一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器

1.本发明涉及非常规储层油气开采设备，特别涉及一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器。


背景技术：

2.我国非常规油气类型广，资源潜力大，发展前景好，近年的油气勘探和开发取得了突破性进展。在非常规油气开发中，主要包括超声波采油技术、等离子脉冲谐振技术、水力压裂技术、电脉冲储层改善技术和共振造缝技术。
3.其中，超声波采油技术具有局限性，超声波在油层中的传播范围非常有限，对于较远距离的储层难以发挥效果；水力压裂技术对水资源的消耗、污染及需求限制其进一步发展；电脉冲储层改善技术在实验和现场作业阶段均取得了良好的效果，而且该技术对储层改善高效、无污染；共振造缝技术作为最新提出的新型技术，把共振原理和液电效应运用到储层改善之中，施加能量较小，但会产生强电脉冲冲击，起到“四两拨千斤”的效果。
4.在非常规储层裂隙改善过程中，为达到储层固有频率从而引发储层共振，需要利用高压产生巨大电脉冲激励对储层持续冲击，但在一般储层采气作业中，未加设阻隔器会导致大部分电脉冲激励能量散失在自由介质中，对储层形成有效冲击能量不够，因此加设能量阻隔装置是十分必要。本发明设计一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器，阻隔部分采用碳纤维和高碳钢材料结合的径向支架作为支撑，高弹性、高韧性的弹性薄膜以形成密封性能量转换器工作介质，保证了放电空间的密闭性，有效减少了机械能的散失，极大增强了对目标储层的能量冲击进而达到目标储层固有频率。
5.在井下储层改善作业时，如何提高能量的利用率极为关键，尤其在进行非常规储层共振造缝作业时，能量需要持续长时间冲击目标储层，从而引起目标储层共振；为高效利用能量，减少能量的散失，本发明涉及一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器。


技术实现要素：

6.本发明的任务是为非常规储层油气开采领域提供一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器，通过控制磁场力大小及方向实现径向支架做出对应动作，使基于表面高强度弹性薄膜与套管内壁接触并产生形变达到密封的目的，达到能量转换器于封闭空间内开展工作的目的，实现机械能的发散损耗降低。
7.本发明采用的技术方案是：
8.一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器，包括：能量阻隔部分、电磁控制部分、永磁体支撑架、径向支架调节端盖；其中，
9.所述能量阻隔部分包括径向支架、高强度弹性薄膜、渐进型弹簧和导向轴；
10.所述电磁控制部分包括电磁铁、永磁体和电信号控制模块；
11.所述径向支架通过活动轴分别与永磁体支撑架、径向支架调节端盖连接，便于在水平向伸张和收缩；
12.所述高强度弹性薄膜采用复合化学材料制作而成，具有高弹性、高韧性，高强度弹性薄膜覆盖于径向支架外侧，连接于永磁体支撑架和径向支架处，当永磁体受到磁场力牵引时，径向支架水平向伸张，高强度弹性薄膜伸展至紧贴套管内壁，从而形成密封性能量转换器工作介质；
13.所述渐进型弹簧采用了粗细、疏密不一致的设计，在弹力不大时可以通过弹性系数较低的部分保证永磁体在导向轴滑动的稳定性，当弹力增大到一定程度后较粗部分的弹簧起到固定作用，保证径向支架不会过于伸张；
14.所述导向轴连接电磁短节和空气开关短节，导向轴上有凹槽滑轨，永磁体支撑架安装有滑轮，可在导向轴上径向滑动；
15.所述电磁铁制作成圆柱形状，以使铁芯更加容易磁化；
16.所述永磁体具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁；
17.所述电信号控制模块控制电磁铁电流导通和流向，当电流正向流动时，电磁铁和永磁体磁性互异，相互吸引；当电流反向流动时，电磁铁和永磁体磁性相同，相互排斥。
18.优选的，所述径向支架为碳纤维和高碳钢材质。
19.优选的，所述高强度弹性薄膜为复合化学材质。
20.优选的，所述渐进型弹簧为合金弹簧钢材质。
21.优选的，所述导向轴为钛钢合金材质。
22.优选的，所述电磁铁为消磁较快的硅钢材质。
23.优选的，所述永磁体为钕铁硼永磁材质。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.1、该一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器采用双向阻隔，在能量转换器两端均加设电磁调控式能量阻隔器，统一由电信号控制模块控制电流的导通和流向；当电流正向导通时，永磁体受磁场力吸引径向滑动，径向支架随之伸张，覆盖于径向支架上的高强度弹性薄膜与套管内壁接触并产生部分形变，有效地形成密封性能量转换器工作介质；电磁调控式能量阻隔器可将放电电极工作介质与介质自由端面分隔，实现机械能的发散损耗降低。
26.2、该一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器采用了电磁感应原理进行调控，当能量转换器工作完成后，通过电信号控制模块向电磁铁施加反向电流，永磁体和电磁铁磁性相互排斥从而使径向支架收缩，渐进型弹簧作为辅助性设施，向永磁体支撑架施加拉力，最终使得径向支架收缩至与仪器壁贴合；本发明提供的一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器相比于一般阻隔装置，阻隔效果更优且稳定性更高，能够多次利用，提高了仪器的工作效率，改善了仪器的工作环境。
附图说明
27.图1为本发明的伸张结构示意图；
28.图2为本发明的伸张工作状态原理示意图；
29.图3为本发明的闭合结构示意图；
30.图4为本发明的闭合工作状态原理示意图；
31.图5为本发明的永磁体结构示意图；
32.图6为本发明的径向支架结构示意图；
33.图中：1
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渐进型弹簧；2
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永磁体；3
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径向支架；4
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电磁铁芯；5
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电磁线圈；6
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能量转换器；7
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电极间隙螺纹；8
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永磁体支撑架；9
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径向支架调节端盖；10
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电信号控制模块；11
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储层；12
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水泥环；13
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套管；14
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高强度弹性薄膜；15
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导向轴；16
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滑轮。
具体实施方式
34.下面结合附图及实施例对本发明进一步清楚、完整的说明。
35.请参阅图1
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图6，本发明提供一种技术方案：一种用于储层改造的电磁调控式能量阻隔器，包括渐进型弹簧1、永磁体2、径向支架3、电磁铁芯4、电磁线圈5、能量转换器6、电极间隙螺纹7、永磁体支撑架8、径向支架调节端盖9、电信号控制模块10、储层11、水泥环12、套管13、高强度弹性薄膜14、导向轴15、滑轮16。
36.实施例1
37.如图1所示，所述径向支架3共六只，连接于永磁体支撑架8和径向支架调节端盖9，高强度弹性薄膜14覆盖于径向支架3上，连接于永磁体支撑架8和径向支架3，形成伞状结构；渐进型弹簧1绕于导向轴15上，起辅助作用，电信号模块10位于单独短节处，通过接头连接电磁控制短节；
38.如图2所示，所述永磁体2开始被电磁铁芯4吸引时，渐进型弹簧1弹性系数小，保证永磁体8径向滑动的稳定性，当径向支架3接触套管13时，渐进型弹簧1弹性系数大，拉动永磁体8停止滑动，保证高强度弹性薄膜14形成密封性能量转换器工作介质；
39.所述电磁线圈5绕于电磁铁芯4上，电磁铁芯4一端由电信号控制模块短节连接至导向轴15，电信号控制模块10通过井上系统给定电流，控制电磁线圈5中电流的导通和流向；当电磁调控式能量阻隔器开始工作时，电信号控制模块10使电流正向导通，电磁铁芯4与永磁体2相互吸引，通过磁场力使永磁体支撑架8在导向轴15上滑动，覆盖于其表面的高强度弹性薄膜14与套管13内壁接触并产生部分形变，上述状态下的电磁调控式能量阻隔器可将能量转换器工作介质与介质自由端面分隔，实现机械能的发散损耗降低；
40.所述电极间隙螺纹7可调节能量转换器6间隙，改变放电能量大小，所述径向支架调节端盖9可微调节径向支架3伸张量，保证在井下作业时径向支架3所覆盖的高强度弹性薄膜14紧贴套管13内壁；当该装置径向支架3展开时，能量转换器6工作介质形成，其产生的能量通过套管13穿过水泥环12射孔到达储层11，进而促使目标储层裂隙进一步发育，增加产气量；
41.如图5所示，所述永磁体部分包括永磁体2、永磁体支撑架8、导向轴15和滑轮16；
42.如图6所示，所述径向支架部分包括径向支架3、电磁铁芯4、电磁线圈5和高强度弹性薄膜14。
43.优选的，所述径向支架3采用碳纤维与高碳钢相结合的材料。
44.优选的，所述高强度弹性薄膜采用复合化学材质。
45.优选的，所述渐进型弹簧采用合金弹簧钢材质。
46.优选的，所述导向轴采用钛钢合金材质。
47.优选的，所述电磁铁采用硅钢材质。
48.优选的，所述永磁体采用钕铁硼永磁材质。
49.实施例2
50.本实施例与实施例1结构基本相同，如图3所示，所述径向支架3在贴合仪器壁时并非水平贴合，连接永磁体支撑架8一端微斜，因为所设计永磁体2直径小于仪器体直径，保证了仪器在下井过程中永磁体2、径向支架3和高强度弹性薄膜14不会受到损坏；所述径向支架3贴合仪器壁时，永磁体2及永磁体支撑架8不接触短节，渐进型弹簧1此时不受力；
51.如图4所示，所述径向支架3开始闭合时，渐进型弹簧1弹性系数大，能够拉动紧贴套管13的径向支架3闭合，当径向支架3即将贴合仪器壁时，渐进型弹簧1弹性系数小，能够维持径向支架3收缩的稳定性。所述电磁线圈5绕于电磁铁芯4上，电磁铁芯一端由电信号控制模块短节连接至导向轴15，电信号控制模块10通过井上系统给定电流，控制电磁线圈5中电流的导通和流向；当电磁调控式能量阻隔器结束工作时，电信号控制模块10使电流反向导通，电磁铁芯4与永磁体2相互排斥，通过磁场力使永磁体支撑架8在导向轴15上滑动，进而使径向支架3闭合至高强度弹性薄膜14脱离套管13,最终径向支架3闭合至贴合仪器壁；
52.上述实施例仅为本发明的常规实施例，并非对本发明作形式上的限制，故未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。