CN1321257C

CN1321257C - 一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法及其装置

Info

Publication number: CN1321257C
Application number: CNB2004100131767A
Authority: CN
Inventors: 陈振林
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: CN1580485A

Abstract

一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法及其装置，其特征是包括如下步骤：1)选频：采集油井的稠油样品，确定其主频率的范围；2)安装装置：井下部分包括固定装置的挂钩、超声波仪、波长为1-500nm的光源、电热体、油质监测器，井下部分与井上部分通过电缆和检测信息反馈线相连；3)使用主频作用于油层，监测到井筒油质时，调节超声波频段，打开波长为1-500nm的光源和电热体，同时启动抽油装置，开始抽油；4)使用低频作用于油层，用低于主频率的频段45-55KHz的低频连续作用于油层；5)循环调节超声波频率：重复步骤3和4，直到该开采方法不满足开采的经济条件为止。本发明特别适用于水平井条件下的开采，该方法及其装置采收率高。

Description

一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种降粘、断键开采稠油的方法及其装置，具体地说，是一种利用声、光、电联合作用来降低稠油粘度、打断分子链的开采稠油的方法及其装置。

背景技术

稠油因具有高粘度、长分子链的特征，不能用传统石油开采方法来开采。当今稠油的开采方法很多，其中应用最普遍、最成熟的技术是蒸汽吞吐方法(被认为该方法不能开采的油层，其他方法也不能开采)，但该方法也有其局限性，主要表现在能耗大，热利用率低，易于受到岩层不均质性及蒸汽自身特性的影响而发生气窜、超覆等作用而影响最终采收率，同时存在废水处理问题；另外，某些矿物可能会与水反应生成孔隙的堵塞物质，影响了稠油的渗出效果，对于含有易与水反应生成有害物质的问题，虽说提出了提前注防水剂的办法，但是，这些方法都具有工艺复杂、成本高且采收率低的缺点。基于传统开采技术上的稠油开采装置如注蒸汽装置，具有占地面积大，配套装置多，操作参数选取难，作业过程繁琐，管理复杂，采收率低，维护成本高，经济效益差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采收率高的基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法及其装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法，其特征是包括如下步骤：

1).选频：采集油井的稠油样品，均匀分成3-100份(如50份)，将超声波为20KHz～400KHz区间范围的频率平均分成相同份数的频段(如50个频段)，然后，在同样声强和时间下，用每个频段对应一份稠油进行作用，接着分析作用后的油样的物理性质，如粘度变化、温度变化(热效应)，用气相色谱分析其成分变化，最后评价其综合价值，热效应尤其是降粘明显的频段为主频率的范围，确定其主频率的范围；

2).安装装置：装置分为井下和井上两部分，将井下部分放入井下油层位置；井上部分包括电源和控制器，其井下部分包括固定装置的挂钩、超声波仪、波长为1-500nm的光源、电热体、油质监测器，井下部分与井上部分通过电缆和检测信息反馈线相连；

3).使用主频作用于油层：首先将超声波的频率调到主频段的频段范围作用于油层，使油层以降粘为主，当稠油渗出到井筒时，根据监测器监测到的稠油性质(随超声波作用而动态变化)，随时将超声波调至与稠油性质对应的主频段，打开波长为1-500nm的光源和电热体，同时启动抽油装置，开始抽油；

4).使用低频作用于油层：主频作用7-20天之后，近井地带中的石油已经被基本采出，此时关闭波长为1-500nm的光源、电热体和抽油机，用低频(小于主频段45-55KHz)连续作用于油层，当油质监测器监测到井筒渗出的油质时，及时调频，慢慢向主频段靠近，并打开波长为1-500nm的光源、电热体，同时启动抽油装置，开始抽油；

5).循环调节超声波频率：当低频作用7-20天之后，从监测器上观察到有油渗出时，重复步骤3和4，直到该开采方法不满足开采的经济条件为止。

所述的井下部分还包括搅拌机，步骤3)和步骤4)打开光源和电热体时还可同时启动搅拌机。所述的井下部分还包括催化剂喷管，步骤3)中井下油层还可同时添加催化剂如硅酸铝等。

一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的装置，其特征是它分为井下和井上两部分，井上部分包括电源和控制器，控制器上设有油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04，其井下部分包括固定装置的挂钩2、油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、装置外壳8，其中油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3位于外壳8内并各自分别由电缆和检测信息反馈线1与电源及控制器上的油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04相连接。

所述的外壳8上下部开有豁口，外壳8的中部开有光源孔、换能器孔，2个电热体3分别位于外壳8上下部豁口处，波长为1-500nm的光源5、超声波仪的换能器6固定在外壳8上光源孔、换能器孔处，油质监测器的油温传感器9位于外壳8下部豁口处，挂钩2与外壳8上端固定连接。

所述的井下部分还包括搅拌机4，搅拌机4固定在外壳8上部豁口处，搅拌机4由电缆和检测信息反馈线1与电源及控制器上的搅拌机开关05相连接。

超声波是指大于20KHZ的机械振动波。超声波是机械振动能量的一种传播形式，当其在油层中传播且能量、频率达到某一区间值(依稠油性质而变化)时，油层将会发生粘度或结构上的变化，且不同频率的超声波在不同的传播介质中具有不同的吸收系数。在传播过程中，声波在传播方向上不同位置的声强：

I＝I₀e^-2ax

x：传播距离(m)，I₀：初始声强，I：距离为x处声强(w/m²)，a：衰减系数(dB/cm)衰减系数与频率成正比，与媒质的粘度系数和导热系数成正比。

超声波在油、水、岩石中具有不同的吸收系数。

基于此，用相应稠油的吸收主频段超声波作用于油层，使超声波最大限度地被稠油迅速吸收，转化为热能，升高油层温度。起初近距离的稠油吸收的能量多，温度升高快，粘度迅速下降，导致近井稠油性质发生改变，其吸收系数相应减小，此时，相应频段的超声波被较远处的稠油所吸收，其粘度也随之下降，同理，超声波能量被不断向前传播，从而，升温降粘范围不断向前推进。另一方面，超声波作用过程中，油藏内部会产生一些直流定向力，其中最主要的是径向声辐射压力和伯努利力，直流定向力的产生破坏了油层原有的压力平衡，使毛细管半径发生时大时小的变化，当毛细管半径变大时，表面张力和毛细管力急剧下降，使稠油更易渗出。另外，在超声波的传播过程中，会发生空化作用(即油中的空化核——气泡在超声波的作用下，先发生膨胀，接着被瞬时压缩而使石油发生各种物理化学变化的作用)，使大分子链断裂。在井底，通过监测器对渗出稠油进行监测，确定稠油的动态特性参数，据此不定期地调节超声波频率，保证超声波被指定区域的稠油有效吸收。同时，电热体和光对井筒稠油发生光、电化学反应，达到清堵、降粘、断链作用，增强了原油的品质，同时防止了管道堵塞和井底污染，也降低了下一步的化工炼油成本，提高了经济效益，与现有的方法相比，本发明可提高采收率1——5％左右。安装搅拌机和添加催化剂后，其解堵、断链效果更好，更有利于保证生产过程的顺利进行，产出的油质也更好。

本发明的核心，在于针对不同的油藏条件形成的稠油，选择其最佳频段的超声波，使超声波发挥其最大效应，避免不必要的能耗，达到快速降粘、断链的目的；在采油过程中，可根据监测的井下稠油特性参数，不定期地调节主频段和超声波能量，使超声波对指定区段的稠油充分发挥作用；在井底利用电加热和波长为1-500nm的光源的作用，使渗出井筒的稠油更进一步降粘、断链，更有利于抽油，同时为井壁附近岩层清堵，保证稠油更顺利渗出，采出油质更优越，且采收率可提高1——5％左右，提高了综合经济效益。本发明适用于各种类型的油藏，工艺流程简单，定向作用、易于操控，利于管理。

本发明的装置采收率可提高1——5％左右，占地面积小，能耗低，无污染，能清堵，适用于各种类型、各个开采阶段的油藏，且其工艺流程简单，定向性好，操控方便，管理容易。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图

图2是本发明的超声波电路图(200W*4)

图3是本发明的电热体电路图(1000W*2)

图4是本发明的油质监测器示意图

图5是本发明井上部分控制器结构示意图

图中：1-电缆和检测信息反馈线，2-挂钩，3-电热体，4-搅拌机，5-光源，6-换能器，7-油质监测器，8-外壳，9-油温传感器；01-油质显示屏，02-超声波频率调节开关，；03-光源开关，04-电热能量开关，05-搅拌机开关，06-催化剂选择开关。

具体实施方式

实施例1；

一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法，步骤如下：

1).选频：采集油井的稠油样品，均匀分成10份，将超声波为20KHz～400KHz区间频率平均分成相应的10频段，然后，在同样声强和时间下，用每个频段对应一份稠油进行作用，接着分析作用后的油样的物理性质，如粘度、热效应，用气相色谱分析其成分变化，最后评价其综合价值，热效应和降粘都很明显的频段为主频率的范围，确定其主频率的范围；

2).安装装置：如图1、图2、图3、图4、图5所示，装置分为井下和井上两部分，将井下部分放入井下油层位置；井上部分包括电源和控制器，控制器上设有油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04；其井下部分包括固定装置的挂钩2、油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、外壳8，油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3位于外壳8内并各自分别由电缆和检测信息反馈线1与电源及控制器上的油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04相连接；外壳8上下部开有豁口，外壳8的中部开有光源孔、换能器孔，2个电热体3分别位于外壳8上下部豁口处，挂钩2与外壳8上端固定连接，光源5、超声波仪的换能器6固定在外壳8上光源孔、换能器孔处，超声波仪采用现有的超声波仪，油质监测器采用现有的油质监测器，油质监测器的油温传感器9位于外壳8下部豁口处。

4).使用低频作用于油层：主频作用7天之后，近井地带中的石油已经被基本采出，此时关闭波长为1-500nm的光源、电热体和抽油机，用低频(低于主频段50KHz)连续作用于油层，主要利用机械振动作用和空化作用(热效应相对次之)，降低相对较远处油层稠油粘度，同时伴随空化断链作用，当油质监测器监测到井筒渗出的油质时，及时调频(调频过程是频率不断靠近主频段的过程)，并打开光源、电热体，进一步迅速降粘、断链，更易于抽油，同时启动抽油装置，开始抽油；

5).循环调节超声波频率：当低频作用7天之后，从监测器上观察到有油渗出时，重复步骤3和4，直到该开采方法不满足开采的经济条件为止。

整个过程中，超声波频率都围绕主频段范围进行调节(频率越高、热效应越好、传播距离越短，主频降粘明显、综合效果好)。油质监测器反馈的性质是基于某超声波作用下，单位时间内温度感应的函数，是稠油性质的反映。该发明最适用于水平井，采用多个装置，用串联的方式作用。

上述方法所用的专用装置，它分为井下和井上两部分，井上部分包括电源和控制器，控制器上设有油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04，其井下部分包括固定装置的挂钩2、油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、装置外壳8，其中油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3位于外壳8内并各自分别由电缆和检测信息反馈线1与电源及控制器上的油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04相连接。所述的外壳8上下部开有豁口，外壳8的中部开有光源孔、换能器孔，2个电热体3分别位于外壳8上下部豁口处，波长为1-500nm的光源5、超声波仪的换能器6固定在外壳8上光源孔、换能器孔处，油质监测器的油温传感器9位于外壳8下部豁口处，挂钩2与外壳8上端固定连接。

实施例2：

1).选频：采集油井的稠油样品，均匀分成20份，将超声波为20KHz～400KHz区间频率平均分成相应的20频段，然后，在同样声强和时间下，用每个频段对应一份稠油进行作用，接着分析作用后的油样的物理性质，如粘度、热效应，用气相色谱分析其成分变化，最后评价其综合价值，热效应和降粘都很明显的频段为主频率的范围，确定其主频率的范围；

初步试验，用20KHz～400KHz区间某一频段超声作用于某稠油样品，降粘明显，无明显热效应，而用另一频段超声作用于另一稠油样品，热效应和降粘都很明显。

2).安装装置：装置分为井下和井上两部分，将井下部分放入井下油层位置；井上部分包括电源和控制器，控制器上设有油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04、搅拌机开关05、催化剂选择开关06；其井下部分包括固定装置的挂钩2、油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、搅拌机4、催化剂喷管、外壳8，油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、搅拌机4、位于外壳8内并各自分别由电缆和检测信息反馈线1与电源及控制器上的油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04、搅拌机开关05相连接；外壳8上下部开有豁口，外壳8的中部开有光源孔、换能器孔，2个电热体3分别位于外壳8上下部开有豁口处，挂钩2与外壳8上端固定连接，光源5、超声波仪的换能器6固定在外壳8上光源孔、换能器孔处，搅拌机4固定在外壳8上部豁口处，催化剂喷器由导线与催化剂选择开关06相连接，催化剂通过催化剂喷管喷入井中；超声波仪采用现有的超声波仪，油质监测器采用现有的油质监测器，其油温传感器9位于外壳8下部豁口处。

3).使用主频作用于油层：首先将超声波的频率调到主频段的频段范围作用于油层，使油层以降粘为主，当稠油渗出到井筒时，根据监测器监测到的稠油性质(随超声波作用而动态变化)，随时将超声波调至与稠油性质对应的主频段，打开波长为1-500nm的光源、电热体和和搅拌机，添加催化剂如硅酸铝由催化剂喷管喷入井下油层，同时启动抽油装置，开始抽油；

4).使用低频作用于油层：主频作用10天之后，近井地带中的石油已经被基本采出，此时关闭波长为1-500nm的光源、电热体、搅拌机和抽油机，用低频(低于主频率的频段50KHz作用)连续作用于油层，主要利用机械振动作用和空化作用(热效应相对次之)，降低相对较远处油层稠油粘度，同时伴随空化断链作用，当油质监测器监测到井筒渗出的油质时，及时调频(调节到的频率依然低于主频段，但其过程是不断向主频段靠近)，并打开光源、电热体和搅拌机，添加催化剂如硅酸铝由催化剂喷管喷入井下油层，进一步迅速降粘、断链，更易于抽油，同时启动抽油装置，开始抽油；

5).循环调节超声波频率：当低频作用10天之后，从监测器上观察到有油渗出时，重复步骤3和4，直到该开采方法不满足开采的经济条件为止。

上述方法所用的专用装置，它分为井下和井上两部分，井上部分包括电源和控制器，控制器上设有油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04，其井下部分包括固定装置的挂钩2、油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、搅拌机4、装置外壳8，其中油质监测器7、超声波仪、波长为1-500nm的光源5、电热体3、搅拌机4位于外壳8内并各自分别由电缆和检测信息反馈线1与电源及控制器上的油质显示屏01、超声波频率调节开关02、光源开关03、电热能量开关04、搅拌机开关05相连接，催化剂喷管喷器由导线与催化剂选择开关06相连接。所述的外壳8上下部开有豁口，外壳8的中部开有光源孔、换能器孔，2个电热体3分别位于外壳8上下部豁口处，波长为1-500nm的光源5、超声波仪的换能器6固定在外壳8上光源孔、换能器孔处，油质监测器的油温传感器9位于外壳8下部豁口处，搅拌机4固定在外壳8上部豁口处，催化剂喷管固定外壳8上，挂钩2与外壳8上端固定连接。

Claims

1.一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法，其特征是包括如下步骤：

1).选频：采集油井的稠油样品，均匀分成3-100份，将超声波为20KHz～400KHz区间范围的频率平均分成相同份数的频段，然后，在同样声强和时间下，用每个频段对应一份稠油进行作用，接着分析作用后的油样的物理性质，用气相色谱分析其成分变化，最后评价其综合价值，热效应是降粘明显的频段为主频率的范围，确定其主频率的范围；

3).使用主频作用于油层：首先将超声波的频率调到主频段的频段范圈作用于油层，使油层以降粘为主，当稠油渗出到井筒时，根据监测器监测到的稠油性质，随时将超声波调至与稠油性质对应的主频段，打开波长为1-500nm的光源和电热体，同时启动抽油装置，开始抽油；

4).使用低频作用于油层：主频作用10天之后，近井地带中的石油已经被基本采出，此时关闭波长为1-500nm的光源、电热体和抽油机，用低于主频率的频段45-55KHz的低频连续作用于油层，当油质监测器监测到井筒渗出的油质时，及时调频，调节到的频率依然低于主频段，但其过程是不断向主频段靠近，并打开波长为1-500nm的光源、电热体，同时启动抽油装置，开始抽油；

2.根据权利要求1所述的一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法，其特征是：所述的井下部分还包括搅拌机，步骤3)和步骤4)打开光源和电热体时，同时启动搅拌机。

3.根据权利要求1所述的一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法，其特征是：所述的井下部分还包括催化剂喷管，步骤3)和步骤4)打开光源和电热体时，井下油层同时添加催化剂。

4.一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的装置，其特征是它分为井下和井上两部分，井上部分包括电源和控制器，控制器上设有油质显示屏(01)、超声波频率调节开关(02)、光源开关(03)、电热能量开关(04)，其井下部分包括固定装置的挂钩(2)、油质监测器(7)、超声波仪、波长为1-500nm的光源(5)、电热体(3)、外壳(8)，油质监测器(7)、超声波仪、波长为1-500nm的光源(5)、电热体(3)位于外壳(8)内并各自分别由电缆和检测信息反馈线(1)与电源及控制器上的油质显示屏(01)、超声波频率调节开关(02)、光源开关(03)、电热能量开关(04)相连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的装置，其特征是：所述的外壳(8)上下部开有豁口，外壳(8)的中部开有光源孔、换能器孔，2个电热体(3)分别位于外壳(8)上下部豁口处，波长为1-500nm的光源(5)、超声波仪的换能器(6)固定在外壳(8)上光源孔、换能器孔处，油质监测器的油温传感器(9)位于外壳(8)下部豁口处，挂钩(2)与外壳(8)上端固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的装置，其特征是：所述的井下部分还包括搅拌机(4)，搅拌机(4)固定在外壳(8)上部豁口处，搅拌机(4)由电缆和检测信息反馈线(1)与电源及控制器上的搅拌机开关(05)相连接。