CN111608625A - 冲击波发生装置和油气井增产的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种冲击波发生装置和油气井增产的方法，涉及电脉冲技术领域。冲击波发生装置包括依次电连接的电源、变压器、整流装置、高压储能电容、放电开关和水中负载，电源用于为装置持续工作提供电能，变压器和整流装置用于将电源输出的低压交流电转换为所需的高压直流电，高压储能电容用于进行存储电能，放电开关用于在导通后、使高压储能电容存储的电能加载到水中负载、形成冲击波。油气井增产的方法采用冲击波发生装置，并使形成的冲击波的频率与油气井中储层的固有振动频率相等。本装置和方法利用电脉冲放电产生的冲击波与油气井中储层共振来进行油气井增产，兼具冲击波强度大、增产效果好和工作重复稳定性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电脉冲技术领域，具体而言，涉及一种冲击波发生装置和油气井增产的方法。
背景技术
电脉冲采油技术作为一种新兴的油气井解堵增产技术，其相关研究在国内外正处于蓬勃发展阶段。按照产生冲击波的方式，现有的电脉冲采油技术大概可分为两大类：
(1)基于水间隙击穿放电原理产生冲击波，装置原理简单，运行稳定可靠，重复放电次数可达上万次。但由于水间隙的击穿需要很大一部分能量进行预加热，能量利用效率较低，单次放电所产生的冲击波强度较小。
(2)基于金属丝电爆炸原理产生冲击波，由于采用金属丝作为聚能载体，无需加热水间隙，能量利用效率大幅提高，和前者相比，同等体积装置冲击波强度可提高5～10倍。但该技术要求装置在每次放电后自动装载金属丝，其装丝机构较复杂，在井下的工作稳定性较差，重复放电次数不超过100次。
现有技术普遍存在的客观缺点在于产生的冲击波强度比较小，或装置稳定性比较差，或两者兼而有之，导致在部分油气井的解堵增产效果欠佳。
因此，设计一种冲击波发生装置，能够同时具备冲击波强度大、增产效果好和工作重复稳定性高的优点，这是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种冲击波发生装置和油气井增产的方法，其能够同时具备冲击波强度大、增产效果好和工作重复稳定性高的优点。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种冲击波发生装置，应用于油气井，所述冲击波发生装置包括依次电连接的电源、变压器、整流装置、高压储能电容、放电开关和水中负载，电源用于为装置持续工作提供电能，变压器和整流装置用于将电源输出的低压交流电转换为所需的高压直流电，所述高压储能电容用于进行存储电能，所述放电开关用于在导通后、使所述高压储能电容存储的电能加载到所述水中负载、形成冲击波。
在可选的实施方式中，所述水中负载上形成的所述冲击波的频率与所述油气井中储层的固有振动频率相等。
在可选的实施方式中，所述高压储能电容为金属化PET薄膜高压电容。
在可选的实施方式中，所述放电开关为半导体器件、自击穿球间隙空气开关、场畸变型空气间隙火花开关和或机械式空气间隙开关中的任一种。
在可选的实施方式中，所述水中负载为水间隙负载或金属丝负载。
在可选的实施方式中，所述整流装置与所述高压储能电容通过下井电缆电连接。
在可选的实施方式中，所述下井电缆为高压直流电缆，所述高压直流电缆的额定电压大于或等于10kV，所述高压直流电缆的额定电流大于或等于10A。
这样，本装置使用的下井电缆130高压直流电缆，能量传输效率远远高于现有装置。
在可选的实施方式中，所述电源为发电机，所述发电机的电容量大于或等于200kVA。
在可选的实施方式中，所述冲击波发生装置还包括控制台和测量模块，所述测量模块与所述控制台电连接，所述测量模块用于测量所述下井电缆的电流和所述高压储能电容的电压、并发送至所述控制台。
在可选的实施方式中，所述控制台与所述电源电连接，所述控制台用于控制所述电源启停。
这样，通过调节装置的放电时间间隔，使得产生周期性的冲击波的频率与附近油气井中储层的固有振动频率相等，在储层中形成共振，大幅提高振动的幅值和作用范围，从而大幅提高增产作用的效果。
第二方面，本发明实施例提供一种油气井增产的方法，所述方法采用第一方面所述的冲击波发生装置，并使形成的冲击波的频率与油气井中储层的固有振动频率相等。
本发明实施例提供的冲击波发生装置和油气井增产的方法的有益效果：
(1)本装置和方法利用电脉冲放电产生的冲击波与油气井中储层共振来进行油气井增产，兼具冲击波强度大、增产效果好和工作重复稳定性高的优点；
(2)本装置和方法在油气井的储层中产生比较强烈的共振，可以达到在一口井作业、多口井受影响的“以点带面”效果。
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为本发明实施例提供的冲击波发生装置的组成框图；
图2为本发明实施例提供的冲击波发生装置的工作流程图。
图标：100-冲击波发生装置；110-井上部分；111-控制台；112-测量模块；113-电源；114-变压器；115-整流装置；120-井下部分；121-高压储能电容；122-放电开关；123-水中负载；130-下井电缆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
现有技术普遍存在的客观缺点在于产生的冲击波强度比较小，或装置稳定性比较差，或两者兼而有之，导致在部分油气井的解堵增产效果欠佳。对此，本实施例提供一种冲击波发生装置，能够同时具备冲击波强度大、增产效果好和工作重复稳定性高的优点。
请参考图1，本实施例提供了一种冲击波发生装置100，主要应用于油气井中，实现对油气井解堵增产的作用。
冲击波发生装置100包括井上部分110、井下部分120和下井电缆130，其中，井上部分110包括控制台111、测量模块112、电源113、变压器114和整流装置115。电源113、变压器114和整流装置115依次电连接。所述测量模块112与所述控制台111电连接，所述测量模块112用于测量所述下井电缆130的电流和所述高压储能电容121的电压、并发送至所述控制台111。所述控制台111与所述电源113电连接，所述控制台111用于控制所述电源113启停。
井下部分120包括依次电连接的高压储能电容121、放电开关122和水中负载123，所述高压储能电容121用于进行存储电能，所述放电开关122用于在导通后、使所述高压储能电容121存储的电能加载到所述水中负载123、形成冲击波。
在其它实施例中，冲击波发生装置100的井上部分110和井下部分120可以按照其它标准划分，例如，将电源113、变压器114、整流装置115和测量模块112都安装在井下，对应的将控制台111与电源113之间的连接以及控制台111与测量模块112之间的连接均采用下井电缆130。或者，也可以将高压储能电容121和放电开关122均安装在井上，便于维护和替换，对应的，将放电开关122与水中负载123之间的连接采用下井电缆130。
具体的，控制台111为整套装置的控制中枢，控制台111具备总电源113开关、数据监测、故障保护、紧急断电等功能。
电源113采用220V单相或380V三相工频市电，也可以采用井场的施工电源或市面上成熟的大容量发电机，电源113的容量宜在200kVA以上。
变压器114和整流装置115工作于工频段，也就是说，变压器114的工作频率的范围可以为：45Hz～65Hz，变压器114和整流装置115宜根据电源113的电压、容量和相数选用相匹配的市面上的成熟产品。
测量模块112的主要测量信号为下井电缆130的电流和高压储能电容121上的电压，宜在整流装置115出口处测得。具体的，测量模块112可以包括电流表，用于检测下井电缆130的电流，测量模块112可以包括电压表，用于检测高压储能电容121上的电压。测量模块112检测到的信号均发送至控制台111。
本实施例中，控制台111、电源113、变压器114、整流装置115和测量模块112可以设计成一个整体结构，便于运输、安装，也可以将其中某些模块组合作为一个整体结构。或者，控制台111也可以安装在室内，以便操作人员观察和操作。
高压储能电容121宜采用高储能密度的金属化PET薄膜高压电容，具有较强的工作稳定性和较高的充放电频率。高压储能电容121的额定电压宜采用10kV，电容量宜为10μF～100μF。
放电开关122是本装置的关键模块之一，它在回路中的作用有两个：一是充电时将放电回路和高压储能电容121电气隔离；二是放电时快速接通电路，使高压储能电容121对水中负载123放电。
在本装置中，放电开关122需在充电阶段承受10kV以上的充电电压，在放电阶段通过几十kA的瞬间大电流，且在井下可靠地实现10Hz以上的开关操作频率，宜采用大功率的半导体器件、自击穿球间隙空气开关、场畸变型空气间隙火花开关或机械式空气间隙开关等类型的开关。
水中负载123可采用水间隙负载或金属丝负载。如果采用水间隙负载，宜采用耐烧蚀的合金金属电极材料，并设计成耐烧蚀电极形状，以免电极头部过快烧蚀，影响放电效果。
下井电缆130也是本装置的关键模块之一，宜采用额定电压大于或等于10kV、额定电流大于或等于10A的高压直流电缆，同时必须满足油气井的下井要求。
请参阅图2，本发明实施例提供的冲击波发生装置100的工作过程为：
S1：控制台111控制电源113通过变压器114和整流装置115对井下的高压储能电容121进行充电储能。
S2：当高压储能电容121的充电电压达到设定要求时，放电开关122导通，电容高压储能电容121储存的能量瞬间加载在水中负载123上，形成瞬间的脉冲大电流和冲击波。
其中，冲击波能够清除电极附近储层和管道中堵塞的污染，疏通储层的天然通道，并产生新的微裂缝，改造储层的特性。通过高压储能电容121周期性的充放电，重复上述过程，最终达到油气井解堵增产的效果。
特别的，本实施例的装置通过调节放电时间间隔，使得产生周期性的冲击波的频率与附近油气井中储层的固有振动频率相等，在储层中形成共振，大幅提高振动的幅值和作用范围，从而大幅提高增产作用的效果。
此外，本实施例还提出了利用电脉冲放电产生的冲击波与油气井中储层共振来进行油气井增产的方法，油气井增产的方法采用本实施例提供的冲击波发生装置100，并使形成的冲击波的频率与油气井中储层的固有振动频率相等。该方法的具体过程为：
将本实施例提供的冲击波发生装置100置于井下作业点进行周期性的脉冲放电，通过改变装置参数，调节放电频率，使得产生周期性的冲击波的频率与附近油气井中储层的固有振动频率相等，在储层中形成共振，大幅提高振动的幅值和作用范围，从而大幅提高增产作用效果。
本方法的关键在于如何使放电频率应尽可能接近储层的固有振动频率。由于不同的储层有不同的固有振动频率，宜采用以下方法确定储层的固有振动频率：(1)查阅相关的地质资料；(2)通过专业设备实地测量；(3)将本实施例提供的冲击波发生装置100的放电频率在较宽的一个频段内进行扫频作业，现场测量储层的振动的极大值，来推算储层的固有振动频率。
本发明实施例提供的冲击波发生装置100和油气井增产的方法的有益效果：
(1)本装置的功率大幅高于现有装置，可以实现快速地充放电，以满足放电频率和储层固有振动频率相等的要求；
(2)本装置和方法利用电脉冲放电产生的冲击波与油气井中储层共振来进行油气井增产，兼具冲击波强度大、增产效果好和工作重复稳定性高的优点；
(3)本装置和方法在油气井的储层中产生比较强烈的共振，可以达到在一口井作业、多口井受影响的“以点带面”效果；
(4)本装置使用的下井电缆130为高压直流电缆，能量传输效率远远高于现有装置；
(5)本装置将变压器114、整流装置115和测量模块112都布置于地面，简化了井下部分120的复杂程度，提高了工作稳定性。
容易理解的是，本发明实施例提供的冲击波发生装置100和方法的核心在于：冲击波发生装置100的放电频率尽可能接近储层的固有振动频率，以在储层中形成共振。当然，通过其它类型的运用于油气井的冲击波发生装置100也可能使放电频率接近储层的固有振动频率，从而达到类似于本实施例中技术效果。其它类型的运用于油气井的冲击波发生装置100如果也是通过所述高压储能电容121存储的电能加载到所述水中负载123、形成冲击波，那么这些类型的冲击波发生装置100都应该属于本申请要求保护的范围。
本实施例中提到的参数取值，例如电源113的电压、高压储能电容121的参数、下井电缆130的参数等，都只是经过实验验证的较为理想的取值，不排除在其它取值下，也能够实现本实施例的技术效果。因此，本领域的技术人员在不改变本实施例的技术核心的前提下，调整本实施例中的一些参数而获得其它扩展的技术方案，这些扩展的技术方案也应该属于本申请要求保护的范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种冲击波发生装置，应用于油气井，其特征在于，所述冲击波发生装置包括依次电连接的电源(113)、变压器(114)、整流装置(115)、高压储能电容(121)、放电开关(122)和水中负载(123)，所述电源(113)用于为装置持续工作提供电能，所述变压器(114)和所述整流装置(115)用于将所述电源(113)输出的低压交流电转换为所需的高压直流电，所述高压储能电容(121)用于进行存储电能，所述放电开关(122)用于在导通后、使所述高压储能电容(121)存储的电能加载到所述水中负载(123)、形成冲击波。
2.根据权利要求1所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述水中负载(123)上形成的所述冲击波的频率与所述油气井中储层的固有振动频率相等。
3.根据权利要求1所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述高压储能电容(121)为金属化PET薄膜高压电容。
4.根据权利要求1所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述放电开关(122)为半导体器件、自击穿球间隙空气开关、场畸变型空气间隙火花开关和机械式空气间隙开关中的任一种。
5.根据权利要求1所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述水中负载(123)为水间隙负载或金属丝负载。
6.根据权利要求1所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述整流装置(115)与所述高压储能电容(121)通过下井电缆(130)电连接。
7.根据权利要求6所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述下井电缆(130)为高压直流电缆，所述高压直流电缆的额定电压大于或等于10kV，所述高压直流电缆的额定电流大于或等于10A。
8.根据权利要求6所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述冲击波发生装置还包括控制台(111)和测量模块(112)，所述测量模块(112)与所述控制台(111)电连接，所述测量模块(112)用于测量所述下井电缆(130)的电流和所述高压储能电容(121)的电压、并发送至所述控制台(111)。
9.根据权利要求8所述的冲击波发生装置，其特征在于，所述控制台(111)与所述电源(113)电连接，所述控制台(111)用于控制所述电源(113)启停。
10.一种油气井增产的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1～9任一项所述的冲击波发生装置，并使形成的冲击波的频率与油气井中储层的固有振动频率相等。
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