一种石油油气井脉动气波套控增油方法
【专利摘要】本发明涉及一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其解决方案是预先设定套管气压目标值，在抽油杆带动抽油泵活塞上行或者下行时，与负压脉动气波发生罐或压力脉动气波发生罐贯通性连接的电控阀的自控启闭抽取套管中的天然气或向内注入一定压力天然气，对油气井生产操控工况形成气波脉动性干预，产生与抽油泵活塞运动频率相一致的脉动气波，微量改善油气井底的油-水-气平衡工况技术参数，可有效提高低产油、气井油、气产量，实现增产目的，该设计方法通过一套装置操控实现，该装置包括负压脉动气波发生罐、压力脉动气波发生罐、气压发生装置、气管路、电控阀、测控传感器、电控箱及安全附件等。
【专利说明】一种石油油气井脉动气波套控增油方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油开采领域一种石油油气井气波套控增油方法。
【背景技术】
[0002]常规石油井钻井完井后，对于不能自喷的中、低产油气井，有效的办法是借助机械的能量进行采油，目前普遍采用以抽油杆为传递动力的抽油机-深井泵采油装置(如图1),其主要由抽油机、抽油泵和抽油杆组成。其工作原理是电动机将其高速转动运动传给减速箱的输入轴，经中间轴后带动输出轴、输出轴带动曲柄做低速旋转运动，同时，曲柄通过连杆、横梁拉动游梁后臂上下摆动，驴头上下摆动，带动抽油杆、活塞上下往复运动，抽油出井。但是，采油量和采气量的多少受地质状况、原始地层压力、原油性质、含气量、含水量、油井结构、抽油泵结构及性能、泵的沉没度(泵沉没到动液面以下的深度，其大小等于泵挂深度减去油井动液面深度)、套管天然气压力、井底液相、气相平衡性等多种复杂因素综合作用密切相关。目前，国、内外该领域争相研究油井增产方法和措施，绝大多数是从提高抽油机工作效率、提高可控性、降低能耗、采用高压注水驱油、化学驱油、聚合物驱油等方法和工艺，对绝大多数增产井而言，其增产潜力的研究和挖掘已经到了极限。申请号为200320131249.3《地面负压控套装置》公开了一种地面辅助增产油气的装置，但其控制范围和可调整型非常有限，不能根据油气井的实际工况进行灵活控制和调整，同时，天然气负压管线较长，气缸活塞单作用工作，造成设备能效降低，通过呼吸阀排出的带润滑油气和活塞泄漏微量天然的空气，给油田生产安全和环境污染带来严重问题，且油气增产量十分有限。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明在不改变现有油井地质状况和常规抽油机-深井泵采油装置结构和性能的前提下，通过设计一种石油油气井脉动气波套控增油方法，目的在于能有效提高采油采气量，规避现有公知技术辅助增产油、气资源的弊端。
[0004]为了实现上述目的，本发明的解决方案是:
[0005]一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于，当油气井套管天然气压力高于预先设定目标压力值时，通过以下步骤实现:
[0006]第一步:负压脉动气波发生罐内的天然气预先抽真空至负压；
[0007]第二步:在活塞式抽油机抽油杆带动活塞上行程或者下行程时，通过与负压脉动气波发生罐贯通性连接的电控阀的自动开启控制操作，抽取油气井套管中的天然气，对油气井生产操控工况形成气波脉动性干预；
[0008]第三步:将负压脉动气波发生罐内抽取的天然气通过一种石油油气井脉动气波套控增油装置中的压力发生装置排放输入压力脉动气波发生罐内。
[0009]所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征还在于，当油气井套管天然气压力低于预先设定目标压力值时，通过以下步骤实现:
[0010]第一步:压力脉动气波发生罐内的天然气预先增压，压力高于油气井套管天然气压力；
[0011]第二步:在活塞式抽油机抽油杆带动活塞下行程或者上行程时，通过与压力脉动 气波发生罐贯通性连接的电控阀的自动开启控制操作，向油气井套管中注入天然气，对油 气井生产操控工况形成气波脉动性干预；
[0012]所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，是通过一种石油油气井脉动气波 套控增油装置完成，该装置包括负压脉动气波发生罐、压力脉动气波发生罐、气压发生装 置、气管路、电控阀、测控传感器、集控箱及安全附件等，气压发生装置通过贯通的气管路刚 性连通脉动气波发生罐，脉动气波发生罐外环面贯通性连接有电控阀、安全附件及测控传 感器，电控阀另一端通过气管路连接油气井套管并贯通，电控阀的开度可调。
[0013]所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，包括由公知技术的驱动单元驱动 的气压发生装置，所述气压发生装置包括由与驱动单元相连接的气活塞杆，气活塞，气活塞 缸体，以及由负压气单向阀组、压力气单向阀组、负压气管路、压力气管路等共同组成；所述 气活塞缸体是一个密封的腔体，气活塞滑动套装于气活塞缸体内，气活塞杆一端与气活塞 刚性连接，另一端与所述驱动单元相连接。
[0014]所述负压气单向阀组分别置于气活塞缸体两端部并贯通性刚性连接，压力气单向 阀组分别置于气活塞缸体两端部并贯通性刚性连接，每组负压气单向阀组又与负压气管路 贯通性连接；每组压力气单向阀组又与压力气管路贯通性连接。
[0015]所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于:可设置一台呈负压 的负压脉动气波发生罐，或者同时设置负压脉动气波发生罐和呈正压的压力脉动气波发生 罐；其中负压脉动气波发生罐通过负压气管路贯通性连接所述负压单向阀组，压力脉动气 波发生罐通过压力气管路贯通性连接所述压力单向阀组。
[0016]所述驱动机构包括密封的高压油缸、油活塞和油活塞杆，油单向阀组以及高压油 管路、液压控制箱、液压泵站；所述油活塞杆与所述气压发生装置的气活塞杆系同一根金属 杆，或者通过连接机构直线连接。
[0017]所述驱动机构包括由马达带动的曲柄连杆机构，其特征在于:所述连杆机构通过 一个轨道滑块与气活塞杆相连接，轨道滑块另一端铰接连杆机构，或者轨道滑块通过中间 杠杆机构铰接连杆机构，所述轨道滑块与轨道滑动套装。
[0018]所述气压发生装置是一套常规性公知技术的天然气抽真空设备，或者是一套常规 性公知技术的天然气压缩机组，或者同时配置一套以上天然气抽真空设备和一套以上天然 气压缩机组共同工作，天然气抽真空设备的吸入口与所述负压气管路贯通性连接，排出口 与所述压力气管路贯通性连接；同样，天然气压缩机组的吸入口与所述负压气管路贯通性 连接，排出口与所述压力气管路贯通性连接；所述负压气管路另一端贯通性连接所述负压 脉动气波发生罐，所述压力气管路贯通性连接所述压力脉动气波发生罐。
[0019]所述驱动机构与气压发生装置呈整体连接并安装在一个撬体结构内，或者驱动机 构和气压发生装置可以多套模块化设计整体安装在同一个撬体结构内，同时控制多口油气 井的增油生产作业。
[0020]所述负压脉动气波发生罐与油气井套管之间贯通性连接的电控阀，或者所述压力 脉动气波发生罐与天然气回收管道之间贯通性连接的电控阀，以及与油气井套管之间贯通 性连接的电控阀，其启闭动作、开度受电控箱集中控制，控制信号采集于油气井活塞式抽油泵的上、下行程位置测控传感器位置信号和安装于各个气管路上的压力测控传感器上的气压信号。
[0021]采用上述一种石油油气井脉动气波套控增油方法后，具有以下有益效果:1、在油气井地面抽油机通过抽油杆提升抽油泵活塞过程中，利用电控箱控制负压脉动气波发生罐上连接的电控阀，开始控制性抽取油气井套管中的天然气，可适当降低抽油泵举油负荷，达到节能目的；2、通过此脉动气体减压波可适度影响油气井底气、液两相介质的平衡状态，增加原油介质在所注水中或化学聚合物中的迁移量或渗透量，并聚集在抽油泵进口处，在提升同等体积油水混合物中，油含量增加明显；3、在本发明装置控制性抽吸油井套管天然气的同时，其气压发生装置压力气单向阀组同时打开向压力脉动气波发生罐中排放天然气，不断增加聚集脉动气波发生罐中的天然气压力，可适当降低所采出的原油中天然气的含量，改善原油在集输管道中的流动性，提高集输效率。4、在油气井地面抽油机抽油杆带动抽油泵活塞下降过程中，本发明装置的负压脉动气波发生罐上连接的电控阀立即关闭，停止抽取油井套管天然气，而是将气压发生装置之气活塞缸体中已经抽取的天然气通过压力气单向阀组送入压力脉动气波发生灌，实现天然气的有效回收和压力聚集，以备后用；5、在油气井套管内天然气压力较低时，当油气井地面抽油机抽油杆带动抽油泵活塞下降过程中，与压力脉动气波发生灌贯通性相连的电控阀将开启，其中一定压力的天然气重新输入油气井套管中，继续形成脉动气体增压波，干扰油气井底气液相平衡，适度提高饱和压力，增加原油向所注入水中或化学聚合物中的迁移渗透速度和含量，提高原油采收率；6、在地面抽油机抽油杆带动抽油泵活塞下降过程中，将压力脉动气波发生灌中的高压天然气重新输入油气井套管中，此脉动增压波可适度给正在下降的抽油泵活塞增加额外压力，减轻地面抽油机负荷，节约能源。7、与负压脉动气波发生罐与压力脉动气波发生罐贯通性连接的电控阀，可调整开度，任意调节、控制抽取油井套管中的天然气量，实现有目的、有目标的油、气资源增产作业，克服了盲目性；另外，一种石油油气井脉动气波套控增油方法所采用的一种石油油气井脉动气波套控增油装置，其气压发生装置全密封设计制造，与大气隔绝，同时气活塞是双作用工作，提高了油气增产作业能效。
【专利附图】
【附图说明】:
[0022]图1为本发明传统抽油机-深井泵装置结构示意图；
[0023]图中:
[0024]1-固定阀，2-活塞，3-油管，4-抽油杆，5-套管，6_套管三通，7_法兰盘，8_油管三通，9-光杆密封盒，10-套管闸门，11-套压表，12-回压闸门，13-油压表，14-生产闸门，15-悬绳器，16-驴头，17-中轴承，18-连杆，19-曲柄，20-减速器，21-电动机。
[0025]图2:为本发明以液压油缸驱动的一种石油油气井脉动气波套控增油装置结构示意图；
[0026]图中:300-气压发生装置由31，32，33，34，341，35，36，37序号对应部件组成；
[0027]400-驱动机构由33，42，43，44，45，46，47，48，49序号对应部件组成。
[0028]序号对应部件名称注释如下:
[0029]31-气活塞缸体，32-气活塞，33-气活塞杆(油活塞杆)，34-负压气单向阀组，341-压力气单向阀组，35-负压气管路，36-压力气管路，37-密封连接体，38-负压脉动气波发生罐，40-电控阀，41-天然气回收管道，42-油活塞，43-高压油管路，44-回油管路， 45-液压控制箱，46-液压泵站，47-油单向阀组，48-高压油缸，49-电控箱，81-位置测控传 感器，82-压力测控传感器，381-压力脉动气波发生罐，40-电控阀，401-电控阀，404-电控 阀，110-油气井，111-油气井，112-油气井，331-气活塞杆。
[0030]图3:为本发明以曲柄连杆机构驱动的一种石油油气井脉动气波套控增油装置结 构示意图；
[0031]图中:300-气压发生装置组成部件对应序号不变，各序号对应部件名称注释不 变:
[0032]400-驱动机构由50，51，52，53，54序号对应部件组成。
[0033]序号对应部件名称注释如下:
[0034]50-轨道，51-轨道滑块，52-曲柄连杆，53-曲柄，54-减速机电机。
[0035]图4:为本发明以一套本设计装置控制两口以上油气井的结构原理示意图；
[0036]图中:300-气压发生装置、400-驱动机构组成部件的序号不变，各序号对应部件 名称注释不变；增加部件序号对应名称注释如下:
[0037]40、401、402、403、404、405、406均指安装在不同部位的电控阀。
【具体实施方式】
[0038]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐 述。
[0039]实施例一:
[0040]如图1、图2所示，该实施例中的一种石油油气井脉动气波套控增油装置，所述气 压发生装置300是由气活塞32、气活塞刚性连接的气活塞杆331、以及气活塞缸体31、负压 气单向阀组34、压力气单向阀组341、负压气管路35、压力气管路36、密封连接体37组成； 其特征在于:气活塞缸体31是一个密封的腔体，气活塞32滑动套装于气活塞缸体31内，气 活塞杆33与气活塞32刚性连接，负压气单向阀组34分别刚性连接于气活塞缸体31两端 部并贯通，每组负压气单向阀组34另一端又与负压气管路41螺纹连接，负压气管路41又 与负压脉动气波发生罐38相连接并贯通，负压脉动气波发生罐38上安装有电控阀404和 安全附件等并与内腔贯通(图中未标注)，电控阀404通过密封管线与油气井套管110连接 并贯通。
[0041]另外，压力气单向阀组341分别刚性连接于气活塞缸体31两端部并贯通，每组压 力气单向阀组341另一端又与压力气管路36螺纹连接，压力气管路36又与压力脉动气波 发生罐381相连接并贯通，压力脉动气波发生罐381外环面安装有电控阀40，电控阀401和 安全附件等并与其内腔贯通(图中未标注)，电控阀401通过密封管线与油气井套管110连 接，电控阀40与天然气回收管道41贯通性连接，电控阀均设置有手动调节开度和启闭的机 构，通过控制线路分别与电控箱49相连接。
[0042]该实施例中的由液压驱动的一种石油油气井脉动气波套控增油装置，驱动机构 400由所述密封的高压油缸48、油活塞42和油活塞杆33、高压油管路43、回油管路44、液压 控制箱45、油单向阀组47、液压泵站46组成的，其特征在于:高压油缸48与气压发生装置 300的气活塞缸体31呈一体化设计，两者通过一个密封联接体37刚性连接，其中油活塞42密封滑动装配于高压油缸48中，油活塞杆33刚性连接油活塞42并与气压发生装置300的气活塞杆331系同一根金属杆，或者两者刚性连接；油单向阀组47 —端刚性连接高压油缸48，另一端同时连接高压油管路43，高压油管路43 (包括回油管路44)与液压控制箱45相连，液压控制箱45的执行动作集中受控于电控箱49。
[0043]该实施例中，由液压驱动的一种石油油气井脉动气波套控增油装置工作过程是这样的:由液压泵站46来的高压油介质，经过液压控制箱45控制分配后进入高压油管路43，顶开刚性连接于高压油缸48上的油单向阀组47进入高压油缸48驱动油活塞42和油活塞杆33作往复运动，从而带动与油活塞杆33 —体设计或刚性连接的气活塞杆331与气活塞32作往复运动，协同负压气单向阀组34和压力气单向阀组341的启闭动作，不断抽吸负压脉动气波发生罐38内的天然气，逐步形成负压工况，同时又将抽吸的天然气通过压力气单向阀组341送入压力脉动气波发生罐381内。当地面抽油机上的抽油杆4向上提升抽油泵活塞时，安装于其上的位置测控传感器81发出信号给电控箱49，瞬间打开电控阀404向油井套管中抽取天然气，当地面抽油机上的抽油杆4向下复位抽油泵活塞时、安装于其上的位置测控传感器81发出信号给电控箱49，电控阀404即关闭，如此形成一个负压脉动波，可适当降低抽油泵举油负荷，达到节能目的，通过此脉动气体减压波可适度影响油气井底气、液两相介质的平衡状态，增加原油介质在所注水中或化学聚合物中的迁移量或渗透量，并聚集在抽油泵进口处，在提升同等体积油水混合物中，油含量增加明显，此过程中，在提高原油产量的同时，降低了原油中天然气的含量，当原油进入集输管道后，气相介质降低，可适当改善流动性，提高气液相混输效率，实现原油增产。
[0044]另外，气压发生装置300的气活塞32作往复运动过程中，不断将从负压脉动气波发生罐38内抽取的天然气通过压力气单向阀组341的启闭动作输入压力脉动气波发生罐381内，当油气井套管中的压力低于预先设定标准值时，由安装于油气井套管连接管上的压力测控传感器82和安装于抽油杆4上的位置测控传感器81向电控箱49同时发出信号，从而控制电控阀40关闭、电控阀401开启形成脉动气体增压波，干扰油气井底气液相平衡，微量影响动液面，增加原油向所注入水中或化学聚合物中的迁移渗透速度和含量，提高原油采收率。同时，此脉动增压波可适度给正在下降的抽油泵活塞增加额外压力，减轻地面抽油机负荷，节约能源。
[0045]如果当油气井110套管中的天然气压力高于预先设定标准值时，由安装于油气井套管连接管上的压力测控传感器82和安装于抽油杆4上的位置测控传感器81向电控箱49同时发出信号，从而控制电控阀40开启、电控阀401关闭，向天然气回收管道41中输送天然气，实现有效回收天然气目的。
[0046]该实施例中上述一种石油油气井脉动气波套控增油装置工作过程，还可以根据油气井110的工作实际工矿和测控技术数据，进行相反方向的操作控制，同样可提高该油气井的油气产量。
[0047]利用该实施例在某油田采油二厂的一种石油油气井脉动气波套控增油装置自2012年11月6日安装实际运行18天的有益效果统计数据对比表摘录如下表I所示。
[0048]实施例二:
[0049]如图3:该实施例中的一种石油油气井脉动气波套控增油装置，其气压发生装置300工作原理、以及与负压脉动气波发生罐38、压力脉动气波发生罐381的连接形式均与实施例一相同，不同之处在于所述驱动机构400由所述电机减速机54带动的曲柄连杆机构， 其构成有:电机减速机54、曲柄53、曲柄连杆52、轨道滑块51、轨道50，其中，曲柄53刚性连接电机减速机54，曲柄连杆52大头旋转连接曲柄53、曲柄连杆52小头活动铰接轨道滑块51，轨道滑块51滑动装配于轨道50上，气活塞杆331与轨道滑块51刚性连接。驱动机构400的工作过程是:当电机减速机54驱动与之相连接的曲柄53旋转时，带动与之铰接连接的曲柄连杆52作弧线摆动伸缩运动，带动轨道滑块51沿轨道50作往复运动，与轨道滑块51刚性连接的气压发生装置300之气活塞杆331即带动气活塞32作往复运动，完成整个装置的工作过程。
[0050]表1:2012年11月6日安装实际运行18天的有益效果数据统计对比表(采油方式为抽油)
[0051]
【权利要求】
1.一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于，当油气井套管天然气压力高于预先设定目标压力值时，通过以下步骤实现:第一步:负压脉动气波发生罐内的天然气预先抽真空至负压；第二步:在活塞式抽油机抽油杆带动活塞上行程或者下行程时，通过与负压脉动气波发生罐贯通性连接的电控阀的自动开启控制操作，抽取油气井套管中的天然气，对油气井生产操控工况形成气波脉动性干预；第三步:将负压脉动气波发生罐内抽取的天然气通过一种石油油气井脉动气波套控增油装置中的压力发生装置排放输入压力脉动气波发生罐内。
2.如权利要求1所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于，当油气井套管天然气压力低于预先设定目标压力值时，通过以下步骤实现:第一步:压力脉动气波发生罐内的天然气预先增压，压力高于油气井套管天然气压力；第二步:在活塞式抽油机抽油杆带动活塞下行程或者上行程时，通过与压力脉动气波发生罐贯通性连接的电控阀的自动开启控制操作，向油气井套管中注入天然气，对油气井生产操控工况形成气波脉动性干预。
3.如权利要求1或2任一项权利要求所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法， 其特征在于:通过一种石油油气井脉动气波套控增油装置完成，该装置包括负压脉动气波发生罐、压力脉动气波发生罐、气压发生装置、气管路、电控阀、测控传感器、集控箱及安全附件等，气压发生装置通过贯通的气管路刚性连通脉动气波发生罐，脉动气波发生罐外环面贯通性连接有电控阀、安全附件及测控传感器，电控阀另一端通过气管路连接油气井套管并贯通，电控阀的开度可调。
4.如权利要求3所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，包括由公知技术的驱动单元驱动的气压发生装置，其特征在于:所述气压发生装置包括由与驱动单`元相连接的气活塞杆，气活塞，气活塞缸体，以及由负压气单向阀组、压力气单向阀组、负压气管路、压力气管路等共同组成；所述气活塞缸体是一个密封的腔体，气活塞滑动套装于气活塞缸体内，气活塞杆一端与气活塞刚性连接，另一端与所述驱动单元相连接。所述负压气单向阀组分别置于气活塞缸体两端部并贯通性刚性连接，压力气单向阀组分别置于气活塞缸体两端部并贯通性刚性连接，每组负压气单向阀组又与负压气管路贯通性连接；每组压力气单向阀组又与压力气管路贯通性连接。
5.如权利要求3所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于:可设置一台呈负压的负压脉动气波发生罐，或者同时设置负压脉动气波发生罐和呈正压的压力脉动气波发生罐；其中负压脉动气波发生罐通过负压气管路贯通性连接所述负压单向阀组，压力脉动气波发生罐通过压力气管路贯通性连接所述压力单向阀组。
6.如权利要求3所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于:所述驱动机构包括密封的高压油缸、油活塞和油活塞杆，油单向阀组以及高压油管路、液压控制箱、液压泵站；其特征还在于:所述油活塞杆与所述气压发生装置的气活塞杆系同一根金属杆，或者通过连接机构直线连接。
7.如权利要求3所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，所述驱动机构包括由马达带动的曲柄连杆机构，其特征在于:所述连杆机构通过一个轨道滑块与气活塞杆相连接，轨道滑块另一端铰接连杆机构，或者轨道滑块通过中间杠杆机构铰接连杆机构，所述轨道滑块与轨道滑动套装。
8.如权利要求3所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于:所述气压发生装置是一套常规性公知技术的天然气抽真空设备，或者是一套常规性公知技术的天然气压缩机组，或者同时配置一套以上天然气抽真空设备和一套以上天然气压缩机组共同工作，天然气抽真空设备的吸入口与所述负压气管路贯通性连接，排出口与所述压力气管路贯通性连接；同样，天然气压缩机组的吸入口与所述负压气管路贯通性连接，排出口与所述压力气管路贯通性连接；所述负压气管路另一端贯通性连接所述负压脉动气波发生罐，所述压力气管路贯通性连接所述压力脉动气波发生罐。
9.按照权利要求3至7任一项权力要求所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于:所述驱动机构与气压发生装置呈整体连接并安装在一个撬体结构内，或者驱动机构和气压发生装置可以多套模块化设计整体安装在同一个撬体结构内，同时控制多口油气井的增油生产作业。
10.按照权利要求3至7任一项权力要求所述的一种石油油气井脉动气波套控增油方法，其特征在于:所述负压脉动气波发生罐与油气井套管之间贯通性连接的电控阀，或者所述压力脉动气波发生罐与天然气回收管道之间贯通性连接的电控阀，以及与油气井套管之间贯通性连接的电控阀，其启闭动作、开度受电控箱集中控制，控制信号采集于油气井活塞式抽油泵的上、下行程位置测控传感器位置信号和安装于各个气管路上的压力测控传感器上的气压信号。
【文档编号】E21B43/25GK103498653SQ201310471819
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】李兰儒 申请人:李兰儒