CN111042787A - 一种非常规油气脉冲共振增效的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非常规油气脉冲共振增效的方法及装置，属于页岩气开采装置技术领域，其技术方案如下，包括设置地面上的多个钻井和设置到钻井内的套管，套管外壁与钻井井壁通过固井水泥固定贴合，每个所述套管内均设置有用于敲击套管内壁以向层页岩中发出振动波的敲击机构，所述敲击机构敲击套管内壁的频率与目的层的固有频率相同，以解决现有技术中由于致密储层中的页岩油气流动性较差，利用水平钻井及大规模水力压裂以对致密油气开发的效果较差的问题。

Description

一种非常规油气脉冲共振增效的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及页岩气开采装置技术领域，具体涉及一种非常规油气脉冲共振增效的方法及装置。

背景技术

页岩气是非常规天然气的一种，指在富有机质泥页岩及夹层中以吸附态和游离态为主要存在并富集的天然气。

页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、天气水界面、大面积低丰度连续成藏，低孔，低渗等特征，存在局部富集的甜点区，一般无自然产能或低产，需要水平井及大规模水力压裂才能进行经济开采。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大，分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的特点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期、稳定地产气。

页岩气是指游离及吸附在页岩微孔隙及表面的天然气之和。页岩气大部分被吸附在页岩基质颗粒表面，少部分游离在纳米级或其他孔隙中。页岩一般情况下十分致密，孔隙度小于5％，渗透率也十分低，在微达西级别范围内。因此，赋存页岩储层中的页岩气流动性非常差，造成页岩气井产量也很低。目前，页岩气开发依靠水平钻井及大规模水力压裂，实现页岩气的生产。但此方法由于地下岩层地质的复杂性所制约，很多改造效果不尽人意，且存在非常快的衰减周期，从而不能全面高效率的对页岩气进行开发。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种非常规油气脉冲共振增效的方法及装置，以解决现有技术中由于致密储层中的页岩油气流动性较差，利用水平钻井及大规模水力压裂以对致密油气开发的效果较差的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，非常规油气脉冲共振增效的装置设置到钻井内，非常规油气脉冲共振增效的装置包括设置到钻井内的套管，套管外壁与钻井井壁固定贴合，每个所述套管内均设置有用于敲击套管内壁以向页岩地层中发出振动波的敲击机构，所述敲击机构敲击套管内壁的频率与致密储层的固有频率相同。

进一步的，所述敲击机构包括：

多个敲击臂组，多个敲击臂组竖向设置于套管内，所述敲击臂组包括设置到套管中心的壳体，所述壳体内转动连接有多向凸轮，所述多向凸轮的每一向突出部的位置上均设有敲击杆，所述敲击杆贯穿壳体并抵接到套管的内壁上，所述敲击杆靠近多向凸轮的一端固定有回位块，所述敲击杆上套接有弹簧，所述弹簧一端固定到敲击杆贯穿壳体的贯穿孔内，另一端抵接到回位块的表面上；

驱动组件，所述驱动组件用于驱动每个壳体内的多向凸轮转动以驱动敲击干敲击套管内壁。

进一步的，所述驱动组件包括固定到壳体上端的电机和固定到电机输出轴上的凸轮轴，所述凸轮轴贯穿每个壳体并固定到每个多向凸轮上，且凸轮轴贯穿每个壳体上端的两端的位置均固定有轴承，所述轴承的外圈固定到壳体上，轴承的内圈固定到凸轮轴上。

进一步的，所述套管中还设置有用于检测层页岩固有频率的检测单元，所述检测单元为加速度传感器，所述加速度传感器用于检测敲击套管后其振动波信号反射回来的反射加速度。

进一步的，所述套管上端还设置有控制电机运行的控制器，所述控制器与电机电路连接。

进一步的，所述套管与钻井的内壁之间通过固井水泥固定连接。

进一步的，控制器与电机通过铠装电缆电路连接，所述电机通过铠装电缆下放并固定至套管的预定位置。

根据本发明实施例的第二方面所述的一种改善致密页岩油气储层物性的方法，包括以下步骤，

S1，先利用电机带动凸轮转动以使敲击杆对套管进行敲击，在敲击的过程中会向层页岩中发出振动波，之后利用加速度传感器来接收振动波信号的反射加速度；

S2，依次改变电机的转速，以使敲击杆分别以不同敲击频率来对套管内壁进行敲击，在利用加速度传感器分别接收不同的敲击频率下，其振动波信号反射加速度，之后确定哪种敲击频率下，反射加速度最大，从而确定层页岩的固有频率；

S3，根据步骤S2中反射速度最大时的敲击频率来确定电机的转速，并使每个套管中的电机保持此转速，以使敲击杆以此种敲击频率对套管内壁敲击，以持续对层页岩发出振动波，诱发致密储层发生共振，以此破坏岩石内部结构，从而增加层页岩的裂隙和微裂隙，增加其渗透性；

S4，通过多个钻井中的非常规油气脉冲共振增效的装置的共同作用后，在一个更大的区域使得各井间的振动互相影响，甚至叠加，形成一个地层区域共振，增加其共振作用效果。

本发明实施例具有如下优点：通过在钻井内设置的套管和敲击机构，对页岩气进行开发时可利用敲击杆对套管进行敲击以向层页岩中发出振动波，通过根据检测单元检测出层页岩中的固有频率，使敲击频率与层页岩的固有频率相同，这样在敲击的过程中可通过诱发致密储层发生共振，以此破坏岩石内部结构，增加层页岩的裂隙和微裂隙，增加其渗透性，使其物性得以改善，以便于对其中的页岩气进行开采。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的改善致密页岩油气储层物性的装置的多井正面结构示意图。

图2为本发明实施例提供的改善致密页岩油气储层物性的装置的其中单个钻进处的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的改善致密页岩油气储层物性的装置的套管内的局部结构示意图。

图4为本发明实施例提供的改善致密页岩油气储层物性的装置的壳体内的剖视结构示意图。

图中：1、套管；2、敲击臂组；21、壳体；22、多向凸轮；23、敲击杆；24、回位块；25、弹簧；31、电机；32、凸轮轴；33、轴承；41、加速度传感器；5、控制器；6、铠装电缆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

一种非常规油气脉冲共振增效的装置，如图1-4所示，包括设置到地面的多个钻井和设置到钻井内的套管1，其中一个水平井平台一般设置有4-6口井，套管1外壁与钻井井壁固定贴合，在每个套管1内均设置有用于敲击套管1内壁以向层页岩中发出振动波的敲击机构，敲击机构敲击套管1内壁的频率与层页岩的固有频率相同。在对页岩地层中的页岩气进行开发时，可利用敲击机构对套管1进行敲击以向页岩地层中发出振动波，从而增加页岩地层的裂隙和微裂隙，增加其渗透性，使其物性得以改善，以便于对其中的页岩气进行开采。

其中套管1与钻井的内壁之间通过浇筑固井水泥固定连接，这样可使套管1稳定的固定到钻井内壁上，同时可将钻井内壁与套管1之间的缝隙全部填充起来。

敲击机构包括多个敲击臂组2和驱动组件，其中多个敲击臂组2竖向设置套管1内，敲击臂组2包括设置到套管1中心的壳体21，壳体21内转动连接有多向凸轮22，其中多向凸轮22为在现有凸轮的基础上，分别围绕凸轮的轴心圆周设置多个突出部，在多向凸轮22的每一向突出部的位置上均设有敲击杆23，敲击杆23的一端贯穿壳体21并抵接到套管1的内壁上，在敲击杆23靠近多向凸轮22的一端固定连接有回位块24，且回位块24的截面大于敲击杆23的截面，另外在敲击杆23上套接有弹簧25，弹簧25一端固定连接到敲击杆23贯穿壳体21的贯穿孔内，另一端抵接到回位块24的表面上，另外驱动组件于驱动每个壳体21内的多向凸轮22转动以驱动敲击杆23敲击套管1内壁。

在使驱动组件驱动每个多向凸轮22进行转动时并使多向凸轮22的突出部抵接到回位块24上后，会推动敲击杆23前移以撞击到套管1的内壁上，之后多向凸轮22继续转动，弹簧25会推动回位块24回缩而使敲击杆23端部脱离套管1内壁，多向凸轮22继续转动时突出部抵接到回位块24上后，会继续敲击杆23敲击到套管1内壁上，如此运动下去可使敲击杆23持续对套管1内壁进行敲击以向层页岩中发出振动波。

上述的敲击臂组2在壳体21内阵列分布，这样在使每个敲击杆23对套管1进行敲击时，每个敲击杆23敲击对钻井内壁发出的振动波会在不同的位置进行叠加，叠加后振动增强部分对目的层储层加强其共振效果，使得层页岩内部更好的产生裂缝及大量微裂隙，进而提高页岩储层的渗透率。

驱动组件包括固定到套管1上端的电机31和固定到电机31输出轴上的凸轮轴32，其中凸轮轴32贯穿每个壳体21并固定到每个多向凸轮22上，且凸轮轴32贯穿每个壳体21上端的两端的位置均固定有轴承33，轴承33的外圈固定连接到壳体21上，轴承33的内圈固定连接到凸轮轴32上，另外电机31的输出轴与凸轮轴32联轴器相互固定，在电机31运转时可带带动每个多向凸轮22进行运转。

另外在套管1上端还设置有控制电机31运行的控制器5，控制器5与电机31通过铠装电缆6电路连接，通过控制器5的可便于控制电机31的运行。

上述的电机31与铠装电缆6相互固定，且通过铠装电缆6固定放置于套管1中，这样可使电机31根据需要放置到套管1中的指定位置上。

在套管1上还设置有用于检测层页岩固有频率的检测单元，其检测单元为加速度传感器41，且加速度传感器41固定连接到电机31上方，加速度传感器41用于检测敲击套管1后其振动波信号通过井中水为传播介质反射回来的反射加速度。检测时先利用敲击杆23敲击套管1以向层页岩中发射振动波，之后振动波在反射到回来时，加速度传感器41可检测该振动波信号反射回来的加速度，之后利用不同频率的敲击频率来敲击套管1内壁，以分别测定每种敲击频率下的振动波反射的加速度，建立加速度与敲击频率的对应关系，其中振动波反射加速度最大时，该敲击频率为页岩地层的固有频率，从而确定之后对套管1内壁进行敲击的频率的为此敲击频率。

本实施例中使用加速度传感器41为市售常用的加速度传感器41，如使用型号为YMC221A25的加速度传感器。

在套管1的内壁上还设有多个射孔孔眼，通过射孔孔眼，使其中的页岩气开采出来并进行收集。

实施例2

一种非常规油气脉冲共振增效的方法，包括以下步骤：

S1，先利用电机31带动凸轮转动以使敲击杆23对套管1进行敲击，在敲击的过程中会向层页岩中发出振动波，之后利用加速度传感器41来接收振动波信号的反射加速度；

S2，依次改变电机31的转速，以使敲击杆23分别以不同敲击频率来对套管1内壁进行敲击，在利用加速度传感器41分别接收不同的敲击频率下，其振动波信号反射加速度，之后确定哪种敲击频率下，反射加速度最大，从而确定层页岩的固有频率；

S3，根据步骤S2中反射速度最大时的敲击频率来确定电机31的转速，并使每个套管1中的电机31保持此转速，以使敲击杆23以此种敲击频率对套管1内壁敲击，以持续对层页岩发出振动波，诱发致密储层发生共振，以此破坏岩石内部结构，从而增加单井页岩储层的裂隙和微裂隙，增加其渗透性；

S4，通过一个水井平台上的4-6口钻井的非常规油气脉冲共振增效的装置的共同作用后，在一个更大的区域使得各井间的振动互相影响，甚至叠加，形成一个地层区域共振，增加其共振作用效果。

通过此步骤进行操作之后，诱发致密储层发生共振，破坏岩石内部结构，可增加层页岩的裂隙和微裂隙，增加其渗透性，使之后对页岩气进行开发是更加容易，达到增产的效果。

本发明通过在钻井内设置的套管1和敲击机构，对页岩气进行开发时可利用敲击杆23对套管1进行敲击以向层页岩中发出振动波，通过根据检测单元检测出层页岩中的固有频率，使敲击频率与层页岩的固有频率相同，这样在敲击的过程中可通过诱发致密储层发生共振，以此破坏岩石内部结构，增加层页岩的裂隙和微裂隙，增加其渗透性，使其物性得以改善，以便于对其中的页岩气进行开采。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种非常规油气脉冲共振增效的装置，非常规油气脉冲共振增效的装置设置到钻井内，其特征在于：非常规油气脉冲共振增效的装置包括设置到钻井内的套管，套管外壁与钻井井壁固定贴合，每个所述套管内均设置有用于敲击套管内壁以向页岩地层中发出振动波的敲击机构，所述敲击机构敲击套管内壁的频率与致密储层的固有频率相同。

2.根据权利要求1所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，其特征在于：所述敲击机构包括：

多个敲击臂组，多个敲击臂组竖向设置于套管内，所述敲击臂组包括设置到套管中心的壳体，所述壳体内转动连接有多向凸轮，所述多向凸轮的每一向突出部的位置上均设有敲击杆，所述敲击杆贯穿壳体并抵接到套管的内壁上，所述敲击杆靠近多向凸轮的一端固定有回位块，所述敲击杆上套接有弹簧，所述弹簧一端固定到敲击杆贯穿壳体的贯穿孔内，另一端抵接到回位块的表面上；

驱动组件，所述驱动组件用于驱动每个壳体内的多向凸轮转动以驱动敲击干敲击套管内壁。

3.根据权利要求2所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，其特征在于：所述驱动组件包括固定到壳体上端的电机和固定到电机输出轴上的凸轮轴，所述凸轮轴贯穿每个壳体并固定到每个多向凸轮上，且凸轮轴贯穿每个壳体上端的两端的位置均固定有轴承，所述轴承的外圈固定到壳体上，轴承的内圈固定到凸轮轴上。

4.根据权利要求1所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，其特征在于：所述套管中还设置有用于检测层页岩固有频率的检测单元，所述检测单元为加速度传感器，所述加速度传感器用于检测敲击套管后其振动波信号反射回来的反射加速度。

5.根据权利要求2所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，其特征在于：所述套管上端还设置有控制电机运行的控制器，所述控制器与电机电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，其特征在于：所述套管与钻井的内壁之间通过固井水泥固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种非常规油气脉冲共振增效的装置，其特征在于：控制器与电机通过铠装电缆电路连接，所述电机通过铠装电缆下放并固定至套管的预定位置。

8.一种非常规油气脉冲共振增效的方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，先利用电机带动凸轮转动以使敲击杆对套管进行敲击，在敲击的过程中会向层页岩中发出振动波，之后利用加速度传感器来接收振动波信号的反射加速度；

S2，依次改变电机的转速，以使敲击杆分别以不同敲击频率来对套管内壁进行敲击，在利用加速度传感器分别接收不同的敲击频率下，其振动波信号反射加速度，之后确定哪种敲击频率下，反射加速度最大，从而确定层页岩的固有频率；

S3，根据步骤S2中反射速度最大时的敲击频率来确定电机的转速，并使每个套管中的电机保持此转速，以使敲击杆以此种敲击频率对套管内壁敲击，以持续对层页岩发出振动波，诱发致密储层发生共振，以此破坏岩石内部结构，从而增加层页岩的裂隙和微裂隙，增加其渗透性；

S4，通过多个钻井中的非常规油气脉冲共振增效的装置的共同作用后，在一个更大的区域使得各井间的振动互相影响，甚至叠加，形成一个地层区域共振，增加其共振作用效果。

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