专利名称：一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的方法及其装置的制作方法
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，将可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-2axx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。
图1是本发明的装置结构示意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5是本发明井上部分控制器结构示意中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。
具体实施例方式
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。
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，将可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，将可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。
权利要求
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，如粘度变化、温度变化，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；5).循环调节超声波频率当低频作用7-20天之后，将可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。
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还可同时启动搅拌机。
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中井下油层还可同时添加催化剂如硅酸铝。
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。
全文摘要
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。
文档编号E21B43/16GK1580485SQ20041001317
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月19日 优先权日2004年5月19日
发明者陈振林 申请人:中国地质大学(武汉)