利用超聲波排水採氣的方法
2023-05-14 18:16:51 1
專利名稱：利用超聲波排水採氣的方法
技術領域：
本發明涉及利用超聲波排水採氣的方法，該方法特別適合低壓深井小底水天然氣井的後期開採。
天然氣是從油氣田開採出的可燃氣體，在世界能源結構中佔有重要地位，但隨著一些天然氣氣藏進入後期開採階段，氣藏產量全面遞減，一個突出的問題是深氣井(井深4000～4500米)普遍產出少量地層水(底水量1～2米3/天，10～20米3/月)，雖然水量不大，但對天然氣生產有較大的影響，主要表現為水浸入氣井後，油管帶水不力，水積於井筒並堵塞周圍的產氣微細裂縫。為提高產氣量，已推廣使用了較為成熟的各種排水採氣工藝技術手段，如常規氣舉排水採氣工藝、半封閉氣舉排水採氣工藝、機抽排水採氣工藝、電潛泵排水採氣工藝、水力射流泵排水採氣工藝、柱塞氣舉排水採氣工藝、優選管柱排水採氣工藝、泡沫排水採氣工藝等。但由於上述幾種排水採氣工藝技術的日排液量相對較大，對低壓深井小底水這種特殊氣井具有一定的使用局限性，同時目前有的排水採氣工藝還對氣藏有汙染、對採氣設備有化學腐蝕作用，從而導致使用效果不理想。因此急需探索和研究新的排水採氣機理和技術，並在該理論指導下研究排水採氣工藝技術設備。
目前超聲波技術應用於油氣開採領域時主要集中在油井的解堵、稠油降粘、清蠟、除垢等方面，國內外尚無應用於天然氣井排水採氣的報導。
本發明的目的就在於提供一種利用超聲波排水採氣的方法，它可以克服目前排水採氣工藝的不足，對氣藏無汙染、對採氣設備無化學腐蝕；並能顯著提高採氣量，延長氣井的採氣周期。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案。
當超聲波在媒質中傳播時，由於聲波和媒質之間的相互作用，使媒質發生一系列物理和化學的變化，也隨即出現一系列力學、光學、電、化學等超聲效應。在液體中進行的超聲處理技術，大多數都與空化作用有關。當液體中有強度超過該液體的空化閥的超聲傳播時，液體內會產生大量的氣泡，小氣泡將隨著超聲振動而逐漸生長和增大，然後又突然破滅和分裂，分裂後的氣泡又連續生長和破滅，這種現象稱之為空化。當空化作用發生時，液體中的小氣泡急速崩潰時在氣泡內產生了高溫高壓，並且由於氣泡周圍的液體高速衝入氣泡而在氣泡附近的液體中產生了強烈的局部激波，形成了局部的高溫高壓，從而產生了超聲的清洗、粉碎、乳化、分散、促進化學反應等一系列作用，同時還伴有強烈的空化噪聲和聲致發光。
利用超聲技術排水採氣，即利用超聲方法解決天然氣深井小底水對產氣層的堵塞問題。由於超聲對地層水的作用，可以改變或加速改變地層水的一些物理、化學、生物特性或狀態，使用適當的換能器可產生大功率的超聲波，而通過聚焦、增幅杆等方法，還可獲得高聲強的超聲，加上地層水中的空化現象，促使地層積水在井底高效率地氣化(霧化粒徑在1～5微米)並隨著生產氣流排至地面，從而提高油管帶水能力，達到降低和排除井筒中的積水、開放產氣微細裂縫、增加採氣量的目的。
該方法包括以下幾個步驟(1)將超聲波換能器通過套管或油管下放至產氣地層附近的井下積液中；(2)換能器中的探測器檢測出各種井下參數並通過傳輸電纜傳遞給地面測控系統，該系統控制操作過程；(3)地面的動力電源供應電力給超聲波發生器；(4)超聲波發生器產生頻率和強度可調節的連續或脈衝式電功率信號；(5)傳輸電纜將電功率信號傳至位於產氣地層附近井下積液中的超聲波換能器；(6)換能器中的換能器件將電能轉化成超聲能發射，並使井底中的積液大量霧化；(7)霧化後的積液隨著天然氣流排出地面。
換能器中的換能器件將電能轉化為超聲能，換能器中的井下參數探測器是由各式傳感器(如電阻式、熱電式、壓電式等)組成的傳感器組，分別檢測井下多種參數，如溫度、壓力、液位等，當傳感器組檢測出的井下各種參數經同軸電纜傳至地面測控系統時，該系統可根據檢測結果對換能器及整套工作設備進行相應調整，以達到高效節能的目的。
為了更好地通過油管或套管，沿油管或套管中的通孔放置在產氣層附近，超聲波換能器最好設計、製造為長圓柱形，其內部的換能器件的位置分布和指向根據需要也可以有不同的設計，以保證其超聲波射流方向分別沿採氣井井筒的軸向、徑向或與徑向成確定的夾角等，使井底積液達到較好的霧化效果。
該方法的地面測控系統還可設計成智能測控系統，以達到排水採氣工藝技術的自動化，並使採氣過程實現更高的效率。
本發明適用於天然氣井的井底積液的排除，特別是深井小底水天然氣井的排水採氣工藝，也可用於其他類型的天然氣井的排水採氣工藝。
和現有技術相比，本發明可很好地解決深井小底水造成的氣並減產和停產問題，具有顯著的經濟效益，具體表現在以下幾點(1)對儲層無任何汙染，對採氣設備沒有化學腐蝕；(2)可同時完成對地層積水霧化和油-水乳化促進井底排液，並對井底和氣藏有超聲清洗和解堵作用；(3)僅需地面供應電力，施工方法簡單，適應性強；(4)電-聲-機能量轉換效率高，節約能源和降低採氣成本；(5)可提高單井產能並有效延長氣井採氣周期。
圖1是本發明利用超聲波排水採氣的方法示意2是本發明利用超聲波排水採氣的方法中換能器結構示意3是本發明利用超聲波排水採氣的方法中換能器橫向剖視圖下面結合附圖進一步說明本發明。
參看圖1，一種利用超聲波排水採氣的方法，操縱控制電纜絞車3和滑輪機構4，可將超聲波換能器8通過井口裝置5從油管6中下放到產氣地層10附近的井下積液11中，或將超聲波換能器8與油管6聯接後，沿套管12下放到產氣地層10附近的井下積液11中。動力電源1提供電力給大功率超聲波發生器2，超聲波發生器2產生頻率和強度可調節的連續或脈衝式電功率信號，傳輸電纜7將電功率信號傳至位於產氣地層10附近井下積液11中的超聲波換能器8，換能器8將電能高效地轉化成超聲能發射，並使井底9中的積液11大量霧化，霧化後的積液隨著天然氣流排出地面。傳輸電纜7通過電纜絞車3及滑輪裝置4將位於地面的超聲波發生器2和位於產氣地層10附近井下積液11中的換能器8連接起來，同軸傳輸電纜7還起著傳遞電功率信號和提升井下超聲波換能器8的作用。地面的測控系統13可根據井下超聲波換能器8的檢測結果自動判別液位等井下參數的變化情況，並對換能器的工作狀態進行調整，達到節能高效的目的。
參看圖2，井下超聲波換能器8中有數個超聲換能器件14、井下參數探測器15，換能器件14將電能高效地轉化成超聲能發射，探測器15是由各式傳感器(如電阻式、熱電式、壓電式等)組成的傳感器組，分別檢測井下多種參數，如溫度、壓力、液位等，當探測器15檢測出的井下各種參數經同軸電纜7傳至地面測控系統13時，該測控系統13可根據檢測結果對換能器8及整套工作設備進行相應調整。
參看圖3，該超聲波換能器8為長圓柱形，主要是為了便於通過油管6或套管12，並沿油管6或套管12的通孔放置在產氣地層10附近。換能器8內部的換能器件14的位置分布和指向根據需要進行不同的設計，使其超聲波射流方向分別沿採氣井井筒的軸向、徑向或與徑向成確定的夾角等，以保證好的霧化效果。
權利要求
1 一種利用超聲波排水採氣的方法，包括以下幾個步驟a將超聲波換能器(8)通過套管(12)或油管(6)下放至產氣地層(10)附近的井下積液(11)中；b換能器中的井下參數探測器(15)檢測出各種井下參數並通過傳輸電纜傳遞給地面測控系統(13)，該系統控制操作過程；c地面的動力電源(1)供應電力給超聲波發生器(2)；d超聲波發生器(2)產生頻率和強度可調節的連續或脈衝式電功率信號；e傳輸電纜(7)將電功率信號傳至位於產氣地層(10)附近井下積液(11)中的超聲波換能器(8)；f換能器(8)中的換能器件(14)將電能轉化成超聲能發射，並使井底(9)中的積液(11)大量霧化；g霧化後的積液隨著天然氣流排出地面。
2 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，超聲波換能器(8)為長圓柱形。
3 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b中井下參數探測器(15)是由電阻式傳感器、熱電式傳感器或壓電式傳感器組成的傳感器組。
4 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟f中的換能器件(14)發出的超聲波射流方向分別沿採氣井井筒的軸向、徑向或與徑向成確定的夾角。
5 如權利要求1、2、3或4所述的方法，其特徵在於，地面測控系統(13)為智能測控系統。
全文摘要
本發明涉及利用超聲波排水採氣的方法,該方法是由動力電源供應電力給超聲波發生器,傳輸電纜將該發生器產生的電功率信號傳至井下的超聲波換能器,換能器將電能轉化成超聲能發射,使井底積液霧化,霧化後的積液隨天然氣流排出地面。該發明克服了目前排水採氣技術的不足,對氣藏無汙染,對設備無化學腐蝕,並顯著提高採氣量,延長氣井採氣周期,特別適用於深井小底水天然氣井的排水採氣工藝。
文檔編號E21B28/00GK1305047SQ0012063
公開日2001年7月25日 申請日期2000年12月26日 優先權日2000年12月26日
發明者杜堅, 楊兆中, 周潔玲 申請人:西南石油學院