CN111140200A - 一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统及解堵方法 - Google Patents

Abstract

一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统及解堵方法，属于采油井筒清理技术领域。其特征在于：井筒（7）内的采油树（6）的上端同时与水罐车（1）的进液口和酸液罐车（2）的出液口相连通，水罐车（1）的进液口与采油树（6）之间设置有排液阀（3），酸液罐车（2）的出液口与采油树（6）之间设置有注液阀（4），采油树（6）还连接有压力传感器（5），控制装置同时与排液阀（3）、注液阀（4）以及压力传感器（5）相连。本正负耦合脉冲化学物理解堵系统可应用于处于作业过程的油水井，主要应用于不动生产管柱状态下油水井解堵增注作用，由于不动管柱，施工方便，节约作业成本；本解堵方法通过正、负脉冲技术实现解堵增注。

Description

一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统及解堵方法

技术领域

一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统及解堵方法，属于采油井筒清理技术领域。

背景技术

油田进入高含水期，多套井网并行开发，开发条件及井下条件越趋复杂，油井矿化堵塞、结垢问题日益突出。井底周围附近所沉淀的固态烃类物质和机械杂质，如沙子、泥土、石膏、腐蚀产物、硫化铁和结晶盐，还有沥青、树脂、焦油和蜡等物质。使得油井管内部的有效截面缩小，不仅影响正常生产，还会造成垢下腐蚀，危害巨大。

目前，对油井清洗的方法有化学清洗法、盘管法、压力脉冲振荡法、电磁加热器底层水清洗法。其中，化学清洗法主要通过加入一种或几种化学药剂或其水溶液清除管壁的污物和污垢，然后在地层压力足够的情况下，通过洗井车将井内液体抽出，将管壁上溶解后的污垢悬浮状颗粒物排出，但该方法所能清理的结垢物受洗井车容量限制，不能满足连续工作的要求，致使井筒中的悬浮杂质会重新沉降，洗井不彻底。盘管法主要将一盘管插入于井筒中的生产管子内，将含絮凝剂的清洗流体通入到井中，而让清洗流体中的絮凝剂与井筒中的固体粒状物混合，以絮凝此粒状物，然后从井中排出此清洗流体与已絮凝的粒状物，该方法每次清洗都得插入盘管，比较麻烦，另外絮凝效果对于坚硬垢状物质效果不好。压力脉冲振荡法是利用洗井作业的管线和设备由液体对堵塞地层进行由所定最高压力至所定最低压力的交替作用，所产生的压力脉冲振荡使得结垢部分剥离，还需通过二次洗井将堵塞物排出井口，对顽固结垢，但是该方法仅靠物理方法，洗井不够彻底。电磁加热器地层水清洗法是利用电磁加热器洗井装置，主要是由耐高温电缆、多组电磁加热器和变频电源控制柜组成，在电磁加热管内可以构成一个回路，电源控制柜首先将耐高温的电缆流向输出至加热器，再将地层水加热，对管内原油进行加温，会增强其的流动性，降低阻力，保证开采油田工作的顺利进行，但此方法只能解决结蜡的问题，对于其他类型的结垢效果不好。

申请号为201310739304.5的中国发明专利申请公开了一种复合解堵方法，其在一定程度上实现了正压、负压的配合，但仅有一次正压、负压过程，清理效果有限，并且其清理时间较长，清理很不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种清理时间短，清理速度快，清理彻底，可应用于不动生产管柱状态下油水井解堵的正负耦合脉冲化学物理解堵系统及解堵方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该正负耦合脉冲化学物理解堵系统，其特征在于：包括水罐车、酸液罐车以及控制装置，井筒内的采油树的上端同时与水罐车的进液口和酸液罐车的出液口相连通，水罐车的进液口与采油树之间设置有排液阀，酸液罐车的出液口与采油树之间设置有注液阀，采油树还连接有压力传感器，控制装置同时与排液阀、注液阀以及压力传感器相连。

优选的，所述的排液阀和注液阀均为气动阀，排液阀和注液阀均连接有压缩空气。

优选的，所述的气动阀的进液口设置有滤网，气动阀的进液口的底部设置有积杂槽，积杂槽和滤网沿液体流向依次设置。

上述的正负耦合脉冲化学物理解堵系统的解堵方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）打开注液阀，通过酸液罐车向井筒内加注酸液，使井筒内的压力升高，然后关闭注液阀；

步骤2）快速打开排液阀，使井筒内液体向上传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石空隙中的堵塞物质；

步骤3）快速关闭排液阀，使井筒内液柱静压缓慢回升，形成一个降压急速、压力恢复缓慢的负压快、正压慢的过程，使地层快速排出堵塞物，缓慢洗液；

步骤4）重复步骤2）~3），使堵塞物随井筒内液体连续地向上运动，直至排出至水罐车内；

步骤5）迅速打开注液阀，使酸液罐车内的酸液在压力作用下快速注入井筒，液体向下传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石孔隙中的堵塞物质；

步骤6）快速关闭注液阀，使井筒内液柱静压缓慢上升，形成正压脉冲，使地层快速排出堵塞物；

步骤7）注液阀关闭4~6s后，再次打开注液阀并持续0.4~0.6s后关闭，形成第二个脉冲；

步骤8）以2~3次/min的频率重复步骤2）~7），直至堵塞物排出井筒；

步骤9）待井筒内降低至指定压力后，结束本次解堵作业。

优选的，步骤1）中所述的井筒内的压力升高至25~30MPa。

优选的，步骤2）中所述的排液阀打开并持续0.5s。

优选的，步骤4）中重复步骤2）~3）四次。

优选的，步骤7）中所述的注液阀关闭5s后，再打开注液阀，并维持0.5s。

优选的，步骤9）中的井筒内的压力降低至3MPa后结束本次解堵作业。

正负耦合脉冲化学物理解堵方法的原理是：

当选择正压脉冲模式时，通过设置合理的正压脉冲频率参数，控制注液阀开启0.5s，关闭5s（根据不同井筒深调节时间长短），反复执行，直到压力达到30MPa，以形成一个正压的脉冲压力波动，该正压脉冲产生的水击压力波作用于井筒内，由于正水击压力超过井筒内管壁结垢的破裂压力，而且水击作用时间短，在结垢上产生不规则的网状裂缝，数次水击作用后裂缝不断延伸，正水击作用后，再注入一定量的化学解堵剂，解堵剂溶蚀裂缝表面及孔隙的堵塞物，使得井内结垢、杂质脱落，反复注液持续增压至30MPa。闷井半小时后，打开排液阀，排出结垢和杂质，达到洗井目的。

当选择负压脉冲模式时，通过设置合理的负压脉冲频率参数，通过向井筒注入酸液增压，使井筒内形成高压环境（25~30MPa），闷井半小时，使得井内结垢和酸液反应松动、脱落，然后通过控制排液阀开启0.3s，关闭2s（根据不同井筒深调节时间长短），反复执行，直到压力降至3MPa，瞬间释放井筒内高压液体而产生负压，其瞬间释放的井口压力可以产生瞬时高压，瞬时高压的传导功率为几兆瓦，此功率以压力波的形式施加于井壁，可击碎或松动地层裂缝与孔隙中的堵塞物，另外通过使井筒内液柱上下晃动而产生的谐振波使井底周围快速建立一个可重复的负压环境，使井底周围产生众多的微裂缝，在众多的微裂缝和孔喉中有大量液体晃动情况下会产生显著压差，在连续施工的前提下这种压差会引发人工裂缝和扩展自然裂缝，从而加速结垢的脱落。

当选择耦合脉冲模式时，是将正压脉冲油井解堵控制与负压脉冲油井解堵控制两种解堵手段创新性地结合在一起使用。分别设置正、负压脉冲频率参数，以产生两种截然不同的强压差脉冲作用于井筒堵塞物，该方法结合了正压脉冲解堵技术、负压脉冲解堵控制技术各自的优点，通过控制注液阀开启0.5s，关闭5s（根据不同井筒深调节时间长短），反复执行，向井筒多股数、间歇性的补酸液增压，使井筒内形成高压环境（25~30MPa），闷井半小时，使得井内结垢和酸液反应松动、脱落，然后通过控制排液阀开启0.3s，关闭2s（根据不同井深调节时间长短），多股数、间歇性的瞬间释放井筒内高压液体而产生负压，反复执行4次（根据不同井深调节次数），以压力波的形式施加于地层，击碎或松动井内地层裂缝与孔隙中的堵塞物。然后再次控制注液阀开启0.5s，关闭5s（根据不同井深调节时间长短），反复执行2次（根据不同井深调节次数），向井内增压，循环次过程，直到井内压力降至3MPa。由于两种不同解堵技术的影响作用，使井筒内液柱上下晃动而产生的谐振波使井底周围快速建立一个强波动的压力环境，该波动压力环境具有周期性（每分钟12~20次），并且这个作用过程是不对称的，即具有降压急速、压力恢复缓慢的特点。并且在负压式液体脉冲和长时间的连续的液体回返运动的作用下，被击碎的储层孔喉中的胶结物、沉淀物及开采过程中形成的污染物会通过冲击作用随井筒内液体返排到地面，而不会将沉淀物重新挤入到地层中去，从而实现堵塞油井的解堵目的。此外，通过优化正负耦合脉冲油井解堵控制的发生频率和正、负压脉宽，实时对脉冲参数进行设置，堵塞管路能够和正、负压脉冲可以形成连续共振，可以达到更好的连续解堵效果，提高解堵效率。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本正负耦合脉冲化学物理解堵系统的控制装置能够通过注液阀和排液阀控制向井筒内注入酸液或将井筒内的液体排出，可应用于处于作业过程的油水井，但优势在于，其主要应用于不动生产管柱状态下油水井解堵增注作用，由于不动管柱，施工方便，节约作业成本，清理时间短，清理速度快，清理彻底。

2、排液阀和注液阀均为气动阀，通过压缩空气控制，不存在安全隐患。

3、通过设置滤网，能够避免过滤出排出液中的杂质，避免杂质在阀芯处沉积，影响气动阀的密封性，且难以清理，积杂槽能够容纳滤除的杂质，并且方便进行清洗。

4、本解堵方法通过正、负脉冲技术，主要利用“冲击波+谐振波+连续负压”，剥离、反排堵塞物，实现解堵增注，正压脉冲由井筒至储层传播，负压脉冲由储层至井筒传播，通过双向压差、振动实现脉冲耦合，大幅提升对堵塞物冲击、剥离效果，同时加强了化学体系解堵效果，并且能够实现正负脉冲多次耦合、叠加，提升效果，实现了不动管柱的脉冲耦合解堵增注，该实施方式施工简单，成本低。负脉冲过程不需要泵车组，利用注水流程压即可，且负压脉冲利用井口按一定周期、压差大小进行变化，从而在井底产生一定规律的变化负压，实现对解堵物的高效返排。

5、注液阀关闭5s后在打开注液阀维持0.5s，既能够保证井筒内的压力，又能够保证酸液对井筒内的堵塞物进行分解，保证对井筒解堵彻底。

附图说明

图1为正负耦合脉冲化学物理解堵系统的结构示意图。

图2为气动阀的主视剖视示意图。

图中：1、水罐车 2、酸液罐车 3、排液阀 4、注液阀 5、压力传感器 6、采油树7、井筒 8、阀体 9、阀芯 10、阀杆 11、转轴 12、安装环 13、滤网 14、积杂槽。

具体实施方式

图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。

一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统，包括水罐车1、酸液罐车2以及控制装置，井筒7内的采油树6的上端同时与水罐车1的进液口和酸液罐车2的出液口相连通，水罐车1的进液口与采油树6之间设置有排液阀3，酸液罐车2的出液口与采油树6之间设置有注液阀4，采油树6还连接有压力传感器5，控制装置同时与排液阀3、注液阀4以及压力传感器5相连。本正负耦合脉冲化学物理解堵系统的控制装置能够通过注液阀4和排液阀3控制向井筒7内注入酸液或将井筒7内的液体排出，可应用于处于作业过程的油水井，但优势在于，其主要应用于不动生产管柱状态下油水井解堵增注作用，由于不动管柱，施工方便，节约作业成本，清理时间短，清理速度快，清理彻底。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。

具体的：如图1所示：采油树6的上端安装有四通管，四通管的一端为设置在竖直面内的“十”字形，四通管的下端口与采油树6的上端相连通，上端与水罐车1的进液口相连通，从而使由井筒7内排出的液体直接进入到水罐车内，避免影响堵塞物的排出。四通管右侧的端口与酸液罐车2的出液口相连通，从而能够将酸液罐车2内的酸液通过采油树6注入到井筒7内。压力传感器5安装在四通管左侧的端口上，从而实时监测井筒7内的压力。

在水罐车1的进液口与四通管之间设置有排液阀3，在酸液罐车2与四通管的之间设置有注液阀4，从而方便控制酸液的注入以及液体的排出。

控制装置为PLC控制器，压力传感器5与PLC控制器的信号输入端相连，PLC控制器的信号输出端与注液阀4和排液阀3相连，从而控制酸液的注入以及液体的排出，控制方便。

如图2所示：注液阀4和排液阀3均为气动阀，气动阀的阀芯9为球形，阀芯9的一侧设置有连通口，阀芯9通过转轴11转动安装在阀体8的中部，气动阀的阀杆10的下端与阀芯9相连，并带动其转动。阀体8的进液口内设置有滤网13，阀体8的进液口的底部还设置有积杂槽14，积杂槽14和滤网13沿液体的流向依次设置，滤网13能够对液体进行过滤，并滤处排出液中的杂质，积杂槽14能够容纳滤除的杂质，方便对杂质的清理。

滤网13靠近阀芯9的一侧设置有环形的安装环12，安装环12可拆卸的与阀体8的进水口卡接，方便对滤网13进行更换。

本发明还提供了一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统的解堵方法，包括如下步骤：

步骤1）打开注液阀4，通过酸液罐车2向井筒7内加注酸液，使井筒7内的压力升高，然后关闭注液阀4；

PLC控制器控制注液阀4打开，使酸液罐车2内的酸液通过采油树6注入到井筒7内，从而并使井筒7内的压力到达指定压力25~30MPa，然后关闭注液阀4。

步骤2）快速打开排液阀3，使井筒7内液体向上传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石空隙中的堵塞物质；

迅速打开排液阀3并维持0.5s，使井筒7内处于压力作用下的液体快速排至井口，形成一个很大的冲击波，该冲击波通过井筒7内液体向上传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石孔隙中的堵塞物质；

步骤3）快速关闭排液阀3，使井筒7内液柱静压缓慢回升，形成一个降压急速、压力恢复缓慢的负压快、正压慢的过程，使地层快速排出堵塞物，缓慢洗液；

快速关闭排液阀3，使井筒7内液柱静压缓慢回升，从而形成一个降压急速、压力恢复缓慢的负压快、正压慢的过程，此过程即为一个脉冲，可使地层快速排出堵塞物，缓慢吸液；

步骤4）重复步骤2）~3），使堵塞物随井筒7内液体连续地向上运动，直至排出至水罐车1内；

重复步骤2）~3）四次，使堵塞物随井筒7内液体连续地向井筒7上方运动，直至排出井口至水罐车1中；

步骤5）迅速打开注液阀4，使酸液罐车2内的酸液在压力作用下快速注入井筒7，液体向下传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石孔隙中的堵塞物质；

迅速打开注液阀4，使液体在压力作用下快速注入井筒7，形成一个很大的冲击波，该冲击波通过井筒7内液体向下传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石孔隙中的堵塞物质；

步骤6）快速关闭注液阀4，使井筒7内液柱静压缓慢上升，形成正压脉冲，使地层快速排出堵塞物；

快速关闭注液阀4，使井筒7内液柱静压缓慢上升形成井筒7向射孔段施加的正压，从而形成一个正压脉冲，可使地层快速排出堵塞物，缓慢吸液；

步骤7）注液阀4关闭4~6s后，再次打开注液阀4并持续0.4~0.6s后关闭，形成第二个脉冲；

注液阀4关闭5秒后，再次打开注液阀4并持续0.5s后关闭，形成第二个脉冲；

步骤8）以2~3次/min的频率重复步骤2）~7），直至堵塞物排出井筒7；

以2~3次/分钟的频率重复步骤2）~7），使堵塞物随井筒7内液体连续地向井筒7上方运动，直至排出井口至水罐车1中；

步骤9）待井筒7内降低至指定压力后，结束本次解堵作业。

待井筒7内压力降低至3MPa后，结束本次解堵作业。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种正负耦合脉冲化学物理解堵系统，其特征在于：包括水罐车（1）、酸液罐车（2）以及控制装置，井筒（7）内的采油树（6）的上端同时与水罐车（1）的进液口和酸液罐车（2）的出液口相连通，水罐车（1）的进液口与采油树（6）之间设置有排液阀（3），酸液罐车（2）的出液口与采油树（6）之间设置有注液阀（4），采油树（6）还连接有压力传感器（5），控制装置同时与排液阀（3）、注液阀（4）以及压力传感器（5）相连。

2.根据权利要求1所述的正负耦合脉冲化学物理解堵系统，其特征在于：所述的排液阀（3）和注液阀（4）均为气动阀，排液阀（3）和注液阀（4）均连接有压缩空气。

3.根据权利要求2所述的正负耦合脉冲化学物理解堵系统，其特征在于：所述的气动阀的进液口设置有滤网（13），气动阀的进液口的底部设置有积杂槽（14），积杂槽（14）和滤网（13）沿液体流向依次设置。

4.根据权利要求1~3任一项所述的正负耦合脉冲化学物理解堵系统的解堵方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1）打开注液阀（4），通过酸液罐车（2）向井筒（7）内加注酸液，使井筒（7）内的压力升高，然后关闭注液阀（4）；

步骤2）快速打开排液阀（3），使井筒（7）内液体向上传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石空隙中的堵塞物质；

步骤3）快速关闭排液阀（3），使井筒（7）内液柱静压缓慢回升，形成一个降压急速、压力恢复缓慢的负压快、正压慢的过程，使地层快速排出堵塞物，缓慢洗液；

步骤4）重复步骤2）~3），使堵塞物随井筒（7）内液体连续地向上运动，直至排出至水罐车（1）内；

步骤5）迅速打开注液阀（4），使酸液罐车（2）内的酸液在压力作用下快速注入井筒（7），液体向下传递直接作用于地层，击碎或松动地层岩石孔隙中的堵塞物质；

步骤6）快速关闭注液阀（4），使井筒（7）内液柱静压缓慢上升，形成正压脉冲，使地层快速排出堵塞物；

步骤7）注液阀（4）关闭4~6s后，再次打开注液阀（4）并持续0.4~0.6s后关闭，形成第二个脉冲；

步骤8）以2~3次/min的频率重复步骤2）~7），直至堵塞物排出井筒（7）；

步骤9）待井筒（7）内降低至指定压力后，结束本次解堵作业。

5.根据权利要求4所述的解堵方法，其特征在于：步骤1）中所述的井筒（7）内的压力升高至25~30MPa。

6.根据权利要求4所述的解堵方法，其特征在于：步骤2）中所述的排液阀（3）打开并持续0.5s。

7.根据权利要求4所述的解堵方法，其特征在于：步骤4）中重复步骤2）~3）四次。

8.根据权利要求4所述的解堵方法，其特征在于：步骤7）中所述的注液阀（4）关闭5s后，再打开注液阀（4），并维持0.5s。

9.根据权利要求4所述的解堵方法，其特征在于：步骤9）中的井筒（7）内的压力降低至3MPa后结束本次解堵作业。

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