一种基于液电效应的油气储层增渗解堵装置的制作方法

本发明涉及油井解堵技术，尤其是一种基于液电效应的油气储层增渗解堵装置。

背景技术：

随着油井采收时间的增加，许多油井的出油孔由于杂质聚集和长时间注入聚合物，造成渗油通路堵塞，井底压力升高，注入聚合物效果下降，导致油井产量降低，甚至部分停产。

现有的解堵方法有物理解堵、化学解堵和生物解堵等等；物理解堵方法施工步骤较为繁琐，化学解堵方法成本高，解堵有效期短，对油井造成二次伤害，容易造成环境污染等突出问题，生物解堵方法对环境要求较高，技术不够成熟。

中国石油大学(华东)的专利号为201510172608.7的发明专利申请文件中公开了一种油气储层增渗解堵装置及其增渗解堵方法，利用二氧化碳流体作用在地层的射流冲击压力和温差应力使井壁岩石产生裂缝，实现增渗解堵的目的；这种解堵方法成本较高，且易对地层产生损害。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于液电效应的油气储层增渗解堵装置，通过进行液电效应产生冲击波作用在油气储层液体介质周围，达到改善地层条件、快速疏通渗油通路的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种基于液电效应的油气储层增渗解堵装置，包括

地面充电装置：被配置为用以向井下输送电能；

井下装置：被配置为储存地面充电装置输送的电能并能够发生液电效应以产生冲击波；包括至少由井下变压储能装置和井下电极构成的井下冲击波发生装置；

所述井下变压储能装置：被配置为将地面充电装置输电电压降至充电电压后储存地面充电装置输送的电能，并能够瞬间将充电电压提升若干倍后加载到井下电极使其发生液电效应。

进一步的，上述基于液电效应的油气储层增渗解堵装置中，所述井下变压储能装置包括依次电连接的降压变压器、第二整流电路以及具有Marx发生器功能的电容器组；电容器组包括若干组储能电容，每组储能电容通过充电电阻并联起来构成电容器组后再并联至所述井下电极，每组储能电容两端均连接有触发开关。

进一步的，上述基于液电效应的油气储层增渗解堵装置中，所述电容器组为同轴圆柱状，轴径不大于70mm。

进一步的，上述基于液电效应的油气储层增渗解堵装置中，所述井下装置包括套设在负电极内的正电极，两电极同轴同心设置且二者之间设有电介质材料层进行绝缘隔离；正、负电极的一端分别连接电容器组输出端；正、负电极的另一端共同构成放电端，正、负电极的另一端之间设置距离以保证能够建立合适的放电通道。

进一步的，上述基于液电效应的油气储层增渗解堵装置中，所述放电端的正电极长于负电极，放电端的负电极中央设有环绕正电极的储液槽，放电端的电介质材料层与储液槽槽底平齐。

进一步的，上述基于液电效应的油气储层增渗解堵装置中，所述地面充电装置包括依次电连接的第一整流电路、滤波电路以及主电源回路和升压变压器；地面充电装置还包括连接至主电源回路的控制单元用来实时控制主电源回路输出电流。

一种基于液电效应的油气储层增渗解堵方法，包括

通过地面充电装置向井下输送电能；

用井下装置储存地面充电装置输送的电能并发生液电效应以产生冲击波；井下装置包括至少由井下变压储能装置和井下电极构成的井下冲击波发生装置；由井下变压储能装置将地面充电装置输电电压降至充电电压后储存地面充电装置输送的电能，并瞬间将充电电压提升若干倍后加载到井下电极使其发生液电效应。

优选的，上述基于液电效应的油气储层增渗解堵的方法，井下变压储能装置储存所述地面充电装置输送的电能，并瞬间将充电电压提升若干倍是通过具有Marx发生功能的电容器组实现的。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明装置基于液电效应在井下电极之间形成电火花爆炸，对周围地层激发出周期性冲击波，冲击波随放电电流和放电时间的不同，以冲量或者冲击压力的方式作用于周围介质，多次反复冲击波的作用下，可以达到改善地层条件、快速疏通渗油通路、提高油井渗透率的作用，从而提高堵塞油井产油量。与以往单纯采用酸化解堵相比,拓宽了解堵技术的应用范围，可以作为在低渗、特低渗油层解堵措施效果不佳情况时的一种有效的补充手段。

附图说明

图1是本发明一种基于液电效应的油气储层增渗解堵装置的工作原理示意图；

图2是图1中所示地面充电装置的结构框图；

图3是图1中所示井下冲击波发生装置的电路图；

图4是图1中所示井下电极的局部剖视图；

图5是图2中所示第一整流电路和滤波电路的一个具体实施例；

图6是图2中所示控制单元的具体实施例；

图7是同轴圆柱状电容器组的结构示意图；

图中：

1、正电极；2、负电极；3、电介质材料层；4、液体介质；5、放电通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

如图1-4所示，一种基于液电效应的油气储层增渗解堵装置，包括：

地面充电装置：被配置为用以向井下输送电能；

井下装置：被配置为储存地面充电装置输送的电能并能够发生液电效应以产生冲击波。

其中，所述地面充电装置包括依次电连接的第一整流电路、滤波电路以及主电源回路和升压变压器，地面充电装置将380V工频电通过第一整流电路和滤波电路整流滤波后，经主电源回路进入升压变压器升压至2kV输出，然后通过2000-5000米的传输电缆将电能输送至井下装置为其充电；

其中，第一整流滤波电和滤波电路的实现方式如图5所示，但并不局限于此，也可以是本领域技术人员能够想到的其他适合整流滤波电路；所述主电源回路属于变压器调理电路，可采用市场有的商用充电设备，此处不再做多余赘述。

地面充电装置还包括连接至主电源回路的控制单元，用来实时控制主电源回路输出电流以进行充电时间和充电能量的调整，进而调节电爆参数，产生不同的冲击压力波。如图6所示的控制单元是一个掌上远程操控系统，由储能电容C、电极E、触发点d以及控制触发模块构成，通过辅助电路和充电设备连接，实现弱电控制强电。

地面充电装置设有接地保护。

如图2、3所示的，所述井下装置主要包括井下冲击波发生装置；井下冲击波发生装置包括井下变压储能装置和井下电极，所述井下变压储能装置被配置为将地面充电装置输电电压降至充电电压后储存地面充电装置输送的电能，并能够瞬间将充电电压提升若干倍后加载到井下电极使其发生液电效应。

所述井下变压储能装置包括依次电连接的降压变压器、第二整流电路(可以是本领域常用的适合的任意整流电路)以及具有Marx发生器功能的电容器组，通过微型降压变压器将地面充电装置输送的2kV高压电流降压至380V电压电流，经第二整流电路转换为直流电后供给电容器组；电容器组包括若干组储能电容(C₁，C₂……C_n)，每组储能电容通过充电电阻R并联起来构成电容器组后并联至井下电极，每组储能电容两端均连接有触发开关G，触发开关(G₁，G₂……G_n)可以是空气间隙开关，在电压达到额定值时击穿导通；充电电阻在电容器组充电状态下起电路连接作用，放电状态下又可以起到隔离作用；储能电容数量可以根据井下实际情况在下井之前配置安装，形成同轴圆柱状如图7所示，结构紧凑，回路分散电感小，其轴径H约50-70mm，长度L约为6-10m长的空间内放置所述若干组储能电容。

所述井下电极包括套设在负电极2内的正电极1，两电极(1、2)同轴同心设置且二者之间设有电介质材料层3进行绝缘隔离；正、负电极(1、2)的一端分别连接电容器组输出端；正、负电极(1、2)的另一端共同构成放电端，正、负电极(1、2)的另一端之间设置距离以保证能够建立合适的放电通道5与放电能量，产生合适的压力冲击波达到优化的解堵目的；本实施例中放电端的正电极1长于负电极2，长度差即为弧光放电距离h；放电端的负电极2中央设有环绕正电极的储液槽，放电端的电介质材料层3与储液槽槽底平齐。

具体工作时，放电端的正电极1和负电极2之间的储液槽等空间内充斥油气储层的油水混合物等液体介质4，经降压变压器将井下输电缆传送的2kV的电压电流降压至380V，然后通过第二整流电路为具有Marx发生器功能的电容器组充电储能，当充电电压达到触发开关(G₁，G₂……G_n)的触发电压时，触发开关(G₁，G₂……G_n)均导通，使得所有的并联的储能电容(C₁，C₂……C_n)瞬间变为串联，从而将充电电压提升n倍，可以达到30kV，30kV的高电压载加载到井下电极两端，将井下的液体介质(油水混合物)瞬间击穿进入等离子体状态，产生等离子放电，能量释放形成爆炸；本发明装置产生的放电电流峰值大、上升沿陡、产生的冲击波强度大以实现更好的解堵效果；其通过井下变压储能装置在充满水或油水混合物的油井里产生高压场强，在高压强电场作用下，井下电极间液体介质中的电子被加速，并电离电极附近的液体分子。液体介质中被电离出的电子被电极间强电场加速电离出更多的电子，形成电子雪崩。在液体分子被电离的区域形成等离子体通道，随着电离区域的扩展，在电极间形成放电通道，液体被击穿。放电通道产生后，由于放电电阻很小，将产生几十千安的放电电流；放电电流加热通道周围液体，使液体汽化并迅速向外膨胀，迅速膨胀的气腔外沿在液体介质中产生强大的冲击波，冲击波随放电电流和放电时间的不同，以冲量或者冲击压力的方式作用于周围介质，这种在电极之间形成的电火花爆炸，对周围地层激发出周期性冲击波；在多次反复的冲击波作用下，各层面间产生较强的切向剪切力而发生挫动生成新的渗流孔道，原有孔道也将在冲击波作用下延伸，冲击波在地层介质和油水介质中的波束差产生的剪切力以及不规则边界引发的旋流应力场，将有效剥离、清除原渗流孔道中的堵塞物，可以达到改善地层条件、快速疏通渗油通路、提高油井渗透率的作用，从而提高堵塞油井产油量。

在低渗、特低渗区块,对于因储层物性较差采用酸化等措施容易损害油气层,利用本发明装置发生液电效应产生冲击波可以减少地层损害。与以往单纯采用酸化解堵相比,拓宽了解堵技术的应用范围。可以作为在低渗、特低渗油层解堵措施效果不佳情况时的一种有效的补充手段。

另一方方面，本发明还提供利用上述基于液电效应的油气储层增渗解堵装置实现的增渗解堵方法，具体包括：

通过地面充电装置向井下输送电能；

用井下装置储存地面充电装置输送的电能并发生液电效应以产生冲击波；井下装置包括至少由井下变压储能装置和井下电极构成的井下冲击波发生装置；由井下变压储能装置将地面充电装置输电电压降至充电电压后储存地面充电装置输送的电能，并瞬间将充电电压提升若干倍后加载到井下电极使其发生液电效应。

其中井下变压储能装置储存所述地面充电装置输送的电能，并瞬间将充电电压提升若干倍是通过具有Marx发生功能的电容器组实现的。

Marx发生功能的电容器组利用多级电容器并联充电达到触发开关的触发电压，使得触发开关导通，多级电容器瞬间变为串联放电，提高放电电压加载到井下电极两端，使其在液体介质中发生液电效应产生冲击波作用在油气储层介质中实现解堵。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。