专利名称：谐波井下振动驱油系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油藏区块振动驱油系统，尤其涉及到一种谐波井下振动驱油系统。
本发明属于一种人工地震采油的井下区块震源，人工地震采油法是近十年内才发展起来的一种新的声波采油方法，国外声波采油开展时间最早、现场获得增油规模效益最大的是前苏联和后来的俄罗斯，以一个震源控制的作用范围划分，88年以前属于单井震源发展阶段，在这个阶段，前苏联在20多年的时间里，研制出十多种形形色色的单井震源，现场实施五万多个井次，增了九百多万吨油，平均每年增油四、五十万吨、平均施工一个井次增产180多吨油。八十年代后期，前苏联率先开始了区块人工地震采油试验，首次试验成功了 把震源放在地面的地面人工地震采油技术，一个地面区块震源振动1个周期可影响几平方公里含油面积的区块，可增产三、四千吨原油，从91年起，我国吉林、辽河等油田也相继开展了地面人工地震采油试验，也收到了振动1个周期增油几千吨的规模效益，虽然地面人工地震采油有如此好的增油效果，工艺和设备也不算复杂，但从首次试验成功到现在，时间已过去十年，无论国内国外都没有按高技术经济规律那样迅速获得大面积推广，分析原因有三点1、地面地震影响了地面环境，在振动波及范围内对地面人员特别是对操作者，采油作业人员的健康造成影响。2、能量的利用率太低，地面震源产生的能量能够到达油层的振动能量只有百分之一、二，地面震源能量的耗散和损失太大。3、由于上述两个原因使地面人工地震采油的处理深度受到限制，处理二、三千米以下油层有困难，海上油田使用更是不可能，与世界石油开采向深层向海上发展的趋势不相适应，俄罗斯振动采油专家最近还指出为加深处理深度而造得越来越大的地面震源不仅对地面建筑物造成破坏性影响，而且重达数十吨、上百吨的地面振动设备运输起来十分不便。总之，在世界对环境保护和节能两大生存主题日益重视的今天，不允许地面人工地震采油大规模推广应用。然而，国内外10年来地面人工地震采油现场试验的实践又表明；在高含水阶段，稠油热采和低渗透油层三种情况下使用区块人工地震采油技术可收到非常显著的增油效果。这正好也是我国油田开发目前面临的三种情况。现在，摆在国内外研究人员面前的问题是如何使这项对油田后期开发和稠油、低渗透特殊油藏开发有特殊效果的采油新技术能够具备大规模工业化应用的条件，能够在国内外得到大规模的推广实施呢？本发明的目的在于设计出一种工作原理可靠，便于制造、使用范围广、操作方便，能广泛应用于人工地震采油的井下区块震源。
本发明采用的技术方案是、在井口设计了一个由4立柱直列并列式组合弹簧支承振动台—偏心振动机构成的单振子系统，把一个相当于杆弹簧的重锤振动管柱下入井中，悬挂在振动台上并与井底保持一悬空距离，构成一个井下重锤随井口振动台振动而振动的二元质量弹簧振动系统。在地面调节井口偏心振动机的驱动频率使它与二元质量弹簧振动系统的自振频率发生共振，此时，井下重锤振幅达到最大，不断猛烈锤击人工井底，在低速带以下的深井地层中形成一个人工地震波源。使人工地震波波及范围内几十口油井的产量受地震波影响而增加，达到区块振动增油的目的。
本发明是通过一个谐波井下振动驱油系统实现上述技术方案的谐波井下振动驱油系统由地面的振动驱动设备及下到井中的重锤振动管柱组成，地面振动驱动设备是被一矩形分布的4立柱直列并列式组合弹簧支承的，它是由一个用厚钢板焊制而成的振动台，在振动台上安装了1台或2台用电子调频器调节转速的电动机—偏心块驱动设备组成的，在振动台的中央悬挂了1根下入井底，并与井底保持一悬空距离的重锤振动管柱，井下重锤连在这个振动管柱的尾端，构成一个井下重锤随井口振动台振动而振动的二元质量弹簧振动系统，通过井口电子调频器调节电动机—偏心块驱动设备的驱动频率，使之与整个系统的固有振动频率发生共振，井下重锤振幅达到最大，不断猛烈锤击井底，构成谐波井下振动驱油系统。
本发明的优点是显而易见的，1、首台样机现场试验表明；它工作时井口附近的地面毫无振动，机器噪声也不大，因此，它没有环境污染问题，对地面操作人员的健康以及地面建筑物没有任何影响，这就使它具备了大规模工业化推广应用的基本条件，陆上，海上油田都可以采用这项技术来获得大面积增产。2、系统机械效率高，能耗低、由于它特殊的组合设计，可以使重达十余吨的地面驱动设备和井下重锤振动管柱以及支承它们的井口4立柱直列并列式组合弹簧在任何时刻均可实现机械能互换，用较小的驱动力就可以驱动比它大得多的振动设备在组合弹簧上振动，这种具有自激振荡作用的机械振荡回路设计类似于振荡电路，具有很高的机械效率，此优点也已被首台样机现场试验获得的数据所证实。3、井下谐波振动驱油系统的油层处理深度几乎不受限制，符合油田开发向深层发展的趋势。4、井下谐波振动驱油系统主机设备的重量不到地面人工地震驱油设备主机重量的1/10，因此，它非常适合于油田野外流动作业，长途拉运。上述4个优点使本发明的井下谐波振动驱油系统具备大规模工业化推广应用的充分条件。
下面结合附图对谐波井下振动驱油系统的结构作进一步的说明。
图1是谐波井下振动驱油系统的结构与工作原理图。
图2是振动台结构的柱状图。
图3是井口4立柱直列并列式组合弹簧的单立柱结构图。
图4是重锤振动管柱和悬重杆柱结构图。
如图1所示在井口水泥基础上安装了4根呈矩形对称分布的钢管立柱[1]，在每根立柱上套上数目相同的弹簧[5]，每根立柱形成一组直列式组合弹簧，由4根立柱上的4组直列式组合弹簧构成一组直列并列式组合弹簧，可承载数十吨的振动载荷。在4立柱直列并列式组合弹簧上支承着振动台[4]和电机—偏心块驱动设备[3]，在振动台[4]的中心和四角加工了园形孔眼，钢管立柱[1]正好从孔眼中穿过，振动台[4]中心的孔眼是用来起下和悬挂重锤振动管柱[6]的，[7]是下入振击工艺井[8]的人工井底并座在井口的扶正管柱，重锤振动管柱[6]从振动台[4]中心的孔眼下入振击工艺井的扶正管柱[7]中，并与井底保持一悬空距离。在重锤振动管柱[6]的尾端是井下重锤[9]，它与振击工艺井水泥人工井底顶部的钢砧[10]保持一悬空距离，电子调频器[11]放置在井口设备附近的地面上或室内。
振动台的结构如图2所示，采用1块正方形或矩形的厚钢板[12]，在它的中心和四角都加工了园形孔眼、在厚钢板[12]的中央垂直焊接了1根短而粗的大直径厚壁钢管[13]，沿钢管园柱面对称焊接了4-6块直角三角形厚钢板[14]，每块三角形钢板的两条直角边分别与钢管的园柱面及钢板平面贴紧焊在一起。
如图3所示井口4立柱直列并列式组合弹簧是由4根结构相同的单立柱直列式组合弹簧对称安装在井口组成的，把4块底部焊有螺纹拉筋或角钢片的地基钢板[15]对称预埋在井口的水泥基础上，把4根钢管立柱[1]垂直焊在4片钢法兰[16]上，再用螺栓把4根钢管立柱[1]尾端的钢法兰[16]连接在4片底法兰[17]上，再把4根钢管立柱上的底法兰[17]对称焊接在井口的4块地基钢板[15]上，在每根钢管立柱上都套上数目相同的螺旋压缩弹簧[5]，在井口形成一组4×n的直列并列式组合弹簧，再把振动台扣在4根立柱的组合弹簧上。
如图4所示井下重锤[9]是由n根园钢柱用螺纹连接而成的，把井下重锤[9]连接在由许多根油管或钢管连成的振动管柱[6]的尾端，组成井下重锤振动管柱，[23]是连接振动管柱[6]和井下重锤[9]的变径变扣接头。重锤振动管柱[6]的顶端通过变径变扣接头[22]连接了悬重杆柱[18]，悬重杆柱是由n根两端为公扣的钢柱通过接箍[21]连接而成，每根钢柱的长度不等，现场安装下井时组合成实测需要的杆柱总长，悬重杆柱[18]的顶端用接箍[21]连接了一根直径相同的调节丝杆[19]，调节丝杆[19]上拧有两个锁紧螺母[20]，重锤振动管柱[6]、[9]通过这两个锁紧螺母[20]座在振动台[4]中央中心孔眼的档板[24]上，并通过转动锁紧螺母调节振动管柱及井下重锤[9]底端与人工井底的悬空距离。
下面结合图1叙述谐波井下振动驱油系统的工作原理，如图1所示[11]是调节井口偏心块驱动设备电机转速的电子调频器，通过它，调节井口电机的电源频率也就调节了电机的转速，在偏心块振动设备[3]中有1对水平安装的偏心块，当电动机转动时，这对水平安装的偏心块以相同的转速反向旋转，偏心块在水平方向产生的离心力方向相反大小相等相互抵销，而在垂直方向产生的离心力则方向相同相互迭加，因此，电机每转1圈，水平安装的偏心块驱动设备就对支承它们的井口直列并列式组合弹簧[5]施加一次双倍的离心力，井口直列并列式组合弹簧[5]就随之振动一次，悬挂在振动台[4]中心的重锤振动管柱[6]及接在管柱尾端的井下重锤[9]也随着振动一次，在井口调节偏心块的转动力矩使它足够大，当重锤振幅大大于重锤至井底钢砧的悬空距离时，几吨重的重锤就砸击井底钢砧一次，于是在深井中产生一次人工地震，人工地震波在深井硬地层中近似於球面波，它在地层中以每秒钟数千米的速度迅速到达油层，现场试验测试到的数据表明；它可使距震源千米以外的油层产生几十倍于正常振动的人工振动，由于地震波到达地层中各观察点的时间和速度都不一样，因此它对含油地层和地层中的流体产生了强烈的机械挤压作用和剪切作用，本发明的井下振动驱油系统就是这样工作的。
本发明的谐波井下振动驱油系统由井口的4立柱直列并列式组合弹簧和下到井中的相当于杆弹簧的重锤振动管柱组成一个二元质量弹簧振动系统，它有一个复合的自振频率，在井口使用电子调频器[11]调节系统振动驱动设备电机的转速，也即调节驱动系统振动的驱动频率使它与系统的自振频率发生共振，也就寻找到了使系统机械效率最高、机械阻抗最低，地面振动台振幅和井下重锤振幅同时达到最大，振动最强的最佳工作状态，这就是本发明的二元质量弹簧振动系统的谐振工作状态。
权利要求
1.一种谐波井下振动驱油系统，它是由电子调频器控制的调速电机—偏心振动机驱动的，共特征在于4根对称分布在井口的钢管立柱上分别套装了数目相等的螺旋压缩弹簧，构成了一组直列并列式组合弹簧，它支承着1个振动台，振动台4个角上的孔眼被4根钢管立柱穿过。在振动台的中央，悬挂了1根下入井底，并与井底保持一悬空距离的重锤振动管柱，构成了一个井下重锤随井口振动台振动而振动的二元质量弹簧振动系统，调节井口电子调频器的电源频率，使安装在振动台上的偏心振动机的驱动频率与系统的自振频率发生共振，井下重锤振幅达到最大，不断锤击人工井底，构成谐波井下振动驱油系统。
2.根据权利要求1所称的振动台，其特征在于它是采用正方形或距形的厚钢板，在钢板的中心和四角加工了园形孔眼，在厚钢板一面的中央垂直焊接了1根短而粗的大直径厚壁钢管，沿钢管园柱面对称焊接了4-6块直角三角形厚钢板，每块三角形钢板的两条直角边分别与钢管的园柱面及钢板平面贴紧焊在一起，在振动台上安装了1台或2台由电子调频器调节转速的电动机—偏心块驱动设备(即偏心振动机)。
3.根据权利要求1所称的井口直列并列式组合弹簧及钢管立柱，其特征在于将4块底部焊有螺纹钢拉筋或角钢片的地基钢板对称预埋在井口的水泥基础上，把4根钢管立柱垂直焊接在4片钢法兰上，再用螺栓把4根钢管立柱尾端的钢法兰连接在4片底法兰上，再将4根钢管立柱上的底法兰对称焊接在井口的4块地基钢板上，每根钢管立柱上都套上数目相同的螺旋压缩弹簧，形成一组4×n的直列并列式组合弹簧，再把振动台扣在4根立柱的组合弹簧上。
4.根据权利要求1所称的重锤振动管柱，其特征在于一个由n根园钢柱用螺纹连接而成的井下重锤，把井下重锤连接在许多根油管或钢管连成的管柱尾端，再把这根重锤振动管柱下到井底，重锤振动管柱的顶端连接了悬重杆柱，悬重杆柱的顶端是1根调节丝杆，重锤振动管柱通过调节丝杆上的两个锁紧螺母悬挂在井口由组合弹簧支承的振动台上，并且通过转动锁紧螺母来调节振动管柱重锤底端与人工井底的悬空距离。
5.根据权利要求4所称的悬重杆柱，其特征在于悬重杆柱是由n根两端为公扣的钢柱通过接箍连接而成，每根钢柱的长度不等，现场安装下井时组合成实测需要的杆柱总长，悬重杆柱底端通过一个变径变扣接头与重锤振动管柱相连，悬重杆柱的顶端用接箍连接了一根直径相同的丝杆，丝杆上拧有两个锁紧螺母，重锤振动管柱通过这两个锁紧螺母座在振动台中央中心孔眼的档板上。
全文摘要
本发明属于一种地面的振动驱动设备与井中的振动管柱重锤振子产生共振的谐波井下振动驱油系统。调节井口电子调频器的电源频率与系统的自振频率发生共振,地面振动台和井下重锤振子同时获得最大振幅,重锤以谐振频率不断锤击井底,形成一个井下人工地震波源,使人工地震波波及范围内几十口油井的产量受地震波影响而增加。
文档编号E21B28/00GK1190151SQ9712175
公开日1998年8月12日 申请日期1997年12月23日 优先权日1997年12月23日
发明者黄序韬 申请人:中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院廊坊分院天然气勘探开发研究所