Вестник Кольского научного центра РАН. 2016, №2.

Электротехнические аспекты бурения скважин большого диаметра Главная причина, продолжительное время сдерживавшая производственное освоение электроимпульсных технологий, - это несовершенство электротехнического оборудования для реализации способа: ограниченный ресурс работы и неудовлетворительные удельные энергетические и массогабаритные характеристики элементной базы (конденсаторы, зарядные устройства, генераторы импульсов), во многих случаях не обеспечивавшие технико­ экономическую эффективность процессов и достаточную эксплуатационную надежность работы установок [23-25]. Сейчас по основному перечню технических вопросов найдены решения этой проблемы. Выполненные исследования указывают на достижимость целей по существенному (в отдельных случаях на порядок и выше) улучшению массогабаритных параметров оборудования. Произошедший в последние два десятилетия революционный прорыв в выпрямительной технике, связанный с совершенствованием полупроводниковой элементной базы и переходом к схемам высокочастотного преобразования напряжения, позволяет более чем на порядок улучшить удельные энергетические характеристики зарядных устройств. Созданы импульсные конденсаторы, способные работать при частоте следования 20 имп/с с ресурсом в 108-109импульсов, что практически закрывает вопросы в проблеме экономической обоснованности многих технологических процессов. В отношении средств генерирования высоковольтных импульсов имеется значительный пакет предложений, как предлагавшихся ранее, но не вовлеченных в использование, так и возможных для заимствования из смежных областей электрофизики и электротехники с адаптацией их к режимам, свойственным электроимпульсному разрушению материалов. С переходом к схемам импульсного трансформирования напряжения и использованию материалов с высокой магнитной проницаемостью удалось существенно уменьшить габариты и вес генераторов импульсов [26-28], что открывает путь к созданию компактных и энергетически эффективных технологических комплексов электроимпульсного разрушения геоматериалов повышенной производительности с оптимальной компоновкой электротехнической и технологической частей установки. При проходке скважин большого диаметра (300-400 мм) требуется более рационально ставить задачу и добиваться решения скважинного исполнения генератора высоковольтных импульсов, включая в него зарядное устройство, генератор высоковольтных импульсов по схеме импульсного трансформатора (накопитель энергии - импульсный трансформатор и коммутирующие устройства). Расположение генератора импульсов непосредственно перед породоразрушающим устройством снимает проблемы, связанные с канализацией высоковольтных импульсов на забой и с ограничением мощности разряда индуктивностью передающей системы. В проекте за основу схемы генерирования высоковольтных импульсов будет принята схема импульсного трансформирования (ИТ) с контуром обострения импульсов (рис. 2). Энергетическая оптимизация передачи энергии в ИТ прежде всего исходит из условия оптимального соотношения параметров ИТ (С2 п 1/С1 = 1, где n -коэффициент трансформации), при котором обеспечивается максимальная передача энергии из накопителя С 1 с первичной стороны ИТ в накопитель С 2 на вторичной стороне ИТ (обостритель) к моменту времени первого максимума напряжения, когда срабатывает коммутирующее устройство подключения обострителя к разрядному промежутку породоразрушающего устройства (буровой коронке). В исследованиях на лабораторном образце ИТ класса 350 кВ на разомкнутом магнитопроводе из феррита КПД энергопередачи достигает значения 80 %. Второе (и главное) условие энергетической оптимизации процесса электроимпульсного разрушения исходит из представления процесса двумя последовательными стадиями [5]. На стадии формирования пробоя твердого тела параметры импульсного напряжения определяют вероятность внедрения и глубину внедрения разряда в поверхностный слой твердого тела, т. е. потенциальный объем разрушения. На стадии формирования в твердом теле поля Арктические перспективы электроимпульсного способа разрушения материалов... ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 2/2016(25) 117