一種基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置的製作方法

2023-12-10 14:13:52 2

本實用新型涉及油井解堵技術，尤其是一種基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置。

背景技術：

隨著油井採收時間的增加，許多油井的出油孔由於雜質聚集和長時間注入聚合物，造成滲油通路堵塞，井底壓力升高，注入聚合物效果下降，導致油井產量降低，甚至部分停產。

現有的解堵方法有物理解堵、化學解堵和生物解堵等等；物理解堵方法施工步驟較為繁瑣，化學解堵方法成本高，解堵有效期短，對油井造成二次傷害，容易造成環境汙染等突出問題，生物解堵方法對環境要求較高，技術不夠成熟。

中國石油大學(華東)的專利號為201510172608.7的發明專利申請文件中公開了一種油氣儲層增滲解堵裝置及其增滲解堵方法，利用二氧化碳流體作用在地層的射流衝擊壓力和溫差應力使井壁巖石產生裂縫，實現增滲解堵的目的；這種解堵方法成本較高，且易對地層產生損害。

有鑑於此，特提出本實用新型。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題在於克服現有技術的不足，提供一種基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置，通過進行液電效應產生衝擊波作用在油氣儲層液體介質周圍，達到改善地層條件、快速疏通滲油通路的目的。

為解決上述技術問題，本實用新型採用技術方案的基本構思是：

一種基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置，包括

地面充電裝置：被配置為用以向井下輸送電能；

井下裝置：被配置為儲存地面充電裝置輸送的電能並能夠發生液電效應以產生衝擊波；包括至少由井下變壓儲能裝置和井下電極構成的井下衝擊波發生裝置；

所述井下變壓儲能裝置：被配置為將地面充電裝置輸電電壓降至充電電壓後儲存地面充電裝置輸送的電能，並能夠瞬間將充電電壓提升若干倍後加載到井下電極使其發生液電效應。

進一步的，上述基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置中，所述井下變壓儲能裝置包括依次電連接的降壓變壓器、第二整流電路以及具有Marx發生器功能的電容器組；電容器組包括若干組儲能電容，每組儲能電容通過充電電阻並聯起來構成電容器組後再並聯至所述井下電極，每組儲能電容兩端均連接有觸發開關。

進一步的，上述基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置中，所述電容器組為同軸圓柱狀，軸徑不大於70mm。

進一步的，上述基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置中，所述井下裝置包括套設在負電極內的正電極，兩電極同軸同心設置且二者之間設有電介質材料層進行絕緣隔離；正、負電極的一端分別連接電容器組輸出端；正、負電極的另一端共同構成放電端，正、負電極的另一端之間設置距離以保證能夠建立合適的放電通道。

進一步的，上述基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置中，所述放電端的正電極長於負電極，放電端的負電極中央設有環繞正電極的儲液槽，放電端的電介質材料層與儲液槽槽底平齊。

進一步的，上述基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置中，所述地面充電裝置包括依次電連接的第一整流電路、濾波電路以及主電源迴路和升壓變壓器；地面充電裝置還包括連接至主電源迴路的控制單元用來實時控制主電源迴路輸出電流。

所述觸發開關為空氣間隙開關，在電壓達到額定值時擊穿導通。

採用上述技術方案後，本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果：

本實用新型裝置基於液電效應在井下電極之間形成電火花爆炸，對周圍地層激發出周期性衝擊波，衝擊波隨放電電流和放電時間的不同，以衝量或者衝擊壓力的方式作用於周圍介質，多次反覆衝擊波的作用下，可以達到改善地層條件、快速疏通滲油通路、提高油井滲透率的作用，從而提高堵塞油井產油量。與以往單純採用酸化解堵相比,拓寬了解堵技術的應用範圍，可以作為在低滲、特低滲油層解堵措施效果不佳情況時的一種有效的補充手段。

附圖說明

圖1是本實用新型一種基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置的工作原理示意圖；

圖2是圖1中所示地面充電裝置的結構框圖；

圖3是圖1中所示井下衝擊波發生裝置的電路圖；

圖4是圖1中所示井下電極的局部剖視圖；

圖5是圖2中所示第一整流電路和濾波電路的一個具體實施例；

圖6是圖2中所示控制單元的具體實施例；

圖7是同軸圓柱狀電容器組的結構示意圖；

圖中：

1、正電極；2、負電極；3、電介質材料層；4、液體介質；5、放電通道。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明，以助於理解本實用新型的內容。

如圖1-4所示，一種基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置，包括：

地面充電裝置：被配置為用以向井下輸送電能；

井下裝置：被配置為儲存地面充電裝置輸送的電能並能夠發生液電效應以產生衝擊波。

其中，所述地面充電裝置包括依次電連接的第一整流電路、濾波電路以及主電源迴路和升壓變壓器，地面充電裝置將380V工頻電通過第一整流電路和濾波電路整流濾波後，經主電源迴路進入升壓變壓器升壓至2kV輸出，然後通過2000-5000米的傳輸電纜將電能輸送至井下裝置為其充電；

其中，第一整流濾波電和濾波電路的實現方式如圖5所示，但並不局限於此，也可以是本領域技術人員能夠想到的其他適合整流濾波電路；所述主電源迴路屬於變壓器調理電路，可採用市場有的商用充電設備，此處不再做多餘贅述。

地面充電裝置還包括連接至主電源迴路的控制單元，用來實時控制主電源迴路輸出電流以進行充電時間和充電能量的調整，進而調節電爆參數，產生不同的衝擊壓力波。如圖6所示的控制單元是一個掌上遠程操控系統，由儲能電容C、電極E、觸發點d以及控制觸發模塊構成，通過輔助電路和充電設備連接，實現弱電控制強電。

地面充電裝置設有接地保護。

如圖2、3所示的，所述井下裝置主要包括井下衝擊波發生裝置；井下衝擊波發生裝置包括井下變壓儲能裝置和井下電極，所述井下變壓儲能裝置被配置為將地面充電裝置輸電電壓降至充電電壓後儲存地面充電裝置輸送的電能，並能夠瞬間將充電電壓提升若干倍後加載到井下電極使其發生液電效應。

所述井下變壓儲能裝置包括依次電連接的降壓變壓器、第二整流電路(可以是本領域常用的適合的任意整流電路)以及具有Marx發生器功能的電容器組，通過微型降壓變壓器將地面充電裝置輸送的2kV高壓電流降壓至380V電壓電流，經第二整流電路轉換為直流電後供給電容器組；電容器組包括若干組儲能電容(C1，C2……Cn)，每組儲能電容通過充電電阻R並聯起來構成電容器組後並聯至井下電極，每組儲能電容兩端均連接有觸發開關G，觸發開關(G1，G2……Gn)可以是空氣間隙開關，在電壓達到額定值時擊穿導通；充電電阻在電容器組充電狀態下起電路連接作用，放電狀態下又可以起到隔離作用；儲能電容數量可以根據井下實際情況在下井之前配置安裝，形成同軸圓柱狀如圖7所示，結構緊湊，迴路分散電感小，其軸徑H約50-70mm，長度L約為6-10m長的空間內放置所述若干組儲能電容。

所述井下電極包括套設在負電極2內的正電極1，兩電極(1、2)同軸同心設置且二者之間設有電介質材料層3進行絕緣隔離；正、負電極(1、2)的一端分別連接電容器組輸出端；正、負電極(1、2)的另一端共同構成放電端，正、負電極(1、2)的另一端之間設置距離以保證能夠建立合適的放電通道5與放電能量，產生合適的壓力衝擊波達到優化的解堵目的；本實施例中放電端的正電極1長於負電極2，長度差即為弧光放電距離h；放電端的負電極2中央設有環繞正電極的儲液槽，放電端的電介質材料層3與儲液槽槽底平齊。

具體工作時，放電端的正電極1和負電極2之間的儲液槽等空間內充斥油氣儲層的油水混合物等液體介質4，經降壓變壓器將井下輸電纜傳送的2kV的電壓電流降壓至380V，然後通過第二整流電路為具有Marx發生器功能的電容器組充電儲能，當充電電壓達到觸發開關(G1，G2……Gn)的觸發電壓時，觸發開關(G1，G2……Gn)均導通，使得所有的並聯的儲能電容(C1，C2……Cn)瞬間變為串聯，從而將充電電壓提升n倍，可以達到30kV，30kV的高電壓載加載到井下電極兩端，將井下的液體介質(油水混合物)瞬間擊穿進入等離子體狀態，產生等離子放電，能量釋放形成爆炸；本實用新型裝置產生的放電電流峰值大、上升沿陡、產生的衝擊波強度大以實現更好的解堵效果；其通過井下變壓儲能裝置在充滿水或油水混合物的油井裡產生高壓場強，在高壓強電場作用下，井下電極間液體介質中的電子被加速，並電離電極附近的液體分子。液體介質中被電離出的電子被電極間強電場加速電離出更多的電子，形成電子雪崩。在液體分子被電離的區域形成等離子體通道，隨著電離區域的擴展，在電極間形成放電通道，液體被擊穿。放電通道產生後，由於放電電阻很小，將產生幾十千安的放電電流；放電電流加熱通道周圍液體，使液體汽化並迅速向外膨脹，迅速膨脹的氣腔外沿在液體介質中產生強大的衝擊波，衝擊波隨放電電流和放電時間的不同，以衝量或者衝擊壓力的方式作用於周圍介質，這種在電極之間形成的電火花爆炸，對周圍地層激發出周期性衝擊波；在多次反覆的衝擊波作用下，各層面間產生較強的切向剪切力而發生挫動生成新的滲流孔道，原有孔道也將在衝擊波作用下延伸，衝擊波在地層介質和油水介質中的波束差產生的剪切力以及不規則邊界引發的旋流應力場，將有效剝離、清除原滲流孔道中的堵塞物，可以達到改善地層條件、快速疏通滲油通路、提高油井滲透率的作用，從而提高堵塞油井產油量。

在低滲、特低滲區塊,對於因儲層物性較差採用酸化等措施容易損害油氣層,利用本實用新型裝置發生液電效應產生衝擊波可以減少地層損害。與以往單純採用酸化解堵相比,拓寬了解堵技術的應用範圍。可以作為在低滲、特低滲油層解堵措施效果不佳情況時的一種有效的補充手段。

另一方方面，本實用新型還提供利用上述基於液電效應的油氣儲層增滲解堵裝置實現的增滲解堵方法，具體包括：

通過地面充電裝置向井下輸送電能；

用井下裝置儲存地面充電裝置輸送的電能並發生液電效應以產生衝擊波；井下裝置包括至少由井下變壓儲能裝置和井下電極構成的井下衝擊波發生裝置；由井下變壓儲能裝置將地面充電裝置輸電電壓降至充電電壓後儲存地面充電裝置輸送的電能，並瞬間將充電電壓提升若干倍後加載到井下電極使其發生液電效應。

其中井下變壓儲能裝置儲存所述地面充電裝置輸送的電能，並瞬間將充電電壓提升若干倍是通過具有Marx發生功能的電容器組實現的。

Marx發生功能的電容器組利用多級電容器並聯充電達到觸發開關的觸發電壓，使得觸發開關導通，多級電容器瞬間變為串聯放電，提高放電電壓加載到井下電極兩端，使其在液體介質中發生液電效應產生衝擊波作用在油氣儲層介質中實現解堵。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。