一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置及注入方法与流程

本发明涉及一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置及注入方法，属于油田开发工程技术领域。

背景技术：

近十几年来，国内外对水力脉冲注水技术的研究和应用进展很快，形成了系列的配套设备和工艺技术，其脉冲发生器主要采用活塞式结构或者电磁阀控制结构设计，在实际使用过程中，现有装置通常存在受注入水水质矿化度、机杂、结垢等影响大、工作状态不稳定、寿命短、故障率高，或者需要电缆给井下系统供电，施工工艺复杂，无法带压作业、适应井斜小等明显缺陷和不足，应用范围较窄，限制了水力脉冲技术的进一步推广应用。

中国专利文件(公开号cn104929605a)所述的装置中包含了水力脉冲压裂装置，其结构是一种活塞式结构，其工作原理是通过液力与弹簧弹力的压力差控制喷嘴的开启和关闭，进而激发脉冲，由于在井下液体环境中由于压裂砂、机杂、结垢等复杂井下环境，活塞本身的往复运动与密封方式是相切结构，同时密封方式又是橡胶“0”型圈密封，易失效可靠性低，不适应长期在井下复杂环境工作；同时依靠弹簧力激发，往往会由于地面压力过高导致活塞一直处于开启状态而无法复位，失去激发脉冲的作用，这种方式脉冲频率不稳定，也难以控制，且该工艺用于压裂，不能实现反洗井，无发用在酸化、注水工艺。

目前，随着油田开发的深入，波动化学辅助增产增注、波动酸化解堵等技术需求越来越迫切，同时要求适应的井型(斜井、定向井、水平井等)也越来越复杂，需要对应设计不同井型的注入装置，适应性小，投入成本高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构合理、性能可靠、安装方便、工作性能可靠且使用效果好的用油管传输驱动井下脉冲发生装置。

本发明还提供上述装置的注入方法。

本发明的技术方案如下：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，包括地面注入井口，地面注入井口连接油管，油管设于套管内，油管上设有至少一个水力脉冲发生器，油管末端设有反洗井阀，油管与套管之间设有油管锚定装置，水力脉冲发生器对应的套管外侧为油层射孔段。油管锚定装置用来将油管锚定在目标井套管上防止井下工具串晃动，所述反洗井阀安装在油管底部，液体只能从油管底部流入无法流出，具有单向控制流体流动功能。

优选的，油管与套管之间还设有油管扶正器。油管扶正器安装在水力脉冲发生器的上部或者下部，对水力脉冲发生器起到扶正作用，油管扶正器不同于常规刚性扶正器，属于滑块式可压缩扶正器，能够满足轻微套变井需要，5-1/2in套管应用滑块扶正器的外径范围：110-136mm；7in套管应用滑块扶正器的外径范围：136-160mm。

进一步优选的，水力脉冲发生器的数量为两个或两个以上时，其中一个水力脉冲发生器设于油管扶正器与反洗井阀之间。

优选的，油管锚定装置设有活动锚牙，油管内有高压流体注入时锚牙伸出油管锚定装置本体嵌入套管内，油管内高压流体消失油管锚定装置锚牙自动收回失去锚定作用。

优选的，水力脉冲发生器包括外工作筒，外工作筒上下两端设有上接头、下接头，外工作筒侧壁上设有外工作筒盲堵，外工作筒内设有内工作筒，外工作筒与内工作筒之间形成桥式过流通道；流体既能通过工作筒喷射，又能通过该工作筒将流体传到下一级水力脉冲发生器进行喷射；

内工作筒一端设有内工作筒上接头，内工作筒另一端设有内工作筒盲堵，内工作筒上接头内侧设有电机，电机输出端连接设有扭矩连杆轴，扭矩连杆轴与活动喷嘴连接，活动喷嘴设有进液通道，活动喷嘴下方设有固定喷嘴，固定喷嘴设有与活动喷嘴对应的固定喷嘴过液孔，固定喷嘴下方的内工作筒盲堵侧壁上设有出液喷嘴，内工作筒的侧壁上设有与活动喷嘴的进液通道相对应的进液过流孔。活动喷嘴在电机的带动下按照一定频率旋转，当活动喷嘴的进液通道对准内工作筒的进液过流孔时，液体进入活动喷嘴、固定喷嘴、并由出液喷嘴喷出，当由于转动使活动喷嘴的进液通道与进液过流孔错位时，液体间断，从而可以形成脉冲水力。

进一步优选的，内工作筒上接头内侧设有控制器，控制器连接压力传感器探头，压力传感器探头贯穿设于内工作筒上接头外侧，控制器连接电机。当压力传感器探头接受到外工作筒内一定范围压力时，触发控制器控制电机启动。

进一步优选的，控制器与电机连接，由电池组供电。

进一步优选的，电机输出端设有电机输出扭矩，电机输出扭矩连接设有扭矩连杆轴，扭矩连杆轴通过轴承固定于内工作筒内壁。

进一步优选的，扭矩连杆与活动喷嘴之间设有扭矩连杆密封总成。

进一步优选的，固定喷嘴与内工作筒盲堵之间设有压紧弹簧。

进一步优选的，电机输出扭矩与扭矩连杆轴之间设有扭矩连杆轴防松装置。

所述水力脉冲发生器的泄压通道采用常闭式设计，工作时井筒油管作为蓄能体，流体在井底水力脉冲发生器的活动喷嘴内蓄能、升压，活动喷嘴在电机输出扭矩的驱动下按照一定频率周向运动，与固定喷嘴交错形成开-关，将高压流体以脉冲的形式喷出，脉冲峰值为蓄能释放前压力的最大值，最小值为地层注入压力值，差值为脉冲振幅。通过调节频率和油管蓄能速度控制脉冲振幅幅值大小，油管蓄能速度是指油管流体的注入速度，即地面油管流体的输入排量大小，一般对于某口井的井深及使用油管是确定的，即油管内径和长度是定值，因此油管蓄能体积是一定的，水力脉冲发生器可以多级串联使用。

一种利用上述用油管传输驱动井下脉冲发生装置的注入方法，是一种操作简便、实现方便、注入效果明显且原油采收率高的水力脉冲井下波动驱油方法，包括步骤如下：

步骤1、注入井选择：在所施工采油井周围选择一个注入井，并使得所施工采油井处于所选择注入井的波动范围内，所选择注入井的井身结构无套变，具有较好的渗透性，且所述注入井与周围的采油井地层存在对应的驱油关系，具有较好的渗透性，波动范围半径为2公里内采油井比较集中；

步骤2、设置脉冲发生装置启动压力值和脉冲频率：

启动压力值：启动压力值为附加压力值和目的层位置的静压值之和。为了保证可靠，附加压力值设置为井口设计注入压力值的10-20％，由设计得到；目的层位置的静压值由脉冲发生装置下入目位置后井下压力传感器自行学习并记录当前实际压力值；工作时，井口注入压力值高于启动压力时，脉冲发生装置开始工作，低于启动压力时，停止工作；

脉冲频率由工艺要求或者地层固有频率决定，设置时需要结合活动喷嘴和固定喷嘴的结构以及电机转速来确定设置具体值；

步骤3、设置水力脉冲发生器数量：根据注入量确定需要安装水力脉冲发生器的数量，单级发生器排量10-50m³/d，一般最多建议安装2级；

步骤4、安装油管及井下工具：根据设计水力脉冲发生器的级数由下至上通过油管按顺序安装反洗井阀、水力脉冲发生器、油管扶正器、油管锚定器等，将水力脉冲发生器下至油层中部，安装注入井口，连接注入流程；

步骤5、采用脉冲波注入驱油：通过注入流程向注入井持续注入液体，一般通过注入井口的油管向井内注入液体，注入时先按照设计的启动压力值调节井口注入压力值，井下水力脉冲发生器在井口压力的驱动下反复充压-泄压，实现脉冲波动驱油；

步骤6、反洗井：需要洗井时，首先改变井口进水流程，连接油管洗井流程，即从井口油-套环空进行注入洗井液，油管连接出口流程同时打开(无节流装置)，在井口持续注入洗井液，洗井液通过油-套环空进入管柱底部反洗井阀，通过反洗井阀进入油管内反至地面。

优选的，步骤2中，脉冲发生装置下入目的位置后井下压力传感器自行学习并记录当前实际压力值时，需要将油管、套管灌满关井10min。

优选的，步骤5中，调节井口注入压力值高于设计的启动压力值0.5mpa。

优选的，步骤6中，反洗井液按照井筒容积的2-3倍设计，反洗井压力一般在2-5mpa。

本发明提供的井下脉冲发生器喷嘴为平面式结构，运动方式为周向旋转，具有灵活可靠，不受井底压力大小影响，喷嘴开关不受压力差的控制，同时平面结构不受井下介质的影响，且受水质和井眼轨迹的影响非常小，是一种刚体密封，喷嘴开关灵活度更高。且开关频率是通过电机控制按照设计要求进行，稳定性高，不会因地面工作压力的高低而失去控制。通过配套油管或者连续管工艺实现在井下发生水力脉冲波，频率和波幅可调，能够向油层持续注入，同时该工艺具备反洗井功能，管柱结构合理，工艺简单，对井筒条件及施工工艺的适应性非常高，具备长期稳定工作和规模化推广应用的条件。

本发明的有益效果在于：

1、装置结构简单、设计合理且安装方便，尤其是工艺简单，施工方便，投入成本低。

2、设计新颖、合理且使用操作简便，驱油过程控制方便，无须地面供电系统，属于物理法强化采油技术范畴，利用井筒油管内液压能实现波动驱油，因而提供了一种给地层加载人工水力脉冲波的条件进行强化驱油的方法。

3、尤其是水力脉冲发生器设计新颖，结构独特，利用差式平面活动喷嘴结构设计，运动部件少，周向运动方式能很好的避免结垢、机杂造成的运动及密封失效，由于该结构的压力平衡原理，需要的扭矩非常小，对于长期井下液体环境工作的可靠性大幅提高，能够满足在矿化度高、腐蚀性介质中长期工作的条件。

4、使用效果好，利用地面水压能及油管大容积蓄能体在水力脉冲发生器平面差式喷嘴上产生高压液压能，通过瞬间释放产生持续稳定的脉冲波，能够持续向地层按一定频率和振幅加载，形成复杂的叠合效应，从而促进流体流动速度、改善渗流状况，进而促进油藏的综合驱油效果。

4、脉冲振幅与注入排量可调节，通过改变水力脉冲发生器设计频率和井口注入压力，按照油管蓄能体的大小，可调节水力脉冲的振幅峰值和注入排量，也可通过串联方式使用。

5、工作状态稳定，注入管柱设计了油管锚定装置和扶正器，保证工具下入井筒和起出井筒的安全可靠性，受井斜影响小；且能保证工作过程中水力脉冲发生器的稳定性，水力脉冲发生器采用平面差式喷嘴结构，通过周向运动方式产生压力脉冲，且运动部件少，可靠性高，不易受水质矿化度影响，保证在井下环境长期可靠工作；水力脉冲发生器只在井口正常注入时开启工作，停止注入后自行停止，可靠性高。

6、操作方便且无污染，管柱及工具通过扣连接，入井和起出工序安全可靠，注入程序简单，只需按照设计压力值在井口持续注入，井下脉冲工具即可工作，同时可根据需要调整脉冲频率和注入强度等波动参数，该方法满足直井、斜井、定向井、水平井的作业要求，且对环境几乎无任何污染。

7、经济效益和社会效益显著，在常规水驱井中利用水力脉冲能量持续不断、稳定地对油藏提供压力波动，提高水井的注入能力和油藏深部驱油效率；同时也能对油井井筒壁进行解堵处理，因而能够满足在油藏中传播距离远且能量又集中的波动冲击需求，并能提高实际生产中原油的采收率，即利用持续稳定的压力波加载于地下生产油层，从而促进流体流动速度、改善渗流状况，进而促进油藏的综合驱油效果，使注水驱油在波动的条件下运行，从而提高原油采收率。

8、实用价值高，推广应用前景广泛，本发明采取不断持续稳定产生水力脉冲压力波使注入地层中的驱油液和地层孔隙里的原油连续不断地受到拉伸和压缩，在剪切力的作用下，分子间的作用力降低，原油的流变结构被破坏，进而粘度降低，同时在驱油液的作用下混相，躯体效果进一步提高。另外，所产生的压力波在地层介质储油层中传播时，在油层内部驱油方向上产生微小附加压力梯度，这种附加压力梯度会减小油层液体的表面张力，促进其流动，提高注入和驱油效果。同时，本发明所产生的水力波有助于提高井口近井附近的渗透性，提高注水能力，起到增注效果，对于恢复地层能量起到积极作用。

综上所述，本发明设计合理、安装方便且使用操作简便、施工效果好，利用脉冲波动在改善油层注入、驱油、地层能量方面具有良好效果，同时可降低残余油饱和度，大幅提高了原油采收率。

附图说明

图1为本发明设计管柱及配套工具注入流体状态参考图。

图2为本发明设计管柱及配套工具反洗井状态参考图。

图3为本发明水力脉冲发生器的结构示意图(开启状态)。

图4为本发明水力脉冲发生器的结构示意图(常关状态)。

图5为采用本发明进行驱油的方法流程图。

附图标记说明:

1—油管注入端井口；2—油-套注入端井口；3—套管；4—油管；

5—油管锚定装置；6—水力脉冲发生器；7—油管扶正器；8—水力脉冲发生器；

9—反洗井阀；10—油层射孔段；11—油层射孔段；6-1—上接头；6-2—内工作筒上接头；6-3—外工作筒；6-4—内工作筒；6-5—桥式过流通道；6-6—外工作筒盲堵；6-7—进液过流孔；6-8—固定喷嘴过液孔；6-9—工作筒盲堵过流孔；6-10—出液喷嘴；6-11—下接头；6-12—压力传感器探头；6-13—控制器；6-14—电池组；6-15—电机；6-16—电机输出扭矩；6-17—扭矩连杆轴防松装置；6-18—扶正居中圆轴承组；6-19—轴承座；6-20—压板减阻轴承组；6-21—扭矩连杆密封总成；6-22—扭矩连杆轴；6-23—活动喷嘴；6-24—活动和固定喷嘴特殊处理层；6-25—固定喷嘴；6-26—压紧弹簧；6-27—内工作筒盲堵。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，包括地面注入井口，地面注入井口有油管注入端井口1和油-套注入端井口2，油管注入端井口1连接油管4，油管4设于套管3内，油管上设有两个水力脉冲发生器，油管末端设有反洗井阀9，油管与套管之间设有油管锚定装置5，水力脉冲发生器对应的套管外侧为油层射孔段。油管锚定装置用来将油管锚定在目标井套管上防止井下工具串晃动，油管锚定装置活动设有锚牙，锚牙用于在油管内有高压流体注入时伸出油管锚定装置本体、嵌入在套管内，油管内高压流体消失油管锚定装置锚牙自动收回失去锚定作用。反洗井阀安装在油管底部，液体无法从油管内流出，只能从油管外部流入，具有单向控制流体流动功能。

油管与套管之间还设有油管扶正器。油管扶正器安装在水力脉冲发生器的上部或者下部，对水力脉冲发生器起到扶正作用，如图1所示，从下到上依次为反洗井阀9、水力脉冲发生器8、油管扶正器7、水力脉冲发生器6、油管锚定装置5，油管扶正器不同于常规刚性扶正器，属于滑块式可压缩扶正器，能够满足轻微套变井需要，5-1/2in套管应用滑块扶正器的外径范围：110-136mm；7in套管应用滑块扶正器的外径范围：136-160mm。

实际使用过程中，所述整体式水力脉冲发生装置产生的水力脉冲峰值在0.5mpa-10mpa，注入排量在10m³/d-50m³/d。

实施例2：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，水力脉冲发生器包括外工作筒6-3，外工作筒上下两端设有上接头6-1、下接头6-11，外工作筒侧壁上设有外工作筒盲堵6-6，外工作筒内设有内工作筒6-4，外工作筒与内工作筒之间形成桥式过流通道6-5；流体既能通过工作筒喷射，又能通过该工作筒将流体传到下一级水力脉冲发生器进行喷射。

内工作筒6-4一端设有内工作筒上接头6-2，内工作筒另一端设有内工作筒盲堵6-27，内工作筒上接头6-2内侧设有控制器6-13、电机6-15，控制器6-13通过电池6-14连接电机6-15，控制器6-13连接压力传感器探头6-12，压力传感器探头6-12贯穿设于内工作筒上接头6-2外侧。压力传感器探头监测油管内压力，用于控制器是否开启电机的判据，当压力传感器探头感受到外工作筒内进入液体时，触发控制器，电机转动可控。电机6-15、电池组6-14、控制器6-13密封在内工作筒上接头6-2内，即为驱动及控制总成部分。

电机输出端设有电机输出扭矩6-16，电机输出扭矩6-16连接设有扭矩连杆轴6-22，扭矩连杆轴连接扭矩连杆，扭矩连杆与活动喷嘴6-23连接，活动喷嘴6-23设有进液通道，活动喷嘴6-23下方设有固定喷嘴6-25，固定喷嘴设有与活动喷嘴对应的固定喷嘴过液孔6-8，固定喷嘴下方的内工作筒盲堵侧壁上设有出液喷嘴6-10，液体通过内工作筒盲堵的工作同盲堵过液孔6-9进入内工作筒盲堵的容腔内，并由出液喷嘴喷出，内工作筒的侧壁上设有与活动喷嘴的进液通道相对应的进液过流孔6-7。活动喷嘴在电机的带动下规律旋转，当活动喷嘴的进液通道对准内工作筒的进液过流孔时，液体进入活动喷嘴、固定喷嘴、并由出液喷嘴喷出，当由于转动使活动喷嘴的进液通道与进液过流孔错位时，液体间断，从而可以形成脉冲水力。安装时要求内工作筒6-4的进液过流孔6-7与外工作筒6-3的外工作筒盲堵6-6对正。将电机输出扭矩6-16与扭矩连杆轴对接插入后通过内工作筒上接头6-2与内工作筒6-4上紧。

本发明所述的水力脉冲发生装置包括两个工作状态，图3为脉冲发生开启状态；图4为关闭状态。水力脉冲发生装置为常关状态，在井口注入压力达到启动压力值后持续稳定释放脉冲波，停止注入后井下脉冲装置亦停止工作。

在实际使用过程中通过油管注入端井口1进行注入液体，液体通过油管4达到水力脉冲发生器6，同时通过水力脉冲发生器6的桥式过流通道6-5进入到下一级水力脉冲发生器8，液体到达水力脉冲发生器6、8后通过外工作筒6-3桥式通道内的进液过流孔6-7进入活动喷嘴6-23内，在电机输出扭矩驱动下，电机输出扭矩6-16带动扭矩连杆轴6-22带动活动喷嘴6-23做周向旋转运动，油管内大容积体内高压流体通过固定喷嘴6-25的固定喷嘴过液孔6-8及出液喷嘴6-10喷出高压流体，喷向油套环空(油管4-套管3环空)，由于活动喷嘴的持续旋转，与固定喷嘴形成一定频率稳定的高压水力脉冲，高压流体持续蓄能-释放，形成连续脉冲压力波，给油层射孔段10、11持续加载压力波。

实施例3：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，其结构如实施例2所述，所不同的是，固定喷嘴与内工作筒盲堵之间设有压紧弹簧6-26。实际使用过程中，需要通过工作筒盲堵6-27将压紧弹簧6-26上紧，并保证固定喷嘴6-25与活动喷嘴6-23安装贴近并处于关闭状态。实际使用过程中，需要通过外工作筒盲堵6-6上紧外工作筒孔眼。

实施例4：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，其结构如实施例3所述，所不同的是，扭矩连杆轴通过轴承固定于内工作筒内壁，如图3所示，扭矩连杆轴外侧设有扶正居中圆轴承组6-18，扭矩连杆外侧设有压板减阻轴承组6-20和轴承座6-19，压板减阻轴承组在于减小活动喷嘴、固定喷嘴受压紧弹簧作用力，保证活动水嘴的灵活性；扶正居中圆轴承在于对扭矩连杆轴扶正，保证灵活性。

实施例5：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，其结构如实施例4所述，所不同的是，扭矩连杆与活动喷嘴之间设有扭矩连杆密封总成6-21，在于阻断液流进入工作筒上接头内部，保证电机安全可靠性。

实施例6：

一种用油管传输驱动井下脉冲发生装置，其结构如实施例5所述，所不同的是，电机输出扭矩与扭矩连杆轴之间设有扭矩连杆轴防松装置6-17，活动喷嘴的进液通道和固定喷嘴过液孔6-8上均设有喷嘴涂层6-24，通过涂层保证抗磨性和抗腐蚀性，保持良好密封。

实施例7：

一种利用实施例6所述用油管传输驱动井下脉冲发生装置的注入方法，是一种操作简便、实现方便、注入效果明显且原油采收率高的水力脉冲井下波动驱油方法，包括步骤如下：

步骤1、注入井选择：在所施工采油井周侧选择一个注入井，并使得所施工采油井处于所选择注入井的波动范围内，所选择注入井的井身结构无套变，具有较好的渗透性，且所述注入井与周围的采油井地层油藏存在较好的对应驱油关系，具有较好的渗透性，波动范围半径为2公里内采油井比较集中。

本发明所述的水力脉冲波驱油方法主要适用于水驱效果差的低渗透油藏或者地下原油流动性差的稠油区块，在注入井驱油半径内覆盖的油井数较多，油层对应连通性较好。实际注入井进行选择时，所选择的注入井为油田区块的注水井，要求注入井井段的套管无变形、无错断且无穿孔，对注入井井斜无要求；另外，对于油井也可以脉冲解堵作业，主要是实施近井端污染解除处理。施工之前应确保各井口及井下油管完好，具备成高压能力，满足持续注入要求。

步骤2、设置脉冲发生装置启动压力值和脉冲频率：

启动压力值：启动压力值为附加压力值和目的层位置的静压值之和。为了保证可靠，附加压力值设置为井口设计注入压力值的10-20％，由设计得到；目的层位置的静压值由脉冲发生装置下入目位置后井下压力传感器自行学习并记录当前实际压力值，需要将油管、套管灌满关井10min；工作时，井口注入压力值高于启动压力时，脉冲发生装置开始工作，低于启动压力时，停止工作；

脉冲频率由工艺要求或者地层固有频率决定，设置时需要结合活动喷嘴和固定喷嘴的结构以及电机转速来确定设置具体值；

步骤3、设置水力脉冲发生器数量：根据注入量确定需要安装水力脉冲发生器的数量，单级发生器排量10-50m³/d，一般最多建议安装2级；

步骤4、安装油管及井下工具：根据设计水力脉冲发生器的级数由下至上通过油管按顺序安装反洗井阀、水力脉冲发生器、油管扶正器、油管锚定器等，将水力脉冲发生器下至油层中部，安装注入井口，连接注入流程；

步骤5、采用脉冲波注入驱油：通过注入流程向注入井持续注入液体，一般通过注入井口的油管向井内注入液体，注入时先按照设计的启动压力值调节井口注入压力值，调节井口注入压力值高于设计的启动压力值0.5mpa，井下水力脉冲发生器在井口压力的驱动下反复充压-泄压，实现脉冲波动驱油；

步骤6、反洗井：需要洗井时，首先改变井口进水流程，连接油管洗井流程，即从油-套注入端井口2向环空进行注入洗井液，同时完全开启油管注入端井口1(无节流装置)，在井口持续注入洗井液，洗井液通过油-套环空进入井底反洗井阀，通过反洗井阀进入油管内反至地面、从油管注入端井口1排出进入回收罐或流程，此过程油管扶正器7锚牙自动收回失去锚定作用，完成反洗井后井下工具及油管能够安全顺利移动或者起出井筒。反洗井液按照井筒容积的2-3倍设计，反洗井压力一般在2-5mpa。

实际操作过程中，采用水力脉中压力波进行井下波动驱油时，按照常规注水采油方法完成所述采油井的采油过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。