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CN119303460A - 一种井下微气泡发生器 - Google Patents

一种井下微气泡发生器 Download PDF

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CN119303460A CN202310845598.3A CN202310845598A CN119303460A CN 119303460 A CN119303460 A CN 119303460A CN 202310845598 A CN202310845598 A CN 202310845598A CN 119303460 A CN119303460 A CN 119303460A
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CN202310845598.3A
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Inventor
袁舟
崔晓杰
侯绪田
赵建军
伊伟锴
程光明
牛成成
吴峙颖
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China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Petroleum Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Petroleum Engineering Technology Research Institute Co Ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/164—Injecting CO2 or carbonated water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/235—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids for making foam

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Abstract

本发明属于石油开采设备技术领域，具体涉及一种井下微气泡发生器。所述井下微气泡发生器包括外筒、内筒和功能部。在内筒的侧壁上安装有构造成能够将气体转化为微气泡的微气泡发生部。根据本发明的井下微气泡发生器能够适应井下的工作环境，并且仅利用物理方法就能产生大量的微气泡用于封堵和驱油作业。在有效提高了油田采收率的同时，避免了发泡剂等化学试剂的使用，具有更好的经济性，在本技术领域内具有良好的应用前景。

Description

一种井下微气泡发生器
技术领域
本发明属于石油开采设备技术领域，具体涉及一种井下微气泡发生器。
背景技术
随着我国石油产能的不断扩大，优良油田的储量逐年减少，低渗透、超低渗透油藏在可开采油藏中所占的比重逐渐增加。低渗透、超低渗透油藏有着地层非均质性较强、储层容易受到损害等特点。采用CO2提高采收率技术是一种较为可行的应对方法。CO2驱油技术既可以提高低渗透油藏的动用率和采收率，又可以实现对CO2的地质封存，助力对油田进行绿色企业的创建。
各大能源集团的碳达峰碳中和领域项目已经陆续开始建设，但是CO2驱油技术在应用中所暴露出的CO2气窜问题，严重影响了CO2驱油与封存的效果。
作为目前常用的三次采油的一种手段，泡沫驱最早在国外被用于注气过程中防止气窜，但是CO2泡沫驱需要起泡剂与辅助稳定剂增加了开采成本，且还存在泡沫过大，注入性较差等缺点，这些因素导致了泡沫驱在矿场中被应用于防止气窜的效果达不到预期水平。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种井下微气泡发生器。
所述井下为微气泡发生器包括：
外筒，包括第一主体、开设于所述第一主体上端的第一进气口以及设置在所述第一主体下部侧壁上的栅格；
内筒，设置于所述外筒的内部，包括第二主体、开设于所述第二主体上端的第二进气口、设置于所述第二主体侧壁上的第一通孔，以及安装在所述第二主体侧壁上与所述第一通孔相对应位置处的微气泡发生部；以及
功能部，包括套设于所述内筒外侧的封隔板和设置于所述内筒底部的底座，所述底座对所述内筒的下端形成密封，所述封隔板和所述底座均构造成与所述外筒的内壁密封式接触，并且能够在外力的作用下带动所述内筒沿所述外筒的内壁发生轴向移动，
其中，所述井下微气泡发生器构造成在通入所述外筒和所述内筒内的气体所产生的气压的作用下，所述功能部带动所述内筒沿所述外筒的轴向方向发生移动，使得所述内筒由位于所述外筒上部的第一位置处滑动到位于所述外筒下部的与所述栅格相对应的第二位置处，从而使得所述气体经所述微气泡发生器所转化为的微气泡经由所述栅格进入井下环境。
作为对上述技术方案的拓展，本发明还提供了以下实施例：
所述微气泡发生部包括微气泡过滤网和微气泡发生片。
所述微气泡过滤网设置为两层，所述微气泡发生片设置于两层微气泡过滤网之间。
所述微气泡发生片包括第三主体和设置于所述第三主体上的微气泡发生孔。
所述气体为二氧化碳，使得所述微气泡发生器能够实现利用二氧化碳进行驱油作业以及对二氧化碳的封存功能。
所述底座包括构造为筒状并且两端开口的第四主体、套设于所述第四主体外侧并且构造为与所述外筒的内壁密封式接触的封隔环、设置于所述第四主体内部的弹簧，以及设置于所述弹簧的上端且构造为能够在所述第四主体的内部滑动的活塞，所述活塞的上端密封式嵌入在设置于所述内筒底部的第二通孔内。
所述第二通孔被设置为上部内径小而下部内径大的阶梯孔，所述活塞构造为与所述第二通孔的形状相适应的阶梯轴。
在所述外筒的底部设置有限位孔，所述限位孔的内径大于所述第四主体的外径。
在所述第一进气口的上方设置有自所述外筒处向上延伸设置的第一进气连接头，在所述第二进气口的上方设置有自所述内筒处向上延伸设置的第二进气连接头。
在所述第一进气连接头的侧壁上设置有第一限位螺栓孔，在所述第二进气连接头的侧壁上设置有与所述第一限位螺栓孔相对应的第二限位螺栓孔，通过将限位螺栓旋入所述第一限位螺栓孔和所述第二限位螺栓孔的方式能够实现将所述内筒固定于所述外筒内部的所述第一位置处。
本发明相比于现有技术的优点在于：通过内筒、外筒以及功能部的设计，一方面，使得根据本发明的井下微气泡发生器能够容易地下到井中进行作业。另一方面，得益于微气泡发生部的设计，使得气体在通过后能够被转化为微气泡，从而能够实现在达到了驱油效果、提高了油田采收率的同时，有效地防止气窜的发生。当被通入的气体为二氧化碳时，还能够实现对二氧化碳的封存，具有良好的环保效果。并且，根据本发明的井下微气泡发生器产生微气泡的方式为物理起泡，没有用到起泡剂、稳定剂等化学制剂，从而降低了开采成本，微气泡的产生也解决了现有技术中泡沫大、注入性差等缺点。
附图说明
图1为根据本发明的井下微气泡发生器的结构示意图。
本发明中的所有附图均为用于说明结构和原理的示意图，并且不是必然按照实际的尺寸和比例绘制。
图中各个附图标记的具体含义如下：
1、外筒；11、第一主体；12、第一进气口；13、栅格；14、限位孔；15、第一进气连接头；16、第一限位螺栓孔；2、内筒；21、第二主体；22、第二进气口；23、第一通孔；24、微气泡发生部；241、微气泡过滤网；242、微气泡发生片；2421、第三主体；2422、微气泡发生孔；25、第二通孔；3、功能部；31、封隔板；32、底座；321、第四主体；322、封隔环；323、弹簧；324、活塞；100、井下微气泡发生器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行更详细的说明。
图1为根据本发明的井下微气泡发生器100的结构示意图。如图所示，根据本发明的井下微气泡发生器100包括外筒1、内筒2以及功能部3。外筒1包括第一主体1、开设于第一主体1上端的第一进气口12以及设置于第一主体11下部侧壁上的若干栅格13。栅格13也可看做开设于第一主体11下部侧壁上的矩形的通孔，使得处于外筒1内部的气体能够通过栅格13而进入井下环境。内筒2设置于外筒1的内部，包括第二主体21、开设于第二主体21上端的第二进气口22、设置于第二主体21侧壁上的若干第一通孔23以及安装于第二主体21侧壁上的微气泡发生部24。微气泡发生部24构造为能够在气体通过后将气体转化为微气泡，并且被安装在第二主体21侧壁上与第一通孔23相对应的位置处，使得内筒2内部的气体能够通过第一通孔23后进入微气泡发生部24，或者在通过微气泡发生部24后能够通过第一通孔23而进入井下环境，从而保证了气体流动的流畅性。功能部3包括套设于内筒2上部外侧的封隔板31以及设置在内筒2底部的底座32。底座32对内筒2的下端具有密封作用，并且封隔板31和底座32均构造为与外筒1的内壁密封式接触，且能够在外力的作用下带动内筒2沿外筒1的内壁发生轴向移动。
在具体作业时，内筒2被固定于外筒1内部上方的第一位置处，并且功能部3中的封隔板31和底座32均与外筒1的内壁封闭式接触。需要说明的是，此时，与内筒2的下端相连接的底座32中起到与外筒1的内壁密封式接触的部位处于栅格13的上方，所以，此时底座32以上部位在被通入气体的过程中处于密封状态。将根据本发明的井下微气泡发生器100与进气管道(未示出，下同)相连接，并下入井中工作部位。之后，通过外部气源和进气管道通入气体，则气体通过第一进气口12进入外筒1，并通过第二进气口22进入内筒2的内部。由于功能部2中的封隔板31和底座32均构造为与外筒1的内壁密封式接触，所以进入外筒1和内筒2中的气体无法流动到其他区域(即处于密封状态)。随着气体的不断通入，封隔板31和底座32所承受的气压不断增大，并将该不断增大的压力传导至内筒1，使得内筒1也承受到了不断增大的向下的压力。当该压力大于内筒2与外筒1之间的连接力时，内筒2与外筒1相分离，并且在功能部3的作用下沿着外筒1的轴向方向向下移动，直到底座32与外筒1的底部相接触。此时，内筒2处于了与设置于外筒1下部侧壁上的栅格13相对应的第二位置处，即内筒2的工作位置。由于在内筒2的侧壁处设置有第一通孔23和微气泡发生部24，使得处于内筒2内部的气体在经过微气泡发生器24后转化为了微气泡，并进入井下环境。大量的微气泡会形成类似于泡沫的组织结构，从而在一方面，能够实现对井下大通道的封堵作用，有效地防止了气窜的发生，另一方面，这些微气泡同样具有驱油的效果，从而有利于提高油田的采收率。
根据本发明的井下微气泡发生器100，通过内筒1、外筒2以及功能部3的设计，一方面，使得其能够容易地下到井中进行作业。另一方面，得益于微气泡发生部24的设计，使得气体在通过后能够被转化为微气泡，从而能够实现在达到了驱油效果、提高了油田采收率的同时，有效地防止气窜的发生。并且，根据本发明的井下微气泡发生器100产生微气泡的方式为物理起泡，没有用到起泡剂、稳定剂等化学制剂，从而降低了开采成本。另外，微气泡的产生也解决了现有技术中泡沫大、注入性差等缺点。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，栅格13在周向上沿外筒1的侧壁均匀分布。通过这种设计，使得微气泡能够具有均匀的导出通道，有利于实现对井下环境进行全方位的驱油和封堵。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，微气泡发生部24包括微气泡过滤网241和微气泡发生片242。微气泡过滤网242具有阻止大颗粒物质进入微气泡发生片242内部的作用，整体上对微气泡发生部24具有一定的保护作用。微气泡发生片242的作用在于将气体转化为微气泡，以利于后续的驱油以及封堵作业。并且微气泡发生片242产生微气泡的方式为物理起泡，从而避免了对起泡剂、稳定剂等化学制剂的使用，降低了油田开采成本，提供了开采的经济性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，微气泡过滤网241被设置为两层，微气泡发生片242被设置于两层微气泡过滤网241之间的位置。通过这种设计，使得内筒2内部与井下环境中的大颗粒都能够被阻挡而不会进入微气泡发生片242的内部，从而使得微气泡发生部24所得到的防护更加全面。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，微气泡发生部24被设置于第一通孔23的外侧。通过这种设计，方便了微气泡发生部24的安装，降低了工作人员的劳动强度。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，第一通孔23在内筒2的侧壁上沿周向均匀分布。通过这种设计，使得微气泡能够在内筒2侧壁的全周向上涌入井下环境，从而使得根据本发明的井下微气泡发生器100的工作区域更加广泛，有利于对井下环境进行全面的驱油和封堵。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，微气泡发生片242包括第三主体2421和设置于第三主体2421上的若干个微气泡发生孔2422。通过这种设计，使得微气泡发生片242能够高效地将通过的气体转化为微气泡，从而有利于后续的驱油以及封堵作业。
在本发明的一个实施例中，微气泡发生部24构造为其产生的气泡的直径小于50um。通过这种设计，使得根据本发明的井下微气泡发生器100所产生的气泡尺度较小，不易于发生聚集，在能够实现驱油效果的同时，更易于形成泡沫状的封堵物，进而解决了气窜问题。另外，由于气泡直径小，使得气泡在油藏中能够扩散的区域较大，进一步提高了油田的采收率。
在本发明的一个实施例中，被通入根据本发明的井下微气泡发生器100内部的气体为二氧化碳。通过这种设计，使得利用根据本发明的微气泡发生器100能够实现利用二氧化碳进行驱油作业，并且可以实现对对二氧化碳的封存功能。在提高了油田采收率的同时，也促进了油田进行绿色企业的创建，具有良好的环保效果。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，底座32包括第四主体321、封隔环322、弹簧323和活塞324。第四主体321构造为两端开口的筒状，封隔环322构造为套设于第四主体321的外侧并且与外筒1的内壁密封式接触，弹簧323设置于第四主体321的内部，在弹簧323的上端设置有活塞324，活塞324构造为能够在受到外力的作用下压缩弹簧323从而发生在第四主体321内部的轴向滑动，并且活塞324的上端密封式嵌入设置于内筒2底部的第二通孔25内。通过这种设计，一方面使得底座32实现了与外筒1的内壁构造为密封式接触，实现了在内筒2处于第一位置时的对内筒2的密封作用。另一方面，还起到了泄压阀的作用。具体来说，当微气泡发生部24在使用一段时间后，微气泡过滤网241在井下环境中大颗粒物的不断冲击下，很大概率会发生堵塞，从而使得进入内筒2内部的气体不能及时排出内筒2。内筒2内部的气压逐渐增大，当气压增大到一定程度时，活塞324受压并压缩弹簧323沿着第四主体321的内壁发生下行，当下行距离足够长时，活塞323与第二通孔25之间会产生间隙，气体通过活塞323与第二通孔25之间的间隙而排出内筒2，再经过外筒1的栅格13或其他与井下环境相连通的通道而被排出根据本发明的井下微气泡发生器100,。通过这种设计，使得当根据本发明的井下微气泡发生器100在失效阶段，能够通过底座32部位而完成泄压，从而避免了内筒2内部产生过大的气压，提高了生产过程中的安全性。
进一步地，如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二通孔25设置为上部内径小、下部内径大的阶梯孔。相应地，活塞324构造为与第二通孔25的形状相适应的上部外径小、下部外径大的阶梯轴。通过这种设计，使得在正常的工作阶段，活塞324在受到弹簧323的一个向上的支撑力的同时，也能够受到内筒2底部的一个向下的力。从而对活塞324形成了一种限位的作用，使得活塞324与第二通孔25之间的密封不易于由于弹簧323的弹力的持续作用而失效。从而提高了根据本发明的井下微气泡发生器100结构的稳定性。
在本发明的一个未示出的实施例中，出于便于加工制作的考虑，外筒1的底部为封闭式的结构。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，外筒1的底部构造为非封闭式的结构，在外筒1的底部设置有限位孔14，并且限位孔14的内径设置为大于第四主体321的外径。通过这种设计，使得在内筒2处于第二位置处时，底座32能够得到外筒1底部的支撑和限位，从而保证了内筒2处于一个稳定的工作状态。另外，当气体由活塞324和第二通孔25之间的间隙溢出后，还可通过限位孔14而排出外筒1，方便了在泄压阶段气体的排出。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，在第一进气口12的上方设置有自外筒1处向上延伸设置的第一进气连接头15，在第二进气口22的上方设置有自内筒2处向上延伸设置的第二进气连接头25。在具体作业时，将进气管道与第一进气连接头15相连接，气体通过第一进气连接头15进入外筒1内部，并通过第二进气连接头25进入内筒2的内部。通过这种设计，使得在由进气管道向根据本发明的井微气泡发生器100内部通入气体时，方便了进气管道与根据本发明的井下微气泡发生器100之间的连接和进气，从而方便了气体的精确输送，也有利于提高工作人员的操作便捷性。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，在第一进气连接头15的侧壁上设置有第一限位螺栓孔16，在第二进气连接头25的侧壁上设置有第二限位螺栓孔26，第一限位螺栓孔16与第二限位螺栓孔26构造为互相对应。通过将限位螺栓(未示出，下同)旋入第一限位螺栓孔16和第二限位螺栓孔26的方式，能够实现将内筒2固定于外筒1内部的第一位置处。通过这种设计，使得内筒2与外筒1之间的连接更加牢固与可控，方便了后续作业顺利进行。
根据本发明的井下微气泡发生器100，通过内筒1、外筒2以及功能部3的设计，一方面，使得其能够被容易地下到井中进行作业。另一方面，得益于微气泡发生部24的设计，使得气体能够被转化为微气泡，从而能够实现在达到驱油效果、提高了油田采收率的同时，有效地防止气窜的发生。当被通入的气体为二氧化碳时，还能够实现对二氧化碳的封存，具有良好的环保效果。并且，根据本发明的井下微气泡发生器100产生微气泡的方式为物理起泡，没有用到起泡剂、稳定剂等化学制剂，从而降低了开采成本。另外，微气泡的产生也解决了现有技术中泡沫大、注入性差等缺点。
本申请中，“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“边”等在表示方位用语时的的具体含义以图1中井下微气泡发生器100的绘制状态为参考。
最后需要说明的是，虽然已经参考优选实施方式对本发明进行了详细的描述，但在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施方式中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种井下微气泡发生器，包括：
外筒(1)，包括第一主体(11)、开设于所述第一主体(11)上端的第一进气口(12)以及设置在所述第一主体(11)下部侧壁上的栅格(13)；
内筒(2)，设置于所述外筒(1)的内部，包括第二主体(21)、开设于所述第二主体(21)上端的第二进气口(22)、设置于所述第二主体(21)侧壁上的第一通孔(23)，以及安装在所述第二主体(21)侧壁上与所述第一通孔(23)相对应位置处的微气泡发生部(24)；以及
功能部(3)，包括套设于所述内筒(2)外侧的封隔板(31)和设置于所述内筒(2)底部的底座(32)，所述底座(32)对所述内筒(2)的下端形成密封，所述封隔板(31)和所述底座(32)均构造成与所述外筒(1)的内壁密封式接触，并且能够在外力的作用下带动所述内筒(2)沿所述外筒(1)的内壁发生轴向移动，
其中，所述井下微气泡发生器构造成在通入所述外筒(1)和所述内筒(2)内的气体所产生的气压的作用下，所述功能部(3)带动所述内筒(2)沿所述外筒(1)的轴向方向发生移动，使得所述内筒(2)由位于所述外筒(1)上部的第一位置处滑动到位于所述外筒(1)下部的与所述栅格(13)相对应的第二位置处，从而使得所述气体经所述微气泡发生器(24)所转化为的微气泡经由所述栅格(13)进入井下环境。
2.根据权利要求1所述的微气泡发生器，其特征在于：所述微气泡发生部(24)包括微气泡过滤网(241)和微气泡发生片(242)。
3.根据权利要求2所述的微气泡发生器，其特征在于：所述微气泡过滤网(241)设置为两层，所述微气泡发生片(242)设置于两层微气泡过滤网(241)之间。
4.根据权利要求2所述的微气泡发生器，其特征在于：所述微气泡发生片(242)包括第三主体(2421)和设置于所述第三主体(2421)上的微气泡发生孔(2422)。
5.根据权利要求1所述的微气泡发生器，其特征在于：所述气体为二氧化碳，使得所述微气泡发生器能够实现利用二氧化碳进行驱油作业以及对二氧化碳的封存功能。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微气泡发生器，其特征在于：所述底座(32)包括构造为筒状并且两端开口的第四主体(321)、套设于所述第四主体(321)外侧并且构造为与所述外筒(1)的内壁密封式接触的封隔环(322)、设置于所述第四主体(321)内部的弹簧(323)，以及设置于所述弹簧(323)的上端且构造为能够在所述第四主体(321)的内部滑动的活塞(324)，所述活塞(324)的上端密封式嵌入在设置于所述内筒(2)底部的第二通孔(25)内。
7.根据权利要求6所述的微气泡发生器，其特征在于：所述第二通孔(25)被设置为上部内径小而下部内径大的阶梯孔，所述活塞(324)构造为与所述第二通孔(25)的形状相适应的阶梯轴。
8.根据权利要求6所述的微气泡发生器，其特征在于：在所述外筒(1)的底部设置有限位孔(14)，所述限位孔(14)的内径大于所述第四主体(321)的外径。
9.根据权利要求1所述的微气泡发生器，其特征在于：在所述第一进气口(12)的上方设置有自所述外筒(1)处向上延伸设置的第一进气连接头(15)，在所述第二进气口(22)的上方设置有自所述内筒(2)处向上延伸设置的第二进气连接头(25)。
10.根据权利要求9所述的微气泡发生器，其特征在于：在所述第一进气连接头(15)的侧壁上设置有第一限位螺栓孔(16)，在所述第二进气连接头(25)的侧壁上设置有与所述第一限位螺栓孔(16)相对应的第二限位螺栓孔(26)，通过将限位螺栓旋入所述第一限位螺栓孔(16)和所述第二限位螺栓孔(26)的方式能够实现将所述内筒(2)固定于所述外筒(1)内部的所述第一位置处。
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