CN110107258A - 一种水力脉冲波增注装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种水力脉冲波增注装置，具体涉及一种分层水力脉冲波增注水装置。由工作筒和水力脉冲波增注器组成；水力脉冲波增注器装插在密封式工作筒内；工作筒由外筒、内筒组成，外筒与内筒之间设置有桥式通道；水力脉冲波增注器包括水力脉冲波增注器壳体、弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞、脉冲弹簧、脉冲弹簧座、调节水嘴、转向活塞、阀球拉杆、阀球、阀球复位弹簧、注入液入口、拉杆环、拉杆调节活塞、O型圈和密封环；水力脉冲波增注器壳体上部设置有弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞；中部设置有脉冲弹簧、脉冲弹簧座、调节水嘴；转向活塞、阀球、阀球拉杆、阀球复位弹簧、拉杆环、拉杆调节活塞安装在壳体下部腔室。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种水力脉冲波增注装置，具体涉及一种分层水力脉冲波增注装置。
背景技术
目前，针对注水地层的解堵、增注技术分为化学解堵和物理解堵两大类，化学解堵我们在这里不作介绍，物理解堵技术主要有超声波解堵、低频电脉冲解堵、水力振动解堵等，这三种技术与本技术均属于物理上的解堵技术。
超声波解堵是将超声波换能器下入注水井，对准注水地层连续发射大功率超声波,利用大功率超声波的机械、空化、热、声流等效应，解除地层污染和堵塞，使油层堵塞物疏松脱落，随液体排出油井，疏通油流通道，恢复或提高地层的渗透率，达到油井增产、水井增注。
井下低频电脉冲解堵技术是通过井下放电仪器在正对注水地层的位置进行脉冲放电，放电的瞬间释放出储存在电容器中能量，产生强力激波作用于油气井射孔段，破碎堵塞物，增加岩层的微裂缝，达到地层解堵增注，提高油井产量。
水力振动解堵技术是把振源对准地层，靠地面泵将液体泵入井下，活塞在水力作用下往返运动，打开出水孔，使管内的高压水瞬间排出作用于目的层。井下振源能瞬时激发产生强度为10MPa的低频水力冲击波,低频水力波在地层中衰减小，穿透力强，使油层产生微裂缝，提高地层渗透率，解除油层污染、堵塞。利用高强度水力冲击波的冲击振动作用，可有效改善地层的吸水剖面，提高注水速度及注水效率，使原来注水量少的井和注不进水的井，及时得到明显的注水效果。
以上三种解堵增注技术的解堵增注效果较好，但解堵增注有效期较短。且这三种解堵增注技术在施工过程中，注水井必须停注，将管柱提出，进行解堵作业，一次解堵作业完成后，待解堵有效期过后再进行下一次解堵作业。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处提供一种水力脉冲波增注装置。是一种永置于井下的低频水力脉冲波增注装置，靠注水管柱中流体自身的压力，把原来连续稳定注入水变为低频水力脉冲波注水，达到边注水边解除地层部分堵塞、降低注水压力和延长注水周期的目的。水力脉冲波增注装置通过水力脉冲波解堵、增注的作用是长期有效的。
一种水力脉冲波增注装置是采取以下技术方案实现：
一种水力脉冲波增注装置由工作筒和水力脉冲波增注器组成；水力脉冲波增注器插装在密封式工作筒内。工作筒在整个脉冲波注水作业中起层间分隔及密封作用。水力脉冲波增注器与工作筒之间装有密封圈，水力脉冲波增注器与工作筒密封配合，建立起两个注水通道，桥式通道使水流从水力脉冲波增注器上部流到下部的水流通道。工作筒出水口使水流从水力脉冲波增注器内部流入油套环腔的水流通道。
工作筒由外筒、内筒组成，外筒与内筒之间设置有桥式通道，以便水流流到下部地层，工作筒侧面设置有出水口，出水口是外壁与内壁连通的水流通道，该水流通道与桥式通道间隔离不通。
水力脉冲波增注器包括水力脉冲波增注器壳体、弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞、脉冲弹簧、脉冲弹簧座、调节水嘴、转向活塞、阀球、阀球拉杆、阀球复位弹簧、注入液入口、拉杆调节活塞。
所述的水力脉冲波增注器壳体上部设置有弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞，安装于壳体上部腔室内，用于调节脉冲弹簧的预压紧弹力；所述的水力脉冲波增注器壳体中部设置有脉冲弹簧、脉冲弹簧座，脉冲弹簧顶压在脉冲弹簧座上；弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞安装的上部腔室与中部腔室由弹簧高度调节活塞密封隔离；弹簧高度调节活塞可在中间滑动且上下密封；脉冲弹簧座下部水力脉冲波增注器壳体侧面设置有上下两排6个调节水嘴，调节水嘴能内置不同尺寸的陶瓷水嘴调节注水量，调节水嘴横向连接工作筒出水口，并穿过所述外层套管，使水流穿过工作筒进入油套环腔给地层进行连续、不间断的水力脉冲波，达到解堵、增注的目的。
转向活塞、阀球、阀球拉杆、拉杆调节活塞、阀球复位弹簧安装在所述的水力脉冲波增注器壳体下部腔室，由转向活塞、阀球隔离开壳体中部腔室与下部腔室。转向活塞安装下部腔室的上端内，在压差作用下能上下滑动，转向活塞下部装有阀球，阀球拉杆安装于阀球下部且与阀球成为一体，阀球拉杆中部套在拉杆调节活塞中，阀球复位弹簧安装在阀球拉杆下部。所述的转向活塞中空，由阀球对转向活塞中空腔进行间断性密封，形成转向活塞上部腔室与下部的连通与隔离。转向活塞下部设置有阀球座，阀球在注水压差的压力作用下顶压在转向活塞的下部阀球座上。
阀球拉杆依次穿过阀球复位弹簧、拉杆调节活塞、与阀球底部成为一体。
所述的壳体底部设置有注入液入口。弹簧高度调节活塞装有调节活塞O型圈。转向活塞外部装有密封环，中空内部由阀球密封。
油井套管内能安装多套水力脉冲波增注装置，对地层进行分层连续、不间断的水力脉冲波解堵。
水力脉冲波增注器设有调节水嘴，上下两排6个调节水嘴，调节水嘴横向连接工作筒出水口，调节水嘴内可以内置不同尺寸的陶瓷水嘴调节单层注水量。本发明纯机械式结构，可长期置于井下对地层进行连续、不间断的水力脉冲波解堵、增注，解堵、增注效果良好。
水力脉冲波增注装置工作过程如下 ：
井下分层水力脉冲波增注水器的工作机理是通过装置内流体压力的升高和降低来实现压力和流量的波动输出，因此其工作过程可分为以下四个过程。
1、在初始状态下，阀球坐封在转向活塞的球座上，实现转向活塞的上下两个腔室的密封，此时进入油套环空腔体的注入水因注水水道关闭而停注。
2、随着地层吸水，油套环空压力逐渐降低，在转向活塞的上下两个腔室产生压差，从而推动转向活塞上行，上行至上止点，阀球拉杆拉杆环上行至调节活塞内腔上部，阀球在阀球拉杆拉力作业下脱离转向活塞的阀球座，与阀球拉杆一起在阀球复位弹簧作用下落下直至拉杆环到达拉杆调节活塞底部，转向活塞上下两个腔室连通，高压水通过调节水嘴以脉冲波注入地层。
3、当转向活塞上下两个腔室压力达到平衡时，转向活塞在脉冲弹簧的弹力作用下下行，转向活塞中间水道一直保持在打开状态，使注水压力保持一定时间的最大值。
4、转向活塞在脉冲弹簧弹力作用下下行至下止点时，阀球在阀球拉杆作用下坐封于转向活塞6下部的球座内，再次实现转向活塞上下两腔室的密封。
如此转向活塞反复上行与下行交替进行，周期性的形成低压和高压水力脉冲波，实现了注水井周期性脉冲注水。水力脉冲波在油层孔隙中传播，使油层孔隙增大、流量增加，从而提高地层渗流能力、疏通油流孔道，达到解堵、增注的目的。
在压力调节盘、弹簧高度调节活塞的预调节脉冲弹簧3的弹力作用下，阀球组合可以在井下产生0-6MPa可连续调节振幅，频率可控制在0.01--35Hz的水力脉冲波。
水力脉冲波增注装置有益效果：
本发明水力脉冲波增注装置结构设计合理、紧凑、操作使用方便，纯机械式结构，可以长期置于井下，对地层进行连续、不间断的解堵、增注，解堵、增注效果良好。
具体优点体现在以下几点：
（1）本发明通过井下水力脉冲波增注装置对注入水的脉冲注入，达到解堵和增注的目的；低频水力脉冲波增注装置长期置于井下，对地层的解堵、增注作用是连续的、不间断的，解堵和增注的效果良好；
（2）使用本发明水力脉冲波增注装置，根据不同的地层条件，使某个单元区块内的各注水井的注水量均得到增加，从而使该区块的整体注水达到配水要求，最终提高该区块的原油采收率；
（3）使用本发明水力脉冲波增注装置，在保证注水满足配水的前提下，同时可以降低地面注水压力，既可以降低泵的电耗，还可以减少泵、阀、管道等设备的投入，获得很好的节能效益；同时，由于注水压力降低，注水安全性得到提高；
（4）使用本发明水力脉冲波增注装置，注入水在空隙中以脉冲波方式突然加减速，施加在孔喉堵塞物上的交变力会破坏堵塞物之间的凝聚，从而减轻和消除空隙结垢和堵塞，可大大节约注水井的其它物理、化学措施的解堵成本。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明水力脉冲波增注装置的水力脉冲波增注器结构示意图。
图2是本发明一种水力脉冲波增注装置的工作筒结构示意图。
图3是本发明一种水力脉冲波增注装置应用示意图。
图中：1、水力脉冲波增注器，2、工作筒，3、井口过滤器，4、套管，5、油管，6、封隔器；
1-1、弹簧压力调节盘，1-2、弹簧高度调节活塞，1-3、脉冲弹簧，1-4、脉冲弹簧座，1-5、调节水嘴，1-6、转向活塞，1-7、阀球，1-8、阀球拉杆，1-9、阀球复位弹簧，1-10、注入液入口，1-11、拉杆环，1-12、拉杆调节活塞，1-13、转向活塞出水口，1-14、水力脉冲波增注器壳体；1-15、上部腔室；1-16、中部腔室；1-17、下部腔室；1-18、O形圈；1-19、密封环；1-20、阀球座；
2-1、外筒，2-2、内筒，2-3、桥式通道，2-4、出水口。
具体实施方式
参照附图1-3，一种水力脉冲波增注装置由工作筒2和水力脉冲波增注器1组成；水力脉冲波增注器1安装在工作筒2内。水力脉冲波增注器装插在密封式工作筒2内。工作筒2在整个脉冲波注水作业中起层间分隔及密封作用。水力脉冲波增注器1与工作筒2之间有密封圈，水力脉冲波增注器1与工作筒2密封配合，建立起两个注水通道，桥式通道2-3使水流从水力脉冲波增注器上部流到下部的水流通道。工作筒出水口2-4使水流从水力脉冲波增注器1内部流入油套环腔的水流通道。
工作筒2由外筒2-1、内筒2-2组成，外筒2-1与内筒2-2之间设置有桥式通道2-3，以便水流流到下部地层，工作筒2侧面设置有出水口2-4，出水口2-4是外壁与内壁连通的水流通道，该水流通道与桥式通道间隔离不通。
水力脉冲波增注器1包括水力脉冲波增注器壳体1-14、弹簧压力调节盘1-1、弹簧高度调节活塞1-2、脉冲弹簧1-3、脉冲弹簧座1-4、调节水嘴1-5、转向活塞1-6、阀球1-7、、阀球拉杆1-8、阀球复位弹簧1-9、注入液入口1-10、拉杆环1-11、拉杆调节活塞1-12、O形圈1-18、密封环1-19、阀球座1-20。
所述的水力脉冲波增注器壳体1-14上部设置有弹簧压力调节盘1-1、弹簧高度调节活塞1-2，安装于壳体1-14上部腔室内，用于调节脉冲弹簧1-3的预压紧弹力；所述的水力脉冲波增注器壳体1-14中部设置有脉冲弹簧1-3、脉冲弹簧座1-4，脉冲弹簧1-3顶压在脉冲弹簧座1-4上；压力调节盘1-1、弹簧高度调节活塞1-2安装的上部腔室1-15与中部腔室1-16由弹簧高度调节活塞1-2密封隔离；弹簧高度调节活塞1-2能在中间滑动且上下密封。脉冲弹簧座1-4下部水力脉冲波增注器壳体1-14侧面设置有上下两排6个调节水嘴1-5，调节水嘴1-5能内置不同尺寸的陶瓷水嘴，用以调节注水量，调节水嘴1-5横向连接工作筒的出水口2-4，并穿过外层套管4，套管4上有射孔孔眼，使水流穿过工作筒2进入油套环腔通过套管4上的射孔孔眼给地层进行连续、不间断的水力脉冲波，达到解堵、增注的目的。
转向活塞1-6、阀球1-7、阀球拉杆1-8、阀球复位弹簧1-9、拉杆环1-11、拉杆调节活塞1-12安装在所述的水力脉冲波增注器壳体1-14的下部腔室1-17，由转向活塞1-6、阀球1-7隔离开壳体中部腔室1-16与下部腔室1-17。转向活塞1-6安装下部腔室1-17的上端内，在压差作用下能上下滑动，转向活塞1-6下部具有阀球座，阀球1-7与阀球座密封，阀球拉杆1-8安装于阀球1-7下部且与阀球成为一体，阀球拉杆1-8中部套在拉杆调节活塞1-12中，阀球复位弹簧1-9安装在阀球拉杆1-8下部。拉杆环1-11安装在阀球拉杆1-8的中部，且位于拉杆调节活塞1-12的中空腔室内。所述的转向活塞1-6中空，由阀球1-7对转向活塞1-6中空腔进行间断性密封，形成转向活塞1-6中部腔室1-16与下部腔室1-17的连通与隔离。转向活塞1-6下部设置有阀球座，阀球1-7在注水压差的压力作用下顶压在转向活塞1-6的下部阀球座上。
阀球拉杆1-8依次穿过阀球复位弹簧1-9、拉杆调节活塞1-12、与阀球1-7底部成为一体。
所述的水力脉冲波增注器壳体1-14底部设置有注入液入口1-10。弹簧高度调节活塞1-2装有调节活塞O型圈1-18。转向活塞1-6外部装有密封环1-19，内部由阀球1-7密封。
油井套管4内安装有多套水力脉冲波增注装置1。套管4内可以安装最多6套水力脉冲波增注装置1，对6层地层进行分层连续、不间断的水力脉冲波解堵、增注。水力脉冲波增注装置1的工作筒2上部与油管5相连，各套水力脉冲波增注装置1的工作筒2外部环空之间装有封隔器6，便于分层注水。油管5出口装有井口过滤器3。
水力脉冲波增注器1设有调节水嘴1-5，上下两排6个调节水嘴1-5，调节水嘴1-5横向连接工作筒出水口2-4，调节水嘴1-5内可以内置不同尺寸的陶瓷水嘴调节单层注水量。本发明纯机械式结构，可长期置于井下对地层进行连续、不间断的水力脉冲波解堵、增注，解堵、增注效果良好。
所述阀球拉杆1-8内置于水力脉冲波增注器1中心，上端与阀球1-7接触成为一体，在转向活塞1-6、阀球1-7上行至上止点时，阀球拉杆拉杆环1-11上行至拉杆调节活塞1-12内腔上部，阀球1-7在阀球拉杆1-8拉力作业下脱离转向活塞1-6阀球座，与阀球拉杆1-8一起在阀球复位弹簧1-9作用下落下直至拉杆环1-11到达拉杆调节活塞1-12底部，转向活塞1-6上下两个腔室连通，高压水通过调节水嘴1-5以脉冲波注入地层。
所述水力脉冲波增注器1单级总长度为1200mm，外径分别为44.5、47、49.5、59.5、62、64.5mm六种尺寸。
水力脉冲波增注装置工作过程如下 ：
井下分层水力脉冲波增注水器的工作机理是通过装置内流体压力的升高和降低来实现压力和流量波动输出的，因此其工作过程可分为以下四个过程。
1、在初始状态下，阀球1-7坐封在转向活塞1-6的阀球座1-20上，实现转向活塞1-6的上下两个腔室的密封，此时进入油套环空腔体的水因注水水道关闭而停注。
2、随着地层吸水，油套环空压力逐渐降低，在转向活塞1-6的上下两个腔室产生压差，从而推动转向活塞1-6上行，上行至上止点，阀球拉杆拉杆环1-11上行至拉杆调节活塞1-12内腔上部，阀球1-7在阀球拉杆1-8拉力作业下脱离转向活塞1-6的阀球座1-20，与阀球拉杆1-8一起在阀球复位弹簧1-9作用下落下直至拉杆环1-11到达拉杆调节活塞1-12底部，转向活塞1-6上下两个腔室连通，高压水通过调节水嘴1-5以脉冲波形式注入地层。
3、当转向活塞1-6上下两个腔室压力达到平衡时，转向活塞1-6在脉冲弹簧1-3的弹力作用下下行，转向活塞1-6中间水道一直保持在打开状态，使注水压力保持一定时间的最大值。
4、转向活塞1-6在弹力作用下下行至下止点时，阀球1-7在阀球拉杆1-8作用下坐封于转向活塞1-6下部的阀球座1-20内，再次实现转向活塞1-6上下两腔室的密封。
如此转向活塞1-6反复上行与下行交替进行，周期性的形成低压和高压水力脉冲波，实现了注水井周期性脉冲注水。水力脉冲波在油层孔隙中传播，使油层孔隙增大、流量增加，从而实现提高渗流能力、疏通油流孔道，达到解堵、增注的目的。
在压力调节盘1-1、弹簧高度调节活塞1-2的预调节脉冲弹簧1-3的弹力作用下，阀球组合可以在井下产生0-6MPa可连续调节振幅，频率可控制在0.01--35Hz的水力脉冲波。
Claims (10)
1.一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，由工作筒和水力脉冲波增注器组成；水力脉冲波增注器装插在密封式工作筒内,工作筒在整个脉冲波注水作业中起层间分隔及密封作用；
工作筒由外筒、内筒组成，外筒与内筒之间设置有桥式通道，以便水流流到下部地层；
水力脉冲波增注器包括水力脉冲波增注器壳体、弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞、脉冲弹簧、脉冲弹簧座、调节水嘴、转向活塞、阀球拉杆、阀球、阀球复位弹簧、注入液入口、拉杆环、拉杆调节活塞、O型圈和密封环；
所述的水力脉冲波增注器壳体上部设置有弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞，安装于壳体上部腔室内，用于调节脉冲弹簧的预压紧弹力；
所述的水力脉冲波增注器壳体中部设置有脉冲弹簧、脉冲弹簧座，脉冲弹簧顶压在脉冲弹簧座上；弹簧压力调节盘、弹簧高度调节活塞安装的上部腔室与中部腔室由弹簧高度调节活塞密封隔离；弹簧高度调节活塞可在中间滑动且上下密封；脉冲弹簧座下部水力脉冲波增注器壳体侧面设置有调节水嘴；
转向活塞、阀球、阀球拉杆、拉杆调节活塞、阀球复位弹簧安装在所述的水力脉冲波增注器壳体下部腔室，由转向活塞、阀球隔离开壳体中部腔室与下部腔室；转向活塞安装下部腔室的上端内，在压差作用下能上下滑动，转向活塞下部装有阀球，阀球拉杆安装于阀球下部且与阀球成为一体，阀球拉杆中部套在拉杆调节活塞中，阀球复位弹簧安装在阀球拉杆下部；所述的转向活塞中空，由阀球对转向活塞中空腔进行间断性密封，形成转向活塞上部腔室与下部的连通与隔离；转向活塞下部设置有阀球座，阀球下部在注水压差的压力作用下顶压在转向活塞的下部阀球座上；
阀球拉杆依次穿过阀球复位弹簧、拉杆调节活塞、与阀球底部成为一体；
所述的水力脉冲波增注器壳体底部设置有注入液入口。
2.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，所述的弹簧高度调节活塞装有调节活塞O型圈，其上下位置的调节，能调节水力脉冲波的振幅。
3.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，所述的转向活塞外部装有密封环。
4.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，所述的脉冲弹簧座下部水力脉冲波增注器壳体侧面设置调节水嘴，有调节水嘴上下两排6个调节水嘴，调节水嘴横向连接工作筒出水口，并穿过所述外层套管，调节水嘴内能内置不同尺寸的陶瓷水嘴调节单层注水量；所述调节水嘴横向连接所述工作筒出水口并穿过外层套管。
5.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，水力脉冲波增注器与工作筒之间装有密封圈，建立起两个注水通道，桥式通道使水流从水力脉冲波增注器上部流到下部的水流通道；工作筒出水口使水流从水力脉冲波增注器内部流入油套环腔的水流通道。
6.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，工作筒侧面设置有出水口，出水口是外壁与内壁连通的水流通道，该水流通道与桥式通道间隔离不通。
7.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，所述的转向活塞中空，由阀球对转向活塞中空腔进行间断性密封，形成转向活塞中部腔室与下部腔室的连通与隔离。
8.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，油井套管内能安装多套水力脉冲波增注装置，对地层进行分层连续、不间断的水力脉冲波解堵、增注。
9.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，所述阀球拉杆内置于水力脉冲波增注器中心，上端与阀球连为一体，在转向活塞、阀球上行在上止点时，阀球拉杆在拉杆环拉力作用下将阀球拉离阀球座，阀球同阀球拉杆一起落下至拉杆环到达拉杆调节活塞中控腔底部上。
10.根据权利要求1所述的一种水力脉冲波增注装置，其特征在于，所述拉杆环内置于拉杆调节活塞中空腔内，拉杆环上行至中空腔上部使阀球脱离阀球座，拉杆与阀球一起落下至中空腔底部，当转向活塞至下行点，在拉杆环作用下阀球进入阀球座密封上行腔室。
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