CN113803031B - 一种磁流体振动采油方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种磁流体振动采油方法及装置，涉及石油天然气开采领域，该采油方法包括：获取压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，焖井后，所述磁流体与目标井内的油相液滴形成乳状液；开启振动电磁发生器，用于生成所述目标井内的振动磁场；通过地层压力和振动磁场的作用，使所述乳状液发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内，通过采油泵将油相液滴举升至地面。该方法不仅提高了单井产能和原油采收率，还降低了开采成本。

Description

一种磁流体振动采油方法及装置

技术领域

本发明涉及石油天然气开采领域，具体地涉及一种磁流体振动采油方法和装置。

背景技术

目前常用的提高油藏采收率方法包括：水驱、气驱（空气、CO₂等）、水气交替驱、化学驱和热采等。虽然这些提高采收率技术已经较为完善，但在实际应用过程中仍存在诸多缺陷。例如，受储层非均质性和渗流能力差异的影响，水驱和气驱过程中储层极易形成窜流通道；聚合物和化学合成表面活性剂的剪切降解易造成储层“二次污染”；热采的开发成本很高，而且易造成生产井内采油设备的损坏和井筒变形等。研发新型采油技术，进一步提高原油采收率、降低开发成本、有效延长油田的经济寿命期，已经成为油藏开发中亟待解决的关键问题。

近年来，磁流体逐渐被应用在油气田开发与开采领域，为油藏进一步提高采收率带来了新的机遇。CN 107435533A公开了一种纳米磁流体的采油系统及采油方法，利用磁场对驱替液的作用，通过新钻磁源井，提高近井地带水驱效率。该方法采用传统的驱替前缘识别方法，同时需要新钻磁源井，大大增加了生产成本。CN 110454132A公开了一种致密储层纳米磁流体压裂渗吸增油的方法，通过构筑低吸附、低表面张力的纳米磁流体压裂液来吸附原油，达到压裂增产效果。CN103334824B公开了一种纳米磁流体驱替开采油藏的方法以及井网结构，通过在边井和角井内下放电磁铁来提高生产井内纳米磁流体的采油效率。该方法通过角井与边井交替生产改变油层中纳米颗粒驱油方向以及速度，但是受到井网结构以及井距的限制，应用范围和增产效果都十分有限。CN105840155A公开了一种大功率磁致伸缩材料的井下振动增油技术方法，将高温耐腐蚀巨磁致材料振动器作为井下振动装置，从而提高井下单井产量。然而，机械撞击式振动，对井下设备要求较高，同时容易破坏近井储层，严重影响了后续生产过程且难以进行持续作业，导致增产效果不佳。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种磁流体振动采油方法，该方法不仅提高了单井产能和原油采收率，还降低了开采成本。

为了解决上述问题，本发明提出了一种磁流体振动采油方法，包括：获取压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，焖井后，所述磁流体与目标井内的油相液滴形成乳状液；开启振动电磁发生器，用于生成所述目标井内的振动磁场；通过地层压力和振动磁场的作用，使所述乳状液发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内，通过采油泵将油相液滴举升至地面。

可选的，周期性调整所述振动电磁发生器的频率、磁场强度，作用于地层内不同位置、大小的油相液滴；所述振动电磁发生器的频率根据油相液滴确定，包括：

其中，

为振动电磁发生器的频率，ξ为油相液滴的阻尼系数，V为油相液滴的体积因子。

可选的，所述振动电磁发生器包括：双边直线电动机、旋转电机及电磁铁；所述双边直线电机用于所述电磁铁的纵向振动；所述旋转电机用于所述电磁铁的水平方向的旋转；在所述双边直线电机和旋转电机的作用下，所述电磁铁产生空间分布的简谐振动电磁场。

可选的，所述振动电磁发生器的纵向振动幅度不超过目标井层位有效厚度的2/3。

可选的，所述磁流体包括基载液和磁流体颗粒。

相应的，本发明实施例还提供一种磁流体振动采油装置，其特征在于，包括：供给模块，包括压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，所述磁流体与目标井内的油相液滴形成乳状液；振动电磁发生器，用于生成目标井内的振动磁场；乳状液在振动磁场的作用下发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内；采油泵将油相液滴举升至地面。

可选的，周期性调整所述振动电磁发生器的频率、磁场强度，作用于不同位置、大小的油相液滴；所述振动电磁发生器的频率根据油相液滴确定，包括：

其中，

为振动电磁发生器的频率，ξ为油相液滴的阻尼系数，V为油相液滴的体积因子。

可选的，所述振动电磁发生器包括：双边直线电动机、旋转电机及电磁铁；所述双边直线电机用于所述电磁铁的纵向振动；所述旋转电机用于所述电磁铁的水平方向的旋转；在所述双边直线电机和旋转电机的作用下，所述电磁铁产生空间分布的简谐振动电磁场。

可选的，所述振动电磁发生器的纵向振动幅度不超过目标井层位有效厚度的2/3。

可选的，所述磁流体包括基载液和磁流体颗粒。

本发明提出了一种磁流体振动采油方法，包括：获取压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，焖井后，所述磁流体与目标井内的油相液滴形成乳状液；开启振动电磁发生器，用于生成所述目标井内的振动磁场；通过地层压力和振动磁场的作用，使所述乳状液发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内，通过采油泵将油相液滴举升至地面。该方法通过电磁振动方法，提高了原油在地层内的流动能力，不仅改善了生产井驱替的波及范围，有效地提高了单井的产能，同时采用的装置设备简单、廉价，也大大降低了开采成本。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明的一种磁流体振动采油方法的流程示意图；

图2是本发明的一种磁流体振动采油装置的示意图；

图3是本发明的振动电磁发生器的示意图。

附图标记说明

1 目标井；2 人工压裂缝网；

3 振动电磁发生器；4 井下管柱及电缆通讯系统；

5 采油泵；6 高压泵组；

7 压裂液及支撑剂传输管线；

8 磁流体传输管线；9 压裂液及支撑剂储存设备；

10 磁流体储存设备；11 地表；

12 扁平直线电机初级定子；13 随动电动马达；

14 电磁铁动铁芯；15 套管管柱；

16 直线电动机绕组；17 直线电动机次级转子；

18 扭矩传导齿轮；19 弹簧传动系统；

20 电磁铁线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明的一种磁流体振动采油方法的流程示意图。如图1所示，步骤S101为获取压裂液、支撑剂和磁流体。所述磁流体包括基载液和磁流体颗粒；所述磁流体在界面张力的作用下易吸附于油相液滴表面形成乳状液分散体系，所述乳状液分散体系包括水包油型乳状液。按照一种优选的实施方式，所述的基载液为水基基载液，所述磁流体颗粒为Fe₃O₄。磁流体又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。按照一种优选的实施方式，本发明选用的磁流体是由直径在10纳米以内的四氧化三铁的磁性固体颗粒、水基基载液以及界面活性剂混合而成的稳定的胶状液体（对于油性润湿地层则选择油基基载液的磁流体），其在重力场、电场以及磁场作用下，能够保持很好的物理化学性质。

步骤S102为向目标井1内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，焖井后，所述磁流体颗粒在界面张力的作用下易与目标井1周围的油相液滴形成乳状液。向目标井1内泵入所述压裂液用于形成高导流能力的人工压裂缝及携带磁流体进入地层中；向目标井1内泵入所述支撑剂用于支撑裂缝和保持裂缝的导流能力。通过高压泵组6进一步向储层预定层位处泵入一定配比的磁流体，使得磁流体能够在压差的作用下达到地层孔喉内，从而有效地与油相液滴接触，形成乳状液。

步骤S103为开启振动电磁发生器3，用于生成所述目标井1内的振动磁场。在压裂施工结束后，将采油泵5以及振动电磁发生器3通过电缆下放到目标井筒内的预定层位处。在井口处，通过固定专用卡扣将电缆的地面部分与井下部分分开，防止在油气开采的过程中出现泄露。开启振动电磁发生器3，使其产生一定空间分布的简谐振动电磁场；磁流体与油相液滴形成的乳状液在磁场力的作用发生振动以及变形，使得油相液滴能够在驱替压差以及表面张力的作用下，从复杂孔喉结构内运移到井筒或裂缝中，从而达到提高油井产能的目的。

液滴固有频率随液滴体积的变化而变化。为了能够有效地动用地层内不同体积的油相液滴，磁场的振动频率应与液滴的固有频率相同，形成共振。因此需要对磁场进行周期性的调整。开井生产一段时间之后，通过室内实验分析储层内不同大小、形状液滴的固有频率，对磁场振动频率和磁场强度进行周期调整。磁场强度决定了磁场的作用距离，从而动用不同位置处的油相液滴。所述振动电磁发生器3的磁场强度变化，通过调节其电流大小来实现。所述振动电磁发生器3的频率根据油相液滴确定，包括：

其中，

为振动电磁发生器3的频率，ξ为油相液滴的阻尼系数，V为油相液滴的体积因子。

其中，油相液滴的阻尼因子以及体积因子需要通过室内液滴振动实验进一步确定。

所述振动电磁发生器3包括：扁平型双边直线电动机、旋转电机及电磁铁；其中，双边直线电机在电磁感应下，带动电磁铁发生装置产生纵向振动（所述振动电磁发生器3的纵向振动幅度不超过目标井1的层位有效厚度的2/3）；旋转电机在电动马达的作用下，带动电磁铁在井下发生水平方向的旋转；在双边直线电机以及旋转电机的协同作用下，电磁铁在井下能够产生空间分布的简谐振动电磁场。

步骤S104为通过地层压力和振动磁场的作用，使所述乳状液发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内，通过采油泵5将油相液滴举升至地面。焖井一段时间之后，使得水基磁流体乳状液能够充分与低渗透地层微裂隙以及复杂孔喉结构内的油相液滴（油气等）接触，形成乳状液分散体系。纳米磁流体颗粒在地层压力以及井下电磁场的双重作用下发生变形以及简谐振动，使得油滴在磁流体界面张力拖曳作用下，克服部分毛管力作用被磁流体颗粒携带返排进入井筒以及压裂缝网内，最终通过采油泵5采出到地面。该方法通过振动以及变形机理，能够显著提高低渗透储层以及非常规油气藏的原油采收率。

图2是本发明的一种磁流体振动采油装置的示意图，所采油装置包括：供给模块，包括压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井1内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，所述磁流体与目标井1内的油相液滴形成乳状液；振动电磁发生器3，用于生成目标井1内的振动磁场；乳状液在振动磁场的作用下发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内；通过采油泵5将油相液滴举升至地面。本发明仅采用了电磁铁发生器以及旋转电机，成本低廉且适用性广，而且本发明使用的磁流体颗粒不会对地层造成污染，环保可靠。

如图2所示，所述低磁流体振动采油装置具体包括振动电磁发生器3、井下管柱以及电缆通讯系统4、采油泵5、高压泵组6、压裂液与支撑剂储存设备9、磁流体储存设备10。其中，高压泵组6分别通过压裂液及支撑剂传输管线7与磁流体运输管线8与压裂液及支撑剂储设备和磁流体储存设备10相连接。其中，振动电磁发生器3如图3所示，振动电磁发生器3即为井下简谐振动电磁场发生系统。直线电机次级转子17在直线电机绕组通电的情况下，由于电磁感应现象，沿井筒方向往复运动。同时，在随动电动马达13以及扭矩转导齿轮18的作用下，进行自旋。因而通过弹簧传动系统19带动井下电磁铁动铁芯14从而在井下形成简谐振动电磁场。

基于本发明的纳米磁流体吞吐的采油方法，按照一种具体的实施步骤如下：

步骤1：某低渗透油藏孔喉结构复杂、非均质性强，油相在地层内的流动能力差，导致开采过程中含水率快速升高，但采出程度仍较低。为了提高油藏采收率，选取目标井1并实施铁磁流体振动采油。

步骤2：对选取的目标井1进行现场施工布置。配置相应水基纳米磁流体，将其储存在设备10中，并通过磁流体运输管线8与高压泵组6相连接。根据目标油藏的储层特征，配置相应压裂液和支撑剂体系，并通过流体运输管线7与高压泵组6相连接。

步骤3：按照一定比例将磁流体以及压裂液通过高压泵组6泵入低渗透储层目标深度，按照预定压裂参数以及压裂方案，开展压裂施工，形成压裂缝网。

步骤4：将磁流体以及一定量的支撑剂颗粒混合而成形成含有一定浓度磁流体颗粒的支撑剂溶液，并将其泵入地层压裂缝网中，其中支撑剂用于支撑裂缝，防止裂缝闭合。

步骤5：在压裂施工措施结束之后，焖井一段时间，使得水基磁流体在界面张力的作用下，能够充分与低渗透地层微裂隙以及复杂孔喉结构内的油相液滴接触，形成水包油型乳状液。

步骤6：通过井下管柱以及电缆通讯系统将采油泵5以及振动电磁发生器3下放入地层的特定位置处且采油泵5侵入液面应为300米左右。

步骤7：通过地面电源施加电流控制井下振动电磁发生器3，包括井下扁平型双边直线电动机和随动电动马达13，从而调节井下电磁场简谐振动频率以及电磁场强度。通过调节地面控制参数，使得扁平型双边直线电动机的往复运动频率应与电动马达的转动频率相匹配。同时，应考虑裂缝宽度以及延伸长度，进一步调节井下电磁铁绕组电流，确保电磁场能够覆盖整个低渗透储层目标油藏。

步骤8：通过地面控制柜以及电缆将电送至采油泵5，在简谐振动磁场作用下磁流体在孔喉内发生相应变形以及振动，在地层压力以及表面张力的作用下，磁流体“包裹”下的油相液滴逐渐运移进入裂缝以及井筒内。

步骤9：开采一段时间后（通常为10天以上），通过调节直线电机、旋转电动机的频率以及井下振动电磁发生器3的电磁场强度，进行周期性开采，使得感应电磁场能够适应不同低渗透储层结构内不同固有频率的液滴，从而提高低渗透储层整体波及范围及驱替效率，进一步提高原油采收率。

通过将带有纳米磁流体的前置压裂液以及含有支撑剂颗粒的携砂液，分别泵入低渗透地层形成高导流能力的人工压裂缝，同时磁流体在泵入压力以及毛管力的作用下进入深部地层以及复杂孔喉结构内与油相形成乳状液。在振动电磁发生器3形成的井下振动磁场下，乳状液在磁场力的作用发生振动以及变形，使得油相液滴能够从复杂孔喉内运移到井筒或裂缝内并最终通过采油泵5采出到地面。

本发明提出了一种磁流体振动采油方法，包括：获取压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井1内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，焖井后，所述磁流体与目标井1内的油相液滴形成乳状液；开启振动电磁发生器3，用于生成所述目标井1内的振动磁场；通过地层压力和振动磁场的作用，使所述乳状液发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内，通过采油泵5将油相液滴举升至地面。通过采用纳米磁流体作为驱替液进行吞吐开采，磁流体颗粒在界面张力的作用下能够与油相液滴形成乳状液。进而充分利用了磁流体颗粒磁化特性，在井下振动电磁发生器3形成的振动磁场下，磁流体颗粒在磁场力的作用下使乳状液发生振动以及变形，从而油相液滴能够从复杂孔喉内运移到井筒或裂缝内并最终通过采油泵5采出到地面。其中，振动电磁发生器3，包括扁平型双边直线电动机、旋转电机以及电磁铁。通过电缆下放到低渗透储层预定层位处，通电后由扁平型双边直线电动机、旋转电机以及电磁铁耦合，生成地层空间内的简谐振动磁场。通过改变振动电磁发生器3的简谐波型以及磁场强度，从而改变被磁流体包裹的油滴受间接磁场力的大小，通过分析低渗透地层内不同孔喉的固有频率以及不同大小、形状液滴的固有频率，对简谐振动频率以及磁场强度大小进行周期调整。本发明采用油相液滴振动及变形的采油机理，降低了综合开采成本，提高了油藏采收率。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种磁流体振动采油方法，其特征在于，包括：

获取压裂液、支撑剂和磁流体；

向目标井内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，焖井后，所述磁流体与目标井内的油相液滴形成乳状液；

开启振动电磁发生器，用于生成所述目标井内的振动磁场；

通过地层压力和振动磁场的作用，使所述乳状液发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内，通过采油泵将油相液滴举升至地面；

所述振动电磁发生器包括：双边直线电动机、旋转电机及电磁铁；

所述双边直线电机用于所述电磁铁的纵向振动；

所述旋转电机用于所述电磁铁的水平方向的旋转；

在所述双边直线电机和旋转电机的作用下，所述电磁铁产生空间分布的简谐振动电磁场。

2.根据权利要求1所述的采油方法，其特征在于，

周期性调整所述振动电磁发生器的频率、磁场强度，作用于地层内不同位置、大小的油相液滴；

所述振动电磁发生器的频率根据油相液滴大小确定，包括：

其中，f_b为振动电磁发生器的频率，ξ为油相液滴的阻尼系数，V为油相液滴的体积因子。

3.根据权利要求1所述的采油方法，其特征在于，

所述振动电磁发生器的纵向振动幅度不超过目标井层位有效厚度的2/3。

4.根据权利要求1所述的采油方法，其特征在于，

所述磁流体包括基载液和磁流体颗粒。

5.一种磁流体振动采油装置，其特征在于，包括：

供给模块，包括压裂液、支撑剂和磁流体；向目标井内泵入所述压裂液、支撑剂及磁流体，所述磁流体与目标井内的油相液滴形成乳状液；

振动电磁发生器，用于生成目标井内的振动磁场；乳状液在振动磁场的作用下发生振动和变形后运移至目标井筒和/或裂缝内；

采油泵将油相液滴举升至地面；

所述振动电磁发生器包括：双边直线电动机、旋转电机及电磁铁；

所述双边直线电机用于所述电磁铁的纵向振动；

所述旋转电机用于所述电磁铁的水平方向的旋转；

在所述双边直线电机和旋转电机的作用下，所述电磁铁产生空间分布的简谐振动电磁场。

6.根据权利要求书5所述的采油装置，其特征在于，

周期性调整所述振动电磁发生器的频率、磁场强度，作用于不同位置、大小的油相液滴；

所述振动电磁发生器的频率根据油相液滴确定，包括：

其中，f_b为振动电磁发生器的频率，ξ为油相液滴的阻尼系数，V为油相液滴的体积因子。

7.根据权利要求书5所述的采油装置，其特征在于，

所述振动电磁发生器的纵向振动幅度不超过目标井层位有效厚度的2/3。

8.根据权利要求书5所述的采油装置，其特征在于，

所述磁流体包括基载液和磁流体颗粒。

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