CN109403937A - 一种油气井的冲击波发生装置及利用冲击波的油气井增产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油气井的冲击波发生装置及利用冲击波的油气井增产方法，属于石油化工及电气工程领域。本发明采用恒流源技术，在充电过程中能保持电流稳定，在井下装置中无需充电电阻，结构简化，提高可靠性和紧凑度，杜绝充电发热和额外损耗；能够适用于大多数的油气井深度，提高了装置整体可靠性，充放电回路较短，能量利用率高；采用较低的电压和较大的电容值，放电脉冲波形在频谱上接近低频，利于冲击波在较远范围传播；放电开关采用两个相对的球面作为放电开关，电压达到其击穿电压即可导通，在工作中无需提供其它控制或触发信号，简化装置结构，提高装置可靠性；结构简单，避免污染井下环境，并可以实现快速重复击穿放电。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工及电气工程领域，具体而言，涉及一种油气井的冲击波发生装置及利用冲击波的油气井增产方法。
背景技术
随着油气井开采时间的增加，许多油气井的出油孔由于杂质聚集和长时间注入聚合物，造成渗油通路堵塞，井底压力升高，注入聚合物效果下降，导致油气井产量降低，甚至部分停产。
现有的解堵方法有物理解堵、化学解堵和生物解堵等等；物理解堵方法施工步骤较为繁琐，化学解堵方法成本高，解堵有效期短，对油气井造成二次伤害，容易造成环境污染等突出问题，生物解堵方法对环境要求较高，技术不够成熟。
脉冲功率水中放电冲击波技术作为油气井解堵的首选替代方案，其相关研究在国内外正处于发展阶段，现有技术尚不成熟。目前已公布的各项技术方案来看，主要存在部分装置体积过大，绝大部分模块不能下井，导致脉冲放电回路过长，能量损耗非常大，效率低下；装置在结构上过于复杂，体积较大，在井下复杂环境的使用可靠性欠佳；在设计上比较简化，可用于浅井作业，但远远不能满足目前绝大部分井深的要求。
因此，急需一种深井中提高油气井渗油率的装置。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种油气井的冲击波发生装置，该作者通过紧凑的结构，发生大功率的冲击波。
本发明的第二目的在于提供一种利用冲击波的油气井增产方法，通过该方法，提高油气井的渗透率，实现增产的目的。
为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：
一种油气井的冲击波发生装置，发生装置包括：
固定平台；
地面装置，地面装置固定配置于固定平台；地面装置包括控制器和恒流源，控制器与恒流源电连接；
固定管，固定管通过连接绳与固定平台固定连接；
井下装置，井下装置固定配置于固定管；井下装置包括变压器、整流装置、电容、放电开关和放电电极，变压器与恒流源通过电缆进行电连接，整流装置与变压器电连接，放电开关通过电容器与整流装置电连接，放电电极与放电开关电连接。
一种利用冲击波的油气井增产方法，包括以下步骤：
通过控制器控制恒流源，恒流源输出电流经变压器升压和整流器整流后对电容进行充电；
电容充电持续进行，放电开关两端的放电电压升高，当放电电压大于放电开关的击穿电压，放电开关导通，电容的充电电压作用于放电电极放电；
放电电极加热周围油气井中液体并形成冲击波，促进油气井渗透。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明采用恒流源技术，在充电过程中能保持电流稳定，在井下装置中无需充电电阻，进一步简化结构，提高了整体可靠性和紧凑程度，杜绝了充电电阻发热和额外电能损耗；能够适用于目前绝大多数的油气井深度，极大提高了装置整体可靠性，充放电回路较短，能量利用率较高；采用相对较低的电压和较大的电容值，放电脉冲波形在频谱上更接近于低频，利于放电冲击波在较远范围内传播；放电开关采用两个相对的球面形成的空气间隙作为放电开关，充电电压达到其击穿电压后即可自发导通，在工作过程中无需提供其它控制或触发信号，极大地简化了装置结构，提高了装置可靠性；结构简单可靠，避免污染井下环境，并可以实现快速重复击穿放电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实验例1和2提供的冲击波发生装置的示意图。
图标：100-冲击波发生装置；110-地面组件；111-固定平台；112-地面装置；113-控制器；114-恒流源；120-井下组件；121-固定管；122-井下装置；123-变压器；124-整流装置；125-电容；1251-单节电容；126-放电开关；127-放电电极；128-测量电阻；130-连接绳；131-低压供电电缆；132-测量信号线；133-钢索。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种油气井的冲击波发生装置及利用冲击波的油气井增产方法进行具体说明。
一种油气井的冲击波发生装置，发生装置包括：
固定平台；
地面装置，地面装置固定配置于固定平台；地面装置包括控制器和恒流源，控制器与恒流源电连接；
固定管，固定管通过连接绳与固定平台固定连接；
井下装置，井下装置固定配置于固定管；井下装置包括变压器、整流装置、电容、放电开关和放电电极，变压器与恒流源通过电缆进行电连接，整流装置与变压器电连接，放电开关通过电容器与整流装置电连接，放电电极与放电开关电连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，整流装置与控制器之间配置有测量电阻，测量电阻分别与整流装置和控制器电连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，变压器为中频变压器，中频变压器的工作频率为200-500Hz。
中频变压器其额定工作频率为200-500Hz，处于中频段，在同等容量和输出电压的情况下，相对于普通工频变压器，其体积缩小了2/3以上，有利于缩减装置体积，提高紧凑性。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，电容的额定电压为10KV。
高压储能电容额定电压为10kV，额定电容量为100μF(采用两节50μF电容并联时，可根据计算参数进行调整)，参数选择上采用了相对较低的电压和较大的电容值，放电脉冲波形在频谱上更接近于低频，利于放电冲击波在较远范围内传播。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，电容有至少两个单节电容并联得到。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，变压器与恒流源通过电缆进行电连接的电压低于1KV。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，固定管的直径不大于102mm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，井下装置工作环境的压力小于70Mpa。
固定管直径小于102mm，以便能够深入到绝大部分油气井下作业。井下工作环境压力不大于70MPa以下，能够满足绝大部分油气井深度的要求。
一种利用冲击波的油气井增产方法，包括以下步骤：
通过控制器控制恒流源，恒流源输出电流经变压器升压和整流器整流后对电容进行充电；
电容充电持续进行，放电开关两端的放电电压升高，当放电电压大于放电开关的击穿电压，放电开关导通，电容的充电电压作用于放电电极放电；
放电电极加热周围油气井中液体并形成冲击波，促进油气井渗透。
进一步地，控制器通过测量电阻测定电容的电压。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
参考图1，本实施例提供一种油气井的冲击波发生装置100，冲击波发生装置100主要包括地面组件110和井下组件120，并且通过地面组件110控制井下组件120进行冲击波的发生。
参考图1，地面组件110包括固定平台111和地面装置112；地面装置112固定安装在固定平台111内，固定平台111为地面装置112提供固定和坚固的工作环境。
地面装置112包括控制器113和恒流源114；控制器113具备整体电源开关、电压检测和紧急断电的功能。控制器113包括处理器，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该处理器可以是STM32系列的处理器，例如STM32F103C8T6、STM32F103VET6等型号。
控制器113与恒流源114电连接或者通信连接，通过控制器113可以起到控制恒流源114的目的。
参考图1，井下组件120包括固定管121和井下装置122，井下装置122按照一定的结构次序固定安装在固定管121内。
固定管121通过连接绳130与固定平台111固定连接。通过连接绳130的连接，可以自由的摆放地面组件110和井下组件120。
固定管121的直径为102mm。
井下装置122包括变压器123、整流装置124、电容125、放电开关126、放电电极127和测量电阻128。
变压器123通过低压电缆与恒流源114连接，变压器123是中频的变压器123。中频的变压器123相对于工频变压器体积缩小，可以使得设备小型化。
整流装置124，是把交流电转换成直流电的装置，可用于向电容125充电。整流装置124可以采用半波整流或全波整流电路。
整流装置124与电容125之间设置有测量电阻128，测量电阻128与控制器113通过测量信号线132实现电连接，测量信号线132的电压小于1KV；测量电阻128可以测量电容125的电压，并将测量信息传送到控制器113，通过控制器113控制恒流源114工作。
经过整流的电流就可以给电容125充电，电容125的额定电压为10KV，额定电容量为100μF；电容125采用两个单节电容1251并联得到；单节电容1251的额定电容量为50μF。当然电容125也可以是多个其他额定电容量的额定电容连接得到。
当持续给电容125充电储能后，电容125充电电压达到设定值后通过放电开关126的自动击穿导通，瞬间将电容125储存的能量加载在放电电极127上形成电流幅值极大的脉冲。
连接绳130是一种包含钢索133和电线的复合绳，它包括低压供电电缆131、测量信号线132和钢索133。低压供电电缆131为井下装置122供电，测量信号线132将测量信息传送到控制器113，钢索133作为主要承力部件，主要起到吊起井下装置122的作用。
本实施例还提供一种利用冲击波的油气井增产方法，包括以下步骤：
1.1按照上述的结构组装冲击波发生装置100；
1.2将井下组件120放入到油气井中；
1.3控制器113控制恒流源114通过低压电缆经变压器123变压，变压器123的工作频率200Hz；变压后输送电能并经过整流装置124整流；
1.4经过整流的电流开始向电容125充电，并通过测量电阻128测量电容125的电压；
1.5电容125充电持续进行，放电开关126两端的放电电压升高，当放电电压大于放电开关126的击穿电压，放电开关126导通，电容125的充电电压作用于放电电极127放电；
1.6放电电极127附近的液体急剧加热膨胀，在周围介质和地层中激发出强力冲击波，促进油气井或油层中的油的渗透率。
综上所述，本发明采用恒流源技术，在充电过程中能保持电流稳定，在井下装置中无需充电电阻，进一步简化结构，提高了整体可靠性和紧凑程度，杜绝了充电电阻发热和额外电能损耗；能够适用于目前绝大多数的油气井深度，极大提高了装置整体可靠性，充放电回路较短，能量利用率较高；采用相对较低的电压和较大的电容值，放电脉冲波形在频谱上更接近于低频，利于放电冲击波在较远范围内传播；放电开关采用两个相对的球面形成的空气间隙作为放电开关，充电电压达到其击穿电压后即可自发导通，在工作过程中无需提供其它控制或触发信号，极大地简化了装置结构，提高了装置可靠性；结构简单可靠，避免污染井下环境，并可以实现快速重复击穿放电；形成冲击波能很好的实现油层渗透率的提高，实现油气井的增产。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述发生装置包括：
固定平台；
地面装置，所述地面装置固定配置于所述固定平台；所述地面装置包括控制器和恒流源，所述控制器与所述恒流源电连接；
固定管，所述固定管通过连接绳与所述固定平台固定连接；
井下装置，所述井下装置固定配置于所述固定管；所述井下装置包括变压器、整流装置、电容、放电开关和放电电极，所述变压器与所述恒流源通过电缆进行电连接，所述整流装置与所述变压器电连接，所述放电开关通过所述电容与所述整流装置电连接，所述放电电极与所述放电开关电连接。
2.根据权利要求1所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述整流装置与所述控制器之间配置有测量电阻，所述测量电阻分别与所述整流装置和所述控制器电连接。
3.根据权利要求1所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述变压器为中频变压器，所述中频变压器的工作频率为200-500Hz。
4.根据权利要求1所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述电容的额定电压为10KV。
5.根据权利要求4所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述电容有至少两个单节电容并联得到。
6.根据权利要求1所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述变压器与所述恒流源通过电缆进行电连接的电压低于1KV。
7.根据权利要求1所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述固定管的直径不大于102mm。
8.根据权利要求1所述的油气井的冲击波发生装置，其特征在于，所述井下装置工作环境的压力小于70MPa。
9.一种利用冲击波的油气井增产方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过控制器控制恒流源，所述恒流源输出电流经变压器升压和整流器整流后对电容进行充电；
所述电容充电持续进行，放电开关两端的放电电压升高，当所述放电电压大于所述放电开关的击穿电压，所述放电开关导通，所述电容的充电电压作用于放电电极放电；
所述放电电极加热周围油气井中液体并形成冲击波，促进油气井渗透。
10.根据权利要求9所述的利用冲击波的油气井增产方法，其特征在于，所述控制器通过测量电阻测定所述电容的电压。
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|---|---|---|---|---|
| CN111608625A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-01 | 清华四川能源互联网研究院 | 冲击波发生装置和油气井增产的方法 |
| CN113216921A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-06 | 西南石油大学 | 致密储层压裂前电脉冲预处理的冲击波能量优化方法 |
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