Q1，Q4导通前，谐振流过D1，D4，将 Q1，Q4两端电压钳制为零，谐振电流过零时，D1，D4自然关断，Q1，Q4导通，因此 Q1，Q4零电压/零电流导通；一段时间后，谐振电流为正时，Q1，Q4关断，为硬关断；之后的过程与前述类似。综上，开关管为零电压/零电流开通，但是存在关断损耗，二极管为自然关断。根据以上对串联谐振充电电路，谐振电流的五种工作状态分析，以及对三种工作模式的仿真与分析。本文将使用工作模式一作为恒流充电电源的设计方案。该方案既无开通损耗，也无关断损耗，有利于能量传递效率提高，延长器件寿命，避免因开关产生的噪声。
【参考文献】：
期刊论文
[1]深井电脉冲压裂装置研制[J]. 徐旭哲,孙鹞鸿. 电源学报. 2017(05)
[2]高压电脉冲在页岩气开采中的压裂实验研究[J]. 付荣耀,孙鹞鸿,樊爱龙,高迎慧,严萍,周健. 强激光与粒子束. 2016(07)
[3]面向化石能源开发的电爆炸冲击波技术研究进展[J]. 张永民,邱爱慈,周海滨,刘巧珏,汤俊萍,刘美娟. 高电压技术. 2016(04)
[4]脉冲大电流放电引爆含能材料产生冲击波的储层改造[J]. 周海滨,刘巧珏,赵有志,张永民,丁卫东. 强激光与粒子束. 2016(04)
[5]无围压下高电压脉冲放电在岩石压裂中的应用[J]. 付荣耀,周健,孙鹞鸿,高迎慧,严萍. 高电压技术. 2015(12)
[6]氩气中铝金属丝电爆炸放电电流波形的研究[J]. 李兴文,晁攸闯,吴坚,邱爱慈. 高电压技术. 2015(09)
[7]水中金属丝电爆炸冲击波一维数值模拟[J]. 李兴文,晁攸闯,吴坚,贾申利,邱爱慈. 西安交通大学学报. 2015(04)
[8]高聚能重复强脉冲波煤储层增渗新技术试验与探索[J]. 秦勇,邱爱慈,张永民. 煤炭科学技术. 2014(06)
[9]一种高压脉冲电源设计与实验[J]. 付荣耀,孙鹞鸿,高迎慧,严萍. 火力与指挥控制. 2014(06)
[10]爆炸丝线起爆装置研制及应用[J]. 张振涛,郭昭亮,蒲国红,王健,温上捷,梁川,汤铁钢. 强激光与粒子束. 2014(03)
硕士论文
[1]水中高压脉冲放电的液电特性及煤体致裂效果研究[D]. 尹志强.太原理工大学 2016
[2]串联谐振式高压电容器充电电源研究[D]. 王胜.华中科技大学 2011
[3]实用化ns级高压脉冲电源的研制[D]. 张晗.华中科技大学 2011
[4]压力脉冲解堵及其振荡场的数值模拟研究[D]. 王宏万.中国石油大学 2009
[5]脉冲放电下水的等离子体化学反应[D]. 蒋杰灵.哈尔滨理工大学 2008
本文编号：3534921
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3-7串联谐振恒流电路仿真示意图
表 3-1 三种谐振电流模式仿真参数Table 3-1 Three resonant current mode simulation parameters谐振电流模式 Lr(μH) Cr(μF) fr(kHz)fs<0.5fr，电流断续 15 2.5 260.5fr<fs<fr，电流连续 19.15 2.5 23fr<fs，电流连续 101.32 2.5 10截取仿真结果两个开关周期，分析如下。（1）fs<0.5fr，电流断续仿真结果如图 3-8 所示，Q1，Q4导通时刻，谐振电流在零点，因此为零电流开通，经过半个谐振周期时（t=0.02ms），谐振电流减小到零；之后通过 D1，D4两个续流二极管继续反向导通，这一段时间 Q1，Q4电压为零，可以零电压/零电流关断，经过半个谐振周期，谐振电流减小到零，D1，D4自然关断；此后，所有开关管处于关断状态；第二个谐振周期，是 Q2，Q3，D2，D3导通工作的阶段，与前述周期基本相似。
图 3-9 0.5fr<fs<fr，串联谐振电路电流连续模式Fig 3-9 0.5fr<fs<fr ，Series resonant circuit current continuous mode综上，开关管存在开关损耗，但可以零电流/零电压关断。二极管自然开通，但关断时存在反恢复电流。（3）fr<fs，电流连续由图 3-10 所示，工作在电流连续模式。开关管 Q1，Q4导通前，谐振流过D1，D4，将 Q1，Q4两端电压钳制为零，谐振电流过零时，D1，D4自然关断，Q1，Q4导通，因此 Q1，Q4零电压/零电流导通；一段时间后，谐振电流为正时，Q1，Q4关断，为硬关断；之后的过程与前述类似。综上，开关管为零电压/零电流开通，但是存在关断损耗，二极管为自然关断。根据以上对串联谐振充电电路，谐振电流的五种工作状态分析，以及对三种工作模式的仿真与分析。本文将使用工作模式一作为恒流充电电源的设计方案。该方案既无开通损耗，也无关断损耗，有利于能量传递效率提高，延长器件寿命，避免因开关产生的噪声。
【参考文献】：
期刊论文
[1]深井电脉冲压裂装置研制[J]. 徐旭哲,孙鹞鸿. 电源学报. 2017(05)
[2]高压电脉冲在页岩气开采中的压裂实验研究[J]. 付荣耀,孙鹞鸿,樊爱龙,高迎慧,严萍,周健. 强激光与粒子束. 2016(07)
[3]面向化石能源开发的电爆炸冲击波技术研究进展[J]. 张永民,邱爱慈,周海滨,刘巧珏,汤俊萍,刘美娟. 高电压技术. 2016(04)
[4]脉冲大电流放电引爆含能材料产生冲击波的储层改造[J]. 周海滨,刘巧珏,赵有志,张永民,丁卫东. 强激光与粒子束. 2016(04)
[5]无围压下高电压脉冲放电在岩石压裂中的应用[J]. 付荣耀,周健,孙鹞鸿,高迎慧,严萍. 高电压技术. 2015(12)
[6]氩气中铝金属丝电爆炸放电电流波形的研究[J]. 李兴文,晁攸闯,吴坚,邱爱慈. 高电压技术. 2015(09)
[7]水中金属丝电爆炸冲击波一维数值模拟[J]. 李兴文,晁攸闯,吴坚,贾申利,邱爱慈. 西安交通大学学报. 2015(04)
[8]高聚能重复强脉冲波煤储层增渗新技术试验与探索[J]. 秦勇,邱爱慈,张永民. 煤炭科学技术. 2014(06)
[9]一种高压脉冲电源设计与实验[J]. 付荣耀,孙鹞鸿,高迎慧,严萍. 火力与指挥控制. 2014(06)
[10]爆炸丝线起爆装置研制及应用[J]. 张振涛,郭昭亮,蒲国红,王健,温上捷,梁川,汤铁钢. 强激光与粒子束. 2014(03)
硕士论文
[1]水中高压脉冲放电的液电特性及煤体致裂效果研究[D]. 尹志强.太原理工大学 2016
[2]串联谐振式高压电容器充电电源研究[D]. 王胜.华中科技大学 2011
[3]实用化ns级高压脉冲电源的研制[D]. 张晗.华中科技大学 2011
[4]压力脉冲解堵及其振荡场的数值模拟研究[D]. 王宏万.中国石油大学 2009
[5]脉冲放电下水的等离子体化学反应[D]. 蒋杰灵.哈尔滨理工大学 2008
本文编号：3534921
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