CN114737919A - 一种定向低频声波解除疏松砂岩深部堵塞的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定向低频声波解堵装置及应用方法，其解堵装置包括井口控制装置和井下定向低频声波发生装置，井口装置包括地面控制仪及地面传感器，井下定向低频声波发生装置包括仪器连接头、磁性定位仪、测试传感器、低频电信号产生装置、功放器和声波换能器；其实施方法如下：一、解堵井及邻井的选择；二、确定装置下入深度；三、设备安装；四、参数调整；五、定向低频声波解堵装置启动；六、邻井定向低频声波解堵装置启动；七、施工井产量检测。本发明对低频声波实现定向功能，解决以往低频声波传输距离远，但能量强度小的问题，并通过多波干涉的方法，增大施工井间的声波作用强度，实现解除疏松砂岩远井储层泥砂堵塞、提高采收率的目的。
Description
技术领域
本发明属于储层改造增产技术领域，尤其涉及一种定向低频声波解除疏松砂岩深部堵塞的装置及方法。
背景技术
随着我国石油、天然气开发的不断深入，疏松砂岩和低渗透等非常规油气藏已经成为石油行业发展的重要潜力。其中，在开发过程中疏松砂岩气藏远井储层深部泥砂堵塞问题对气田产量影响最大。到目前为止，运用物理、化学和生物方法进行清污解堵、造缝、增渗等，只能对井筒及近井地带产生一定的作用，但对远离井筒的深部储层的泥砂堵塞收效甚微。
疏松砂岩气藏胶结疏松，边底水活跃，易在远井区域发生泥砂堵塞。大多数波动处理方法对远井地带的影响很小，储层改造效果不明显。虽然低频声波由于波长长，作用距离远，但在储层传播过程中能量不断衰减，到达堵塞处时强度较低，不足以对泥砂堵塞产生扰动。
低频声波的定向辐射技术，即具有强指向性的声源，发出的声波会以波束的形式传播，即所谓声波的定向传播。低频声波由于其波长长，衍射效应明显，采用不同声源均很难实现声波的定向传播。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种对于疏松砂岩气藏远井储层泥砂堵塞具有高指向性的低频声波解堵装置，该装置可对层堵严重区域进行定向解堵，增大气流通道，达到增产的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种定向低频声波解堵装置，包括井口控制装置和井下定向低频声波发生装置，井口控制装置与井下定向低频声波发生装置通过铠装电缆连接，所述井口控制装置包括地面控制仪以及地面传感器，所述地面控制仪用于调整作业频率和功率，通过铠装电缆传输至井下低频发生装置，使得井下低频发生装置发出的声波与远井储层的堵塞泥砂共振；所述井下定向低频发生装置包括仪器连接头、磁性定位仪、测试传感器、低频电信号产生装置、功放器和声波换能器，所述仪器连接头顶部通过铠装电缆和滑轮连接至井口控制装置，磁性定位仪与测试传感器并排连接至仪器连接头，低频电信号产生装置连接至磁性定位仪与测试传感器，功放器连接至低频电信号产生装置，声波换能器通过电极线连接至功放器。所述声波换能器包括电极线、声学绝缘层、吸声块、电极、压电晶体、声匹配层和Mie结构元件。所述声学绝缘层安装在声波换能器外壳内，防止声波能量传至探头外壳引起反射，造成对信号的干扰，所述电极线从声波换能器顶端连接至电极，用于传输电信号，激发电极，所述吸声块连接至声波换能器顶端，用于衰减并吸收压电晶体背向辐射的声波能量，所述电极安装在吸声块的下部，用来产生电场，所述压电晶体安装在两块电极中间，用来发射-接收低频声波，完成电-声转换工作，所述声匹配层安装第二块电极的下端，用来提高低频声波从压电晶体产生后向空气传递的效率，所述Mie结构元件安装在声匹配层的两端，用来提高低频声波发出后的定向能力，抑制声波侧向传播，所述Mie结构元件(18)内部为刚性内核，并具有Z字形通道结构。
上述一种定向低频声波解堵装置，其特征是：所述低频电信号产生装置可产生频率范围为10～200Hz，功率为0～5kW的低频波电信号。
上述一种定向低频声波解堵装置，其特征是：所述Mie结构元件为空间折叠结构，平均分为4部分，半径r为3±1cm，高h为7±2cm，此结构适用的声波频率范围为10～250Hz，且所述Mie结构元件分为两组，每组三个元件，在y方向上相隔2cm排列，成45°角。
上述一种定向低频声波解堵装置，其特征是：为了增大远井处低频声波强度，优先选择相邻的堵塞井，通过多波干涉增大井间低频声波的强度，且所述的相邻施工井距离不超过L，其中L＝100～200m。
同时，本发明还提供了一种利用定向低频声波装置解除疏松砂岩远井泥砂堵塞的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一、解堵井及邻井的选择：首先，选择解堵井，所述解堵井为报废井或者暂停作业的生产井；再在所选择的解堵井周测选择一个或多个邻井，所选择的邻井均在解堵井的振动范围内；所述邻井均为与解堵井相同的报废井或暂停作业的生产井。
步骤二、确定装置下入深度：综合测井、录井等现场生产资料，明确层堵位置和方位，确定下入深度。
步骤三、设备安装：在井口上方固定设置滑轮，将铠装电缆的一端固定连接地面控制仪，并将铠装电缆的另一端经滑轮固定连接至井下定向低频声波发生装置。
步骤四、参数调整：对所述定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整；其中，对所述定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，对声波换能器的频率和功率进行调整。
步骤五、定向低频声波解堵装置启动：启动所述低频声波解堵装置；启动后，所述定向低频声波解堵装置所产生的低频声波向远井泥砂堵塞处作用。
步骤六、邻井定向低频声波解堵装置启动：对所选择的邻井同时进行定向低频声波解堵作业，通过多波干涉增大井间低频声波作用强度。
步骤七、施工井产量检测：步骤五中定向低频声波解堵装置作用结束后，关闭所述设备，对各施工井的产量进行监测并记录监测结果。
上述方法，其特征是：步骤四中对所述向定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，通过调整低频电信号产生装置的工作参数对声波换能器的发射频率和功率进行调整。
上述方法，其特征是：步骤五所述定向低频声波解堵装置启动后，对所述远井泥沙堵塞处进行多次解堵作业，每次作业时间为60～100min，此时，解堵增渗效果最好，这主要是由于近井筒区域长时间受到机械振动作用，容易引起近井带泥砂颗粒向井筒运移，形成砂埋。
上述方法，其特征是：当步骤六中对邻井进行多波干涉作业时，过程如下：
步骤6011、邻井装置目标层位校准：所述定向低频声波解堵装置下入邻井后，将方位对准邻近的施工井，邻井数目越多，所在的地层改造越彻底。
步骤6012、邻井装置启动时间：步骤6011中层位校准完成后，所述定向低频声波解堵装置下入解堵井与邻井，在T0时间同时启动，邻井与解堵井中间产生干涉波，干涉波在干涉点能量叠加最大，使得井间机械振动能力得到增强。
步骤6012中，所述邻井装置与解堵井装置先后启动时，时间差为T1-T2，干涉点将向邻井或解堵井方向移动。
待步骤6012中邻井定向低频声波装置与解堵井定向低频声波装置启动后，对邻井与解堵井的产气量、产水量进行检测，并进入步骤七。
上述方法，其特征是：步骤六中邻井启动定向低频声波解堵装置后，对远井泥砂堵塞处12进行多次作业，每次作用时间为60-100min。
上述方法，其特征是：步骤七中完成解堵作业后，对所述定向低频声波解堵装置进行拆除。
上述方法，其特征是：步骤七中解堵作业结束后，还需要通过所记录监测结果，对步骤四中调整参数后带来的生产效果进行分析。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)通过超材料元件与声波换能器的结合，对低频声波实现了定向功能，解决了以往低频声波传输距离远，但能量强度小的问题，且可对指定方向的层位进行解堵作业，针对性强。
(2)利用机械波能量解堵、增产是一种物理方法，对地层和周围环境无污染，是一种非常环保的方法。
(3)解堵方法简单、实现方便且易于操作。实际作业过程中，多波干涉法不仅可增大解堵井的产量，还可提高邻井的渗透率。
(4)使用效果好、实用价值高且应用前景广泛，能将定向低频声波与解堵增产相结合，为疏松砂岩远井增产技术提供了技术途径与思路。
综上所述，本发明设计合理、操作方便且使用效果好、实用价值高，能有效解决疏松砂岩远井储层泥砂颗粒堵塞的问题，达到增产增效的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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为定向低频声波解堵装置的使用状态参考图。
图2为声波换能器的结构示意图。
图3为Mie结构元件的结构示意图。
附图标记说明：1—地面控制仪；2—地面传感器；3—滑轮；4—铠装电缆；5—仪器连接头；6—磁性定位仪；7—测试传感器；8—低频电信号产生装置；9—功放器；10—电极线；11—声波换能器；12—远井泥砂堵塞处；13声学绝缘层；14—吸声块；15—电极；16—压电晶体；17—声匹配层；18—Mie结构元件；19—刚性内核。
具体实施方式：
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实例，对本申请作进一步地详细说明。
如图1所示的一种定向低频声波发生装置，包括井口控制装置和井下定向低频声波发生装置，井口控制装置和井下定向低频声波发生装置通过铠装电缆4连接，所述井口控制装置包括地面控制仪1以及地面传感器2，所述地面控制仪1用于调整作业频率和功率，通过铠装电缆4传输至井下低频发生装置，使得井下低频发生装置发出的声波与远井储层的堵塞泥砂12共振；所述井下定向低频发生装置包括仪器连接头5、磁性定位仪6、测试传感器7、低频电信号产生装置8、功放器9和声波换能器11，所述仪器连接头5顶部通过铠装电缆4和滑轮3连接至井口控制装置，磁性定位仪6与测试传感器7并排连接至仪器连接头5，低频电信号产生装置8连接至磁性定位仪6与测试传感器7，功放器9连接至低频电信号产生装置8，声波换能器11通过电极线10连接至功放器9。
如图2所示的声波换能器，包括电极线10、声学绝缘层13、吸声块14、电极15、压电晶体16、声匹配层17和Mie结构元件18。所述声学绝缘层13安装在声波换能器11外壳内，防止声波能量传至探头外壳引起反射，造成对信号的干扰，所述电极线10从声波换能器11顶端连接至电极15，用于传输电信号，激发电极，所述吸声块14连接至声波换能器顶端，用于衰减并吸收压电晶体16背向辐射的声波能量，所述电极15安装在吸声块14的下部，用来产生电场，所述压电晶体16安装在两块电极中间，用来发射-接收低频声波，完成电-声转换工作，所述声匹配层17安装第二块电极15的下端，用来提高低频声波从压电晶体15产生后向空气传递的效率，如图3所示Mie结构元件18安装在声匹配层17的两端，用来提高低频声波发出后的定向能力，抑制声波侧向传播，所述Mie结构元件18安装在声匹配层17的两端，内部为刚性内核19并具有Z字形通道结构。
本实施例中，所述低频电信号产生装置8可产生功率为0～5kW，频率范围为10～200Hz的低频波电信号。
本实施例中，所述铠装电缆4采用七芯铠装电缆。
本实施例中，所述Mie结构元件18为空间折叠结构，平均分为4部分，半径r为3±1cm，高h为7±2cm，此结构适用的声波频率范围为10～250Hz，且所述Mie结构元件分为两组，每组三个元件，在y方向上相隔2cm排列，成45°角。
实际使用时，所述Mie结构元件18也可以采用其他尺寸，不同结构参数，特别是弯曲次数和半径大小，可以改变适用频率范围。
实际使用时，所述Mie结构元件18也可采用其他类型的元件，如亥姆霍兹共鸣器等。
本实施例中，为了增大远井处低频声波强度，优先选择相邻的堵塞井，通过多波干涉增大井间低频声波的强度，且所述的相邻施工井距离不超过L，其中L＝100～200m。
本实施例中，所述施工井的井身结构均为直井，且根据实际需要，可对施工井的数量进行相应调整。
实际使用时，所述定向低频声波解堵装置中的各组件各自配备有备用装置，以随时应对机器停运故障，并能顺利快速切换。并且，所述定向低频声波解堵装置施工过程中，均需配备施工检测人员及对应的安全检测设备、安全控制设备等，以保证设备的正常工作。
并且，所述定向低频声波解堵装置中的井下低频声波发生装置需具备耐高压、耐高温、耐疲劳、使用寿命长等特点。
本发明还提供了一种利用定向低频声波装置解除疏松砂岩远井泥砂堵塞的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一、解堵井及邻井的选择：首先，选择解堵井，所述解堵井为报废井或者暂停作业的生产井；再在所选择的解堵井周测选择一个或多个邻井，所选择的邻井均在解堵井的振动范围内；所述邻井均为与解堵井相同的报废井或暂停作业的生产井。
步骤二、确定装置下入深度：综合测井、录井等现场生产资料，明确层堵位置和方位，确定下入深度。
步骤三、设备安装：在井口上方固定设置滑轮3，将铠装电缆4的一端固定连接地面控制仪1，并将铠装电缆4的另一端经滑轮3固定连接井下定向低频声波发生装置。
步骤四、参数调整：对所述向定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整；其中，对所述定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，对声波换能器11的频率和功率进行调整。
本实施例中，对所述向定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，根据解堵技术参数要求进行调整，并且还需考虑对周围建筑、人居及自然环境的干扰情况，降低矛盾出现的可能性。
本实施例中，步骤四中对所述向定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，通过调整低频电信号产生装置8的工作参数来对声波换能器11的发射频率和功率进行调整。
步骤五、定向低频声波解堵装置启动：启动所述低频声波解堵装置；启动后，所述定向低频声波解堵装置所产生的低频声波向远井泥砂堵塞处12作用。
步骤六、邻井定向低频声波解堵装置启动：对所选择的一口或多口邻井同时进行定向低频声波解堵作业，通过多波干涉增大井间低频声波作用强度。
步骤七、施工井产量检测：步骤五中定向低频声波解堵装置作用结束后，关闭所述设备，对各施工井的产量进行监测并记录监测结果。
本实施例中，步骤三中对所述定向低频声波解堵装置进行安装时，先在地面进行安装，将磁性定位仪6和测试传感器7并联连接，再依次将仪器低频电信号产生装置8、功放器9和声波换能器11串联连接至一体构成井下定向低频声波发射装置，再将所述井下定向低频声波发生装置通过铠装电缆4下入步骤一所述解堵井与邻井内，并对井口控制装置与井下定向低频声波发生装置进行连接。
本实施例中，步骤四参数调整后，还需对调整后所述定向低频声波解堵装置的工作参数进行记录。
本实施例中，步骤五所述定向低频声波解堵装置启动后，对所述远井泥砂堵塞处12进行多次解堵作业，每次作业时间为60～100min，此时，解堵增渗效果最好，这主要是由于近井筒区域长时间受到机械振动作用，容易引起近井带泥砂颗粒向井筒运移，形成砂埋。
本实施例中，步骤六中对邻井进行多波干涉作业时，过程如下：
步骤6011、邻井装置目标层位校准：所述定向低频声波解堵装置下入邻井后，将方位对准临近施工井，邻井数目越多，所在的地层改造越彻底。
步骤6012、邻井装置启动时间：步骤6011中层位校准完成后，所述定向低频声波解堵装置下入解堵井与邻井，在T0时间同时启动，邻井与解堵井中间产生干涉波，干涉波在干涉点能量叠加最大，使得井间机械振动能力得到增强。
步骤6012中，所述邻井装置与解堵井装置先后启动时，时间差为T1-T2，干涉点将向邻井或解堵井方向移动。
待步骤6012中邻井定向低频声波装置与解堵井定向低频声波装置启动后，对邻井与解堵井的产气量、产水量进行检测，并进入步骤七。
步骤六中邻井启动定向低频声波解堵装置后，对远井泥砂堵塞处12进行多次作业，每次作用时间为60-100min。
步骤七中进行施工作业时，应随时关注邻井周围生产井和注入井的变化情况。步骤七中完成解堵作业后，对所述定向低频声波解堵装置进行拆除。
本实施例中，步骤七中解堵作业结束后，还需要通过所记录监测结果，对步骤四中调整参数后带来的生产效果进行分析。
以上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。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。
Claims (8)
1.一种定向低频声波解堵装置，其特征在于：包括井口控制装置和井下定向低频声波发生装置，井口控制装置与井下定向低频声波发生装置通过铠装电缆(4)连接，所述井口控制装置包括地面控制仪(1)以及地面传感器(2)，所述地面控制仪(1)电信号通过铠装电缆(4)传输至井下低频发生装置，使得井下低频发生装置发出的声波与远井储层的堵塞泥砂(12)共振；所述井下定向低频发生装置包括仪器连接头(5)、磁性定位仪(6)、测试传感器(7)、低频电信号产生装置(8)、功放器(9)和声波换能器(11)，所述仪器连接头(5)顶部通过铠装电缆(4)和滑轮(3)连接至井口控制装置，磁性定位仪(6)与测试传感器(7)并排连接至仪器连接头(5)，低频电信号产生装置(8)连接至磁性定位仪(6)与测试传感器(7)，功放器(9)连接至低频电信号产生装置(8)，声波换能器(11)通过电极线(10)连接至功放器(9)。所述声波发生装置包括电极线(10)、声学绝缘层(13)、吸声块(14)、电极(15)、压电晶体(16)、声匹配层(17)和Mie结构元件(18)。所述声学绝缘层(13)安装在声波换能器(11)外壳内，所述电极线(10)从声波换能器(11)顶端连接至电极(15)，所述吸声块(14)连接至声波换能器(11)顶端，所述电极(15)安装在吸声块(14)的下部，两块电极(15)中间连接有压电晶体(16)，所述声匹配层(17)安装在第二块电极(15)的下端，所述Mie结构元件(18)安装在声匹配层(17)的两端，所述Mie结构元件(18)内部为刚性内核(19)，并具有Z字形通道结构。
2.按照权利要求1所述的一种定向低频声波解堵装置，其特征在于：所述低频电信号产生装置(8)可产生频率范围为10～200Hz、功率为0～5kW的低频波电信号。
3.按照权利要求1所述的一种定向低频声波解堵装置，其特征在于：所述Mie结构元件(18)为空间折叠结构，平均分为4部分，半径r为3±1cm，高h为7±2cm，此结构适用的声波频率范围为10～250Hz，且所述Mie结构元件分为两组，每组三个元件，在y方向上相隔2cm排列，成45°角。
4.一种利用如权利要求1所述的定向低频声波装置解除疏松砂岩远井泥砂堵塞的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、解堵井及邻井的选择：首先，选择解堵井，所述解堵井为报废井或者暂停作业的生产井；再在所选择的解堵井周侧选择一个或多个邻井，所选择的邻井均在解堵井的振动范围内；所述邻井均为与解堵井相同的报废井或暂停作业的生产井。
步骤二、确定装置下入深度：综合测井、录井等现场生产资料，明确层堵位置和方位，确定下入深度。
步骤三、设备安装：在井口上方固定设置滑轮(3)，将铠装电缆(4)的一端固定连接地面控制仪(1)，并将铠装电缆(4)的另一端经滑轮(3)固定连接井下定向低频声波发生装置。
步骤四、参数调整：对所述定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整；其中，对所述定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，对声波换能器(11)的频率和功率进行调整。
步骤五、定向低频声波解堵装置启动：启动所述低频声波解堵装置；启动后，所述定向低频声波解堵装置所产生的低频声波向远井泥砂堵塞处(12)作用。
步骤六、邻井定向低频声波解堵装置启动：对所选择的邻井同时进行定向低频声波解堵作业，通过多波干涉增大井间低频声波作用强度。
步骤七、施工井产量监测：步骤五中定向低频声波解堵装置作用结束后，关闭所述设备，对各施工井的产量进行监测并记录监测结果。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤一所述的解堵井与邻井距离不超过L，其中L＝100～200m。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤四中对所述向定向低频声波解堵装置的工作参数进行调整时，通过调整低频电信号产生装置(8)的工作参数对声波换能器(11)的发射频率和功率进行调整。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤五所述定向低频声波解堵装置启动后，对所述远井泥砂堵塞处(12)进行多次解堵作业，每次作业时间为60～100min；步骤六中邻井启动定向低频声波解堵装置后，对远井泥砂堵塞处(12)进行多次作业，每次作用时间为60～100min。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：当所述邻井定向低频声波解堵装置启动后，进入步骤六对目标层位校准，所述定向低频声波解堵装置下入邻井后，将仪器方位对准邻近的解堵井。层位校准完成后，所述定向低频声波解堵装置下入解堵井与邻井，在T0时间同时启动。当所述邻井装置与解堵井装置先后启动时，时间差为T1-T2，干涉点将向邻井或解堵井方向移动。
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