CN119507866A - 超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声物理‑化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置及工作方法，属于油气开采技术领域。装置包括地面工作站、缆线、管柱、化学增注装置和超声波振动系统，其中，井筒内设置有管柱，地面工作站和化学增注装置均与缆线连接，缆线穿过管柱设置于井筒内，缆线末端设置有超声波振动系统。本发明将超声波与化学试剂结合，采用超声物理‑化学协同增产技术，通过超声波的空化效应和高温高压效应，显著提高化学试剂的渗透效率和反应速率，达到更高的增产效果，在油气开采中的效果远胜单独使用一种技术所产生的效果。

Description

超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置及 工作方法

技术领域

本发明涉及超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置及工作方法，属于油气开采技术领域。

背景技术

能源是国家经济发展的基石，与水、粮食一同构成了人类赖以生存的三大要素，煤炭、石油和天然气等化石能源占我国能源消费的80％以上，我国石油、天然气对外依存度很高，石油对外依存度为70％以上，天然气对外依存度为45％以上，严重威胁了我国能源安全。增储增产是最为有效的方式之一。

石油和天然气经过一次和二次开采后仍有大量残余油气储集在地下储层中，需要采用三次开采的方式进行开采，提高油气采收率。目前三次开采技术主要有CO₂驱、酸化等技术，这些技术对储层破坏大，成本高，尾废排放量大，严重阻碍了油田绿色高质量开发的道路。

超声波技术是一种物理开采技术，操作简单、应用范围广、绿色环保，对储层无污染、作业成本低，效果显著。超声波的作用原理主要是利用超声波的空化作用，超声波在介质中传播会产生周期性的正负压强，负压强会使介质间的距离变得稀疏，正压强会使介质彼此聚焦。当超声波的声强足够大的时候，负压强超过液体介质的局部抗张强度会产生气泡，在正压的作用下气泡半径会缩小，在负压强的作用下气泡半径会增大，在这种周期性的压强作用下，当气泡的半径扩大到一定程度时会发生爆炸，爆炸会产生高温高压(5000K、2000atm)、冲击波和微射流，这种作用效果一方面能够对井下射孔段进行除蜡、解堵；对储层能够制造裂缝，改善储层物性；另一方面能够促进化学反应，提高反应速率。从而提高油气井的采收率。

因此，超声波技术不仅能除蜡、解堵、降粘，还能使储层致裂和升温，促进煤层气和页岩气的解吸附，是一种绿色开采油气的方式。

目前国内的超声波作业大多为单一的使用声波技术，主要是用于老井的除蜡、解堵，而对于低孔低渗储层、稠油储层以及页岩气储层等非常规油气储层作用效果不佳。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，将超声波与化学试剂结合，采用超声物理-化学协同增产技术，通过超声波的空化效应和高温高压效应，显著提高化学试剂的渗透效率和反应速率，达到更高的增产效果，在油气开采中的效果远胜单独使用一种技术所产生的效果。

本发明还提供上述超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，包括地面工作站、缆线、管柱、化学增注装置和超声波振动系统，其中，

井筒内设置有管柱，地面工作站和化学增注装置均与缆线连接，缆线通过传动构件穿过管柱设置于井筒内，缆线末端设置有超声波振动系统，传动构件为现有的滑轮组件。

根据本发明优选的，地面工作站包括工作台、控制系统、超声波发生器和显示器，工作台上设置有控制系统，控制系统连接有超声波发生器、显示器和化学增注装置，超声波发生器连接有缆线。

根据本发明优选的，缆线包括包裹层、信号线、电源线和中空管，包裹层内设置有信号线、电源线和中空管，信号线由7根铜丝缠绕组成，信号线一端连接有超声波发生器，另一端连接有超声波振动系统，电源线连接有超声波振动系统，中空管一端连接有化学增注装置。

根据本发明进一步优选的，包裹层材质为交联聚乙烯，交联聚乙烯内均布掺杂有钢丝，提高整体强度。

根据本发明优选的，超声波振动系统包括壳体、圆管、适配器、纵振换能器和测试器，壳体一端设置有适配器，壳体中部设置有圆管(即波导系统)，圆管两端分别设置有纵振换能器，2个纵振换能器分别通过引线连接有适配器，适配器连接有缆线中的信号线，壳体另一端设置有测试器，测试器用于测试井底温度、压力以及流体的流速，可采用相应的传感器测试。

根据本发明优选的，化学增注装置包括储液罐、阀门、流量计和压力泵，储液罐通过管道连接有压力泵进口，储液罐与压力泵的连接管道上设置有阀门和流量计，压力泵出口通过增注管线连接有缆线的中空管。

上述超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置的工作方法，步骤如下：

(1)将超声波振动系统穿过管柱下放至井筒内，使超声波振动系统处于近源地层；

(2)超声波发生器产生高频电信号，由缆线将高频电信号传输至纵振换能器，产生超声波，通过圆管将超声波的纵向振动转化成径向振动，圆管两端均由纵振换能器激励，当圆管长度为振子工作时所对应半波长的奇数倍时，两个纵振换能器同相激励；当圆管长度为振子工作时所对应半波长的偶数倍时，两个纵振换能器反相激励，纵振换能器以圆管的纵径耦合共振频率工作，激励圆管发生纵径耦合振动，将输入的纵向振动转化为径向振动并辐射到周围地层中；本发明设计的管状超声波振动系统沿圆管辐射超声波，辐射面积大于普通夹心式换能器，同时径向振动向周围辐射声能，使声场更加均匀；

(3)阀门打开，压力泵启动，将储液罐内存储的化学药剂通过缆线注入井筒内，在目的层释放；

(4)超声波接触井筒中化学药剂后，进行高频振动，产生空化作用，一方面对井筒中射孔段和近源地层进行除蜡解堵，在近源地层中产生裂缝；另一方面与注入的化学药剂结合，促进化学试剂的渗入，同时提高化学反应速率，达到更好的增产效果，经过超声物理-化学改造后，近源地层得到有效的除蜡解堵处理，改善油气的流动条件，原状地层的原油得以顺利地向井底流动，从而提高整体采收率。

根据本发明优选的，工作时，若遇到高孔隙度和高渗透率的储层，则仅使用超声波作业，若遇到低孔低渗储层和稠油储层，则采用超声波作业和化学药剂相结合。

具体工作时，通过控制系统，工作人员可以实时监控井下情况，通过手动调节或者自动调控超声作业的功率、频率和作用时间，优化作业效果，如果化学增注装置压力和流速增大，自动降低超声波作业的功率和时间；如果化学增注装置压力和流速增大后保持不变，则可停止超声波作业；如果压力和流速减小，则增大超声波作业的功率。

本发明的有益效果在于：

1.经济环保，超声波增产属于物理场作业，绿色环保，本发明的超声波作业相比其他作业方式成本更低。

2.本发明的超声化学作业操作简单、作业方式灵活、作业时间短，超声作业下放作业工具后，仅需要在控制系统调节参数进行作业即可，同时根据油气类型、储层特征进行实时调节，每次作业时间仅需要几个小时，不耽误生产。

3.效果显著，持续时间久，利用本发明每次作业后采收率可提升30％-50％，作用效果持续时间可达3-12个月以上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的缆线构示意图；

图3为本发明的超声波振动系统结构示意图；

图4为本发明的纵振换能器结构示意图；

图5为本发明的化学增注装置结构示意图；

其中：1、地面工作站；2、工作台；3、超声波发生器；4、显示器；5、缆线；6、传动构件；7、管柱；8、超声波振动系统；9、近源地层；10、原状地层；11、增注管线；12、化学增注装置；

51、包裹层；52、钢丝；53、信号线；54、电源线；55、中空管；

81、圆管；82、适配器；83、纵振换能器；84、测试器；85、引线；

121、储液罐；122、阀门；123、流量计；124、压力泵。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-5所示，本实施例提供一种超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，包括地面工作站1、缆线5、管柱7、化学增注装置12和超声波振动系统8，其中，

井筒内设置有管柱7，地面工作站1和化学增注装置12均连接有缆线5，缆线5通过传动构件6穿过管柱7设置于井筒内，缆线5末端设置有超声波振动系统8，传动构件6为现有的滑轮组件。

地面工作站1包括工作台2、控制系统、超声波发生器3和显示器4，工作台2上设置有控制系统，控制系统连接有超声波发生器3、显示器4和化学增注装置12，超声波发生器3连接有缆线5。

缆线5包括包裹层51、信号线53、电源线54和中空管55，包裹层51内设置有信号线53、电源线54和中空管55，信号线53由7根铜丝缠绕组成，信号线53一端连接有超声波发生器3，另一端连接有超声波振动系统8，电源线54连接有超声波振动系统8，中空管55一端连接有化学增注装置12。

包裹层51材质为交联聚乙烯，交联聚乙烯内均布掺杂有钢丝52，提高整体强度。

超声波振动系统8包括壳体、圆管81、适配器82、纵振换能器83和测试器84，壳体一端设置有适配器82，壳体中部设置有圆管(即波导系统)，圆管81两端分别设置有纵振换能器83，2个纵振换能器83分别通过引线85连接有适配器82，适配器82连接有缆线中的信号线53，壳体另一端设置有测试器84，测试器84用于测试井底温度、压力以及流体的流速，可采用相应的传感器测试。

化学增注装置12包括储液罐121、阀门122、流量计123和压力泵124，储液罐121通过管道连接有压力泵124进口，储液罐121与压力泵124的连接管道上设置有阀门122和流量计123，压力泵124出口通过增注管线11连接有缆线的中空管55。

上述超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置的工作方法，步骤如下：

(1)将超声波振动系统8穿过管柱下放至井筒内，使超声波振动系统8处于近源地层9；

(2)超声波发生器3产生高频电信号，由缆线5将高频电信号传输至纵振换能器83，产生超声波，通过圆管81将超声波的纵向振动转化成径向振动，圆管两端均由纵振换能器激励，当圆管81长度为振子工作时所对应半波长的奇数倍时，两个纵振换能器83同相激励；当圆管81长度为振子工作时所对应半波长的偶数倍时，两个纵振换能器83反相激励，纵振换能器83以圆管的纵径耦合共振频率工作，激励圆管发生纵径耦合振动，将输入的纵向振动转化为径向振动并辐射到周围地层中；本发明设计的管状超声波振动系统沿圆管辐射超声波，辐射面积大于普通夹心式换能器，同时径向振动向周围辐射声能，使声场更加均匀；

(3)阀门122打开，压力泵124启动，将储液罐121内存储的化学药剂通过缆线5注入井筒内，在目的层释放；

(4)超声波接触井筒中化学药剂后，进行高频振动，产生空化作用，一方面对井筒中射孔段和近源地层进行除蜡解堵，在近源地层9中产生裂缝；另一方面与注入的化学药剂结合，促进化学试剂的渗入，同时提高化学反应速率，达到更好的增产效果，经过超声物理-化学改造后，近源地层9得到有效的除蜡解堵处理，改善油气的流动条件，原状地层10的原油得以顺利地向井底流动，从而提高整体采收率。

工作时，若遇到高孔隙度和高渗透率的储层，则仅使用超声波作业，若遇到低孔低渗储层和稠油储层，则采用超声波作业和化学药剂相结合。

具体工作时，通过控制系统，工作人员可以实时监控井下情况，通过手动调节或者自动调控超声作业的功率、频率和作用时间，优化作业效果，如果化学增注装置压力和流速增大，自动降低超声波作业的功率和时间；如果化学增注装置压力和流速增大后保持不变，则可停止超声波作业；如果压力和流速减小，则增大超声波作业的功率，每次的作业参数都会被记录在控制系统内，通过记录可以获得每次作业的最佳施工参数，经过多次施工后，系统将会以前期所记录的作业参数自动选择当前适合的最佳施工参数。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，其特征在于，包括地面工作站、缆线、管柱、化学增注装置和超声波振动系统，其中，

井筒内设置有管柱，地面工作站和化学增注装置均与缆线连接，缆线穿过管柱设置于井筒内，缆线末端设置有超声波振动系统。

2.如权利要求1所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，其特征在于，地面工作站包括工作台、控制系统、超声波发生器和显示器，工作台上设置有控制系统，控制系统连接有超声波发生器、显示器和化学增注装置，超声波发生器连接有缆线。

3.如权利要求2所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，其特征在于，缆线包括包裹层、信号线、电源线和中空管，包裹层内设置有信号线、电源线和中空管，信号线一端连接有超声波发生器，另一端连接有超声波振动系统，电源线连接有超声波振动系统，中空管一端连接有化学增注装置。

4.如权利要求3所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，其特征在于，包裹层材质为交联聚乙烯，交联聚乙烯内均布掺杂有钢丝。

5.如权利要求3所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，其特征在于，超声波振动系统包括壳体、圆管、适配器、纵振换能器和测试器，壳体一端设置有适配器，壳体中部设置有圆管，圆管两端分别设置有纵振换能器，2个纵振换能器分别通过引线连接有适配器，适配器连接有缆线中的信号线，壳体另一端设置有测试器，测试器用于测试井底温度、压力以及流体的流速。

6.如权利要求5所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置，其特征在于，化学增注装置包括储液罐、阀门、流量计和压力泵，储液罐通过管道连接有压力泵进口，储液罐与压力泵的连接管道上设置有阀门和流量计，压力泵出口通过增注管线连接有缆线的中空管。

7.如权利要求6所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置的工作方法，其特征在于，步骤如下：

(1)将超声波振动系统穿过管柱下放至井筒内，使超声波振动系统处于近源地层；

(2)超声波发生器产生高频电信号，由缆线将高频电信号传输至纵振换能器，产生超声波，当圆管长度为振子工作时所对应半波长的奇数倍时，两个纵振换能器同相激励；当圆管长度为振子工作时所对应半波长的偶数倍时，两个纵振换能器反相激励，纵振换能器以圆管的纵径耦合共振频率工作，激励圆管发生纵径耦合振动，将输入的纵向振动转化为径向振动并辐射到周围地层中；

(3)阀门打开，压力泵启动，将储液罐内存储的化学药剂通过缆线注入井筒内，在目的层释放；

(4)超声波接触井筒中化学药剂后，进行高频振动，产生空化作用，一方面对井筒中射孔段和近源地层进行除蜡解堵，在近源地层中产生裂缝；另一方面与注入的化学药剂结合，促进化学试剂的渗入，同时提高化学反应速率，经过超声物理-化学改造后，近源地层得到除蜡解堵处理，原状地层的原油得以顺利地向井底流动。

8.如权利要求7所述的超声物理-化学协同增产提高油气采收率的实地作业装置的工作方法，其特征在于，工作时，若遇到高孔隙度和高渗透率的储层，则仅使用超声波作业，若遇到低孔低渗储层和稠油储层，则采用超声波作业和化学药剂相结合。