一种水力低频振动提高原油采收率的装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种水力低频振动提高原油采收率的装置及其应用，属于油藏原油提高采收率技术领域。

背景技术：

随着我国石油、天然气开发的不断深入，低渗油藏已经成为石油行业发展的重要潜力，然而在开发中后期由于低渗、特低渗油藏渗透率极低、天然微裂缝发育，普遍存在水窜严重、产量低、开采效果差。因此，亟需辅助开发技术手段提高油藏内部原油动用程度和采收率。

低频振动采油作为一种新型的物理采油方式，利用人工振动将能量以低频机械波的形式直接或间接作用于地层，通过振动波在地层的传播，使储层和流体产生不同的物理和化学变化，改善油层渗流条件，达到油水井增产增注目的。该方法凭借其无污染、成本低、见效快、适应性强、工艺简单等特点在一系列的矿场应用中都取得了较好的开发效果。与此同时，低频波动采油技术的应用也逐渐由单一技术向复合技术发展，目前如关于振动复合化学封堵技术、振动复合表面活性剂驱油技术、振动复合稠油蒸汽降粘(或催化降粘)技术、振动复合酸压增产技术等均在理论与实验研究方面取得了一定进展。石油工作者针对该技术的作用机理、配套设备、施工工艺等进行了一系列的理论和实验研究。

然而，目前矿场所应用的低频振动装备普遍存在如下弊端：设备复杂，操作不便；占据矿场地面面积较大，特别是振击设备；作业时需要清理井内管柱，影响后续生产；无法实时调整作业参数(振动频率、振动幅度等)。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、安装布设方便、工作性能可靠，且能够实现振动参数即时调整的水力低频振动提高原油采收率的装置。

本发明还提供一种利用上述装置来提高原油采收率的操作方法。

本发明的技术方案如下：

一种水力低频振动提高原油采收率的装置，包括动力系统、转子系统、振击系统和定子系统，其中：

动力系统，设置在定子系统内，包括驱动转子系统旋转的动力源；

转子系统，设置在定子系统内，包括垂直转动管及设置在垂直转动管底端的水平转盘，垂直转动管底部及水平转盘上设置有流道，垂直转动管内可用于液体介质的流动；

振击系统，设置在定子系统内，包括垂直分隔管柱及设置在垂直分隔管柱内的环形重锤，环形重锤可在液体介质的压力下实现上下移动；

定子系统的底部设置有流道，可与水平转盘上的流道实现相通，用于液体介质的排出。

优选的，所述动力源选用电机，电机与垂直转动管传动连接。

优选的，所述电机通过齿轮系与垂直转动管传动连接。

优选的，所述垂直转动管的顶端通过转动接头与油管连接。此设计的好处在于，通过转动接头，在垂直转动管转动的同时可有效防止油管发生相对转动，避免油管发生拧绕。

优选的，所述垂直分隔管柱的上部设置为一倾斜撞击面，环形重锤上设置有与倾斜撞击面相适应的倾斜面。

优选的，所述倾斜撞击面的倾斜夹角为10-45°。

优选的，当倾斜面与倾斜撞击面接触时，环形重锤的顶端与垂直分隔管柱的顶端留有空隙。此设计的优势在于，当环形重锤向上移动撞击垂直分隔管柱时，能够将全部的力量作用在倾斜撞击面上，然后由倾斜撞击面向外对水平井扩散振击，效率更高。

优选的，所述垂直转动管的底部设置有六个矩形入流口，所述垂直分隔管柱底部与六个矩形入流口相同的高度分布有六个矩形出流口。此设计的好处在于，当垂直转动管旋转时，可以实现六个矩形入流口和六个矩形出流口的连通。

优选的，所述水平转盘上设置有六个圆形上内泄流口和六个圆形上外泄流口，其中六个圆形上内泄流口位于垂直转动管内侧，六个圆形上外泄流口位于垂直转动管外侧。

优选的，所述定子系统包括一外壳，在所述外壳的底部设置有六个圆形下内泄流口和六个圆形下外泄流口，其中六个圆形下内泄流口在竖直方向上可与六个圆形上内泄流口重合，六个圆形下外泄流口在竖直方向上可与六个圆形上外泄流口重合。

优选的，所述外壳上设置有气孔，气孔位于倾斜撞击面下方。

优选的，所述垂直分隔管柱内设置有一支撑盘，支撑盘位于环形重锤下方且支撑盘的中心设有一通孔，在通孔外侧的同一圆周上分布有六个圆形流通口。

一种水力低频振动提高原油采收率的装置的操作方法，包括以下步骤：

(1)将该提高原油采收率的装置下放至所要处理的油层位置并固定，连接好地面电源；

(2)向垂直转动管内输送流体，启动电源，电机带动垂直转动管转动，当垂直转动管转动到某个角度，矩形入流口和矩形出流口连通，而此时圆形上外泄流口与圆形下外泄流口交错封堵，圆形上内泄流口与圆形下内泄流口交错封堵，流体经过垂直转动管、矩形入流口、矩形出流口、圆形流通口，推动环形重锤向上运动，撞击倾斜撞击面；

(3)电机持续带动垂直转动管转动，当垂直转动管转动到某个角度，矩形入流口和矩形出流口交错封堵，而此时圆形上外泄流口与圆形下外泄流口连通，圆形上内泄流口与圆形下内泄流口连通，环形重锤下的流体在环形重锤及自身的重力作用下通过圆形上外泄流口、圆形下外泄流口排出，垂直转动管内的流体通过圆形上内泄流口、圆形下内泄流口排出。

本发明的有益效果在于：

1.本发明装置结构简单，设计合理，安装和操作方便，投入成本较低，地面设备少，占地面积小。

2.本发明装置借助原有油管置于井筒之中，不需要清理管柱，既可以直接作用于需要处理的地层，又方便后续生产。

3.本发明装置中的振动频率可以由电机转速控制，振击功率可以由地面泵注液体的压力控制，而且两者可以独立控制，互不干扰。

附图说明

图1为本发明提高原油采收率装置的剖面结构示意图；

图2为本发明中垂直转动管和水平转盘部分的结构示意图；

图3为图1中A-A方向的剖视图；

图4为本发明中支撑盘的结构示意图；

其中：1、电机；2、齿轮系；3、转动接头；4、电缆；5、垂直转动管；6、水平转盘；7、矩形入流口；8、圆形上内泄流口；9、圆形上外泄流口；10、高压外壳；11、垂直分隔管柱；12、水平分隔面；13、支撑盘；14、倾斜撞击面；15、圆形下内泄流口；16、圆形下外泄流口；17、矩形出流口；18、圆形流通口；19、环形重锤。

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：

如图1至图4所示，本实施例提供一种水力低频振动提高原油采收率的装置，包括动力系统、转子系统、振击系统和定子系统，其中：

动力系统，设置在定子系统内，包括驱动转子系统旋转的动力源；

转子系统，设置在定子系统内，包括垂直转动管及设置在垂直转动管底端的水平转盘，垂直转动管底部及水平转盘上设置有流道，垂直转动管内可用于液体介质的流动；

振击系统，设置在定子系统内，包括垂直分隔管柱及设置在垂直分隔管柱内的环形重锤，环形重锤可在液体介质的压力下实现上下移动；

定子系统的底部设置有流道，可与水平转盘上的流道实现相通，用于液体介质的排出。

本实施例中，定子系统包括一高压外壳10，动力源选用电机1，电机1通过电缆4与地面电源连接，电机1通过齿轮系2与垂直转动管5传动连接，即电机1的输出轴连接一主动齿轮，垂直转动管5的外周上设置有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从而实现电机1带动垂直转动管5旋转。垂直转动管5的顶端通过转动接头3与油管连接，转动接头3包括上下两个法兰盘，在两个法兰盘之间设置有轴承，垂直转动管与轴承内圈连接，油管与轴承外圈连接，这样在电机带动垂直转动管旋转时，油管不会发生相对转动不会造成油管的拧绕。垂直转动管5与水平转盘6为一体结构设计，垂直转动管5的底部轴向设置有六个矩形入流口7，水平转盘6上设置有六个圆形上内泄流口8和六个圆形上外泄流口9，其中六个圆形上内泄流口8位于垂直转动管5内侧，六个圆形上外泄流口9位于垂直转动管5外侧。在高压外壳10的底部设置有六个圆形下内泄流口15和六个圆形下外泄流口16，其中六个圆形下内泄流口15在竖直方向上可与六个圆形上内泄流口8重合(当水平转盘旋转到某个角度时)，六个圆形下外泄流口16在竖直方向上可与六个圆形上外泄流口9重合。

在高压外壳10内的垂直分隔管柱11环绕设置在垂直转动管5的周围，在垂直转动管柱11内设置有环形重锤19(图1为纵向截面图)和支撑盘13，支撑盘13位于环形重锤19下方，支撑盘13将垂直分隔管柱11分成上下两部分，上下两部分通过支撑盘13上开设的六个圆形流通口18连通(如图4所示)，支撑盘13的中心开有供垂直转动管5穿过的通孔，六个圆形流通口18分布在通孔外侧的同一圆周上。在垂直分隔管柱11的下部分开设有与六个矩形入流口7相同的高度分布有六个矩形出流口17。当电机1带动垂直转动管5旋转时，可以实现六个矩形入流口7和六个矩形出流口17的连通(当垂直转动管旋转到矩形入流口和矩形出流口的相位分布一致时)。

垂直分隔管柱11的上部设置为一倾斜撞击面14，其与水平面的倾斜夹角为10°，环形重锤19上设置有与倾斜撞击面14相适应的倾斜面。当倾斜面与倾斜撞击面接触时，环形重锤19的顶端与垂直分隔管柱11的顶端留有空隙。当环形重锤19向上移动撞击垂直分隔管柱11时，能够将全部的力量作用在倾斜撞击面14上，然后由倾斜撞击面14向外对水平井扩散振击，效率更高。

本实施例的装置利用流体(水)的压力驱动环形重锤，使其周期地作用于倾斜撞击面，进而将振动传递给储层，达到提高采收率的效果。该装置可通过调节流动介质的泵送压力、装置的下放深度等控制重锤的撞击功率，通过调节电机带动垂直转动管的转速控制振击频率。本装置设计合理、功能完善且使用操作简便、作用效果好，弥补了以往低频振动装置地面设备复杂、振动频率和振动功率调节不便等不足，对低频谐振波采油技术的推广和应用具有重要意义。

实施例2：

一种水力低频振动提高原油采收率的装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：倾斜撞击面14与水平面的倾斜夹角为45°，相应地环形重锤19上的倾斜面的倾斜角度也为45°。

实施例3：

一种水力低频振动提高原油采收率的装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：高压外壳10上设置有气孔，气孔位于倾斜撞击面下方。在当环形重锤向上撞击倾斜撞击面时，能够避免垂直分隔管柱内腔气压升高而出现的憋气现象。

实施例4：

一种水力低频振动提高原油采收率的装置的操作方法，利用实施例3所述的装置，包括以下步骤：

(1)将该提高原油采收率的装置下放至所要处理的油层位置并固定，连接好地面电源；

(2)向垂直转动管5内输送流体，本实施例中流体为水，启动电源，电机1带动垂直转动管5转动，当垂直转动管5转动到某个角度，矩形入流口7和矩形出流口17连通，而此时圆形上外泄流口9与圆形下外泄流口16交错封堵，圆形上内泄流口8与圆形下内泄流口15交错封堵，水经过垂直转动管5、矩形入流口7、矩形出流口17、圆形流通口18，推动环形重锤19向上运动，撞击倾斜撞击面14；

(3)电机1持续带动垂直转动管5转动，当垂直转动管5转动到某个角度，矩形入流口7和矩形出流口17交错封堵，而此时圆形上外泄流口9与圆形下外泄流口16连通，圆形上内泄流口8与圆形下内泄流口15连通，环形重锤19下的水在环形重锤及自身的重力作用下通过圆形上外泄流口9、圆形下外泄流口16排出，垂直转动管5内的水通过圆形上内泄流口8、圆形下内泄流口15排出。

另外，在实际作业过程中，可以通过调节流动介质的泵送压力、装置的下放深度来控制环形重锤的撞击功率，通过调节电机带动转子的转速可以控制振击频率。

假设环形重锤的外径为R，内径为r，质量为W，装置被安置于井下，深度为H，流动介质为水，密度为ρ，流体由地面泵送压力为P₁，流体的压力损失主要包括地面管柱压耗，井内管柱压耗，装置内部压耗等。总体压耗系数为α，那么每次水力振击的作用力可以表示为：

F＝(P₁+ρgH)×(1-α)×π×(R²-r²)-Wg

假设在垂直转动管底部均匀开通m个矩形入流口，同时认为在电机带动下垂直转动管每分钟转动n圈，那么每秒振击频率可以表示为：

f＝m×n/60。