一种大功率超声波油层处理系统的制作方法

本实用新型属于油层处理系统和方法领域，具体涉及一种大功率超声波油层处理系统。

背景技术：

目前长庆油田是特大低渗透油田，压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，主要广泛用于低渗透油气藏，在增产改造中也取得了很好的效果。它是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，便在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注的目的。压裂根据所使用的材料不同分为：液力压裂、高能气体压裂和干法压裂。其中最常用的是液力压裂，压裂液可分为水基压裂液、油基压裂液和泡沫压裂液。但是油井压裂增产,由于压裂效果逐渐变差,就需要增加压裂井次,这样压裂费用就会相应增加。

压裂施工属于大型施工项目，施工压力较高，容易造成人员伤亡，所以在施工作业中存在一定的风险。使用车辆及液体较多，控制不好容易对周围环境造成损害。由于对特殊油层考虑不周全，或者施工设计出错，会造成井下事故。传统压裂处理油层投资大，风险大，收益低，动用设备多，施工人员多，工艺复杂，费用高。在这种形势下发展物理驱油方法，更显得重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决长庆油田没有专一大功率超声波油层处理系统的问题，从而提供一种先进的、简单可行的处理油层新系统，具备工艺简单、费用低、施工周期短、安全、无地面污染、占用施工场地小等优点。

为此，本实用新型提供了一种大功率超声波油层处理系统，包括地面大功率超声波控制装置和井下超声波发生器，所述的地面大功率超声波控制装置由电力变压器通过动力电缆供电，地面大功率超声波控制装置通过特种铠装电缆连接井下超声波发生器，油井的井口处安装有电缆绞盘，地面大功率超声波控制装置连接的特种铠装电缆绕过电缆绞盘与井下超声波发生器连接。

所述的地面大功率超声波控制装置包括动力电缆进线端、总控制开关、可编程序控制器、脉宽调制控制器、脉宽调制电路保护器和超声波输出端，所述的动力电缆连接动力电缆进线端，动力电缆进线端、总控制开关、脉宽调制控制器、脉宽调制电路保护器和超声波输出端依次电连接，超声波输出端连接所述的特种铠装电缆，所述的可编程序控制器电连接着脉宽调制控制器。

所述的地面大功率超声波控制装置整体撬装式安装，安装橇上还设置有电能计量表、三相电压显示仪表、电压输出指示灯、三相电源指示灯。

所述的井下超声波发生器由电缆连接头、过负荷保护器、偏心变频调速振动电动机、一级振动器、二级振动器、液压夹持器和下接头由上到下依次连接组成，液压夹持器上周向设置有多个钢制的夹头。

所述的下接头上还安装有配重器。

所述的电缆绞盘为带有定滑轮电缆绞盘，特种铠装电缆绕过电缆绞盘的定滑轮与井下超声波发生器连接。

所述的特种铠装电缆内部是五蕊式结构，外层有双层钢丝铠装，具有耐拉揉性，配专用密封插头，与井下超声波发生器锁紧连接。

本实用新型提供的这种大功率超声波油层处理系统的有益效果：

（1）适应性强、风险小、对油层无损害，特别是对中后期开发阶段的长庆油田，采用超声波这一环保的典型物理采油技术，可以有效解决长庆油田低渗透区块，泥浆污染、化学剂堵塞、作业污染等方面造成的减产等问题，经大功率超声波油层处理作业后均有非常显著的作用。

（2）采用大功率超声波油层处理，可使油田企业有效控制增产成本，提高投入产出比。

（3）工艺选择性好，技术兼容性强。可处理任何层段，层位，可与化学、测试等施工结合起来应用。

（4）能量可控性好，根据井下油层状况任意调整井下功率、占空比和处理时间等一系列工艺参数，以达到超声波处理最优化参数设计。

（5）适应性强。对钻井泥浆污染、修井作业污染、采油生产中由于地层压力等变化油层析出的石蜡、沥青等对井眼的堵塞以及地层损伤、注水过程中引起的地层伤害均有明显的作用，对渗透率较低的地层有明显增强渗透率的作用；

（6）施工简单，只需井场有380V电源，地面大功率超声波控制装置，电缆绞盘，特种铠装电缆，以及井下超声波发生器，无需其他作业配合。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是地面大功率超声波控制装置的结构示意图。

图3是井下超声波发生器的结构示意图。

附图标记说明：1、电力变压器；2、动力电缆；3、地面大功率超声波控制装置；4、特种铠装电缆；5、电缆绞盘；6、油井；7、井下超声波发生器；8、油层；9、电能计量表；10、三相电压显示仪表；11、电压输出指示灯；12、三相电源指示灯；13、总控制开关；14、可编程序控制器；15、脉宽调制控制器；16、脉宽调制电路保护器；17、动力电缆进线端；18、超声波输出端；19、电缆连接头；20、过负荷保护器；21、偏心变频调速振动电动机；22、一级振动器；23、二级振动器；24、液压夹持器；25、夹头；26、下接头。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种大功率超声波油层处理系统，如图1所示，包括地面大功率超声波控制装置3和井下超声波发生器7，所述的地面大功率超声波控制装置3由电力变压器1通过动力电缆2供电，地面大功率超声波控制装置3通过特种铠装电缆4连接井下超声波发生器7，油井6的井口处安装有电缆绞盘5，地面大功率超声波控制装置3连接的特种铠装电缆4绕过电缆绞盘5与井下超声波发生器7连接。

给地面大功率超声波控制装置供电电源来至现场电力变压器1，电力变压器1是井场给抽油机和其它用电设备供电的专用电力变压器，地面大功率超声波控制装置3在使用时，不影响井场抽油机和其它用电设备正常工作，电力变压器1容量的富余量在50KVA以上。

超声波应用于采油领域，是通过机械效应、空化效应、热效应、反向流效应等对油层产生物理作用，达到处理油层的目的：1、超声波振动产生的加速度效应、空化作用产生的瞬时高温高压，可以清除地层本身的结垢、结蜡和其它堵塞，有利于疏通油流通道，提高地层渗透率。2、声波作用于原油及岩层上，产生的振动加速度和振幅不同，使两种相态的物质界面产生相对运动，到一定强度将有撕裂趋势，使原油与岩层的亲和力减弱，增加原油的流动性。3、空化效应产生的高温高压能增加原油的化学活性，破坏其C-C键，降低原油粘度，增加其流动性。4、在近井地带的孔隙内，激波的产生能扩大岩石的孔隙半径，增强微裂隙作用，从而改善了油层泄油剖面，此即声波压裂。

地面大功率超声波控制装置3作用将380V／50Hz的动力电经变频、升压，在可编程序控制器作用下，产生稳定的20kHZ～30kHZ，功率为0～50kW的脉冲调制正弦波功信号，通过电缆绞盘5电缆传到井下超声波发生器7上，作用使其发射0～50kw／m²的强功率振动超声波，在油井6中对准油层8连续发射大功率超声波，本实施例的这种大功率超声波油层处理系统，利用大功率超声波的机械、空化、热、声流等效应，解除地层污染和堵塞，使堵塞物疏松脱落，随液体排出油井，疏通油流通道，提高近井地层的渗透率，达到增产原油、减少含水，提高原油采收率的目的。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上对地面大功率超声波控制装置3进一步说明，如图2所示，所述的地面大功率超声波控制装置3包括动力电缆进线端17、总控制开关13、可编程序控制器14、脉宽调制控制器15、脉宽调制电路保护器16和超声波输出端18，所述的动力电缆2连接动力电缆进线端17，动力电缆进线端17、总控制开关13、脉宽调制控制器15、脉宽调制电路保护器16和超声波输出端18依次电连接，超声波输出端18连接所述的特种铠装电缆4，所述的可编程序控制器14电连接着脉宽调制控制器15。

所述的地面大功率超声波控制装置3整体撬装式安装，安装橇上还设置有电能计量表9（用于计量电能使用量）、三相电压显示仪表10、电压输出指示灯11（用于显示电压正常输出）、三相电源指示灯12。

供电的动力电缆2和动力电缆进线端17电连接，超声波输出端18和给井下超声波发生器供电特种铠装电缆4电连接。工作时，井场电源电力变压器1给地面大功率超声波控制装置3供电力电时，三相电压显示仪表10显示来电电压，电源指示灯12亮，表示三相电压正常。合上总控制开关13，由控硅整流器、斩波电路、逆变器、驱动电路等组成脉宽调制控制器15开始工作，在可编程序控制器14程序控制下，产生稳定的20kHZ～30kHZ，功率为0～50kW的脉冲调制正弦波功信号，经脉宽调制电路保护器16从超声波输出端18端子，输出到井下超声波发生器7上。输出电压：400V；最大输出功率：50Kw；功率补偿：手动、自动；冷却方式：封闭型强制风冷；显示功能：频率、电流、电压、异常状态和位置、运行状态等；可编程序控制器14程序控制可以满足井下超声波发生器7不同频率的工作需要。当脉宽调制控制器15发生过流、短路、过压、欠压、瞬时停电、过热时，脉宽调制保护器16发出信号断开总控制开关13停止工作，保障了人身和设备的安全。

本实施例中，电路可靠，调整脉冲无死角，波形好，无杂波。采用可编程序控制器（PLC）控制，适应性强，不受周围环境温度影响，即使在寒冷的冬天和炎热的夏天仍能使用，克服了传统计算机控制受环境影响，温度太低太高都不能运行的情况。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上对井下超声波发生器7进一步说明，如图3所示，所述的井下超声波发生器7由电缆连接头19、过负荷保护器20、偏心变频调速振动电动机21、一级振动器22、二级振动器23、液压夹持器24和下接头26由上到下依次连接组成，液压夹持器24上周向设置有多个钢制的夹头25。

本实施例中，井下超声波发生器7所有部件均是钢结构，工作寿命长（﹥20000h），从根本上保证了全系统的安全运行，使井下超声波发生器可在各种井深条件下发射出最大功率的超声波，超声波发生器进行了精细阻抗匹配，使功率损耗减小到最低限度。利用深井偏心电动机变频调速为工作主机，根据油层深度和地质情况，进行变频调节一级振动器22和二级振动器23振动器幅值大小。机械式一级、二级振动器为发声元件，设置一级振动器22、二级振动器23目的是一主一备，增加超声波发生器可靠性，为了增加声耦合方式采用液压夹持器为声耦合方式，直接将强大的电信号转为声振动传人地层，达到物理解堵的目的。井下超声波发生器7外径：110mm：长度：3500mm；工作温度：≦120℃；工作压力：≦50MPa；工作频率：25kHz±5kHz；发射功率密度：0～50kw／m²；质量：180kg。碰到斜井时，可在下接头26结构处可安装配重量器，便于井下超声波发生器下入井下。

实施例4：

本实施例在上述三个实施例的基础上进一步改进，电缆绞盘5为带有定滑轮电缆绞盘，具有磁定位系统，特种铠装电缆4绕过电缆绞盘5的定滑轮与井下超声波发生器7连接，通过特种铠装电缆在井下超声波发生器7自重作用下，方便快速将超声波发生器7下放到500～2500米油层处，油层处理完后方便快速将超声波发生器7提到地面。

上述特种铠装电缆4具有耐拉揉性，铠装电缆外径：20mm；结构：五蕊式结构、双层钢丝铠装外层；最大工作电压：1000V；耐温：﹤120℃；耐压：45MPa；下井深度≤2500m；配专用密封插头，可与井下超声波发生器的插座锁紧连接。

本实用新型的这种大功率超声波油层处理系统的施工处理过程如下：

1、按地面大功率超声波控制装置操作规程检查内外线路，如电压合乎要求，则按顺序开机。

2、开动绞车，用电缆绞盘将井下超声波发生器下到预定位置。

3、按预先设计的处理层段、超声波发生器下井深度及各处理点处理时间进行从下到上的分段处理作业，每段处理1m，处理时间1.0～1.5小时／段。

4、处理完后从井内取出井下超声波发生器，静置沉淀4～8小时。

5、按开发方案要求下入完井生产管柱。

6、开井生产，录取油井生产动、静态资料，与措施前对比，判明声波处理油层技术的施工效果。

本实用新型提供的这种大功率超声波油层处理系统可以实现对人体和环境没有任何影响，属于安全、环保、节能型室外设备，符合安全环保要求。

1、对于由泥浆浸泡、压井、结蜡及其他原因造成的近井地带地层污染堵塞的井，采用超声波技术解堵效果好；对于油层物性好，油层厚度大，出油能力差及动静态资料不符的井，适当延长超声波处理时间，可获得更好的处理效果；注水井经超声波处理后，必须对注入水水质加以控制，否则会影响到超声波处理的有效期。

2、对于低渗油田，超声波处理油井的效果与油层自身条件密切相关。油层渗透性越低，原油粘度越大，超声波在油层内的衰减越快。与高渗透层相比，在相同施工技术参数下，超声波处理的效果越差，反之则超声波处理油井的效果较好。因此，对于不同油层条件的井，应该采取不同的参数。对于在开发过程中，污染半径较大的特低渗透油层，利用超声波解堵的适应性和应用方法，有待于进一步研究和完善。

3、利用超声被处理注入水，改善水质，提高注水井吸水量，防止油层次生堵塞，是可行的。并且超声波增注系统控制范围大，增注效果维持时间长，工艺简单，管理方便。

4、长庆油田试验研究证明，超声波对进行防砂、堵水后油产量大幅度下降的井效果显著。对压裂过的地层，压裂有效期过后进行处理仍然有效。对井深大于2500m 或胶结致密，渗透性极差的地层效果较差。原因是井越深，地层成岩演化越深，地层胶结致密，破裂压力大，进一步改善渗透率的潜力小，另外，地层深度增加，电声效率降低。

5、超声波处理油层技术与压裂、酸化、挤液、蒸汽吞吐等常规增产工艺相比有四个不同点。

①压裂、酸化、挤液是将污染物挤压进地层深部，易形成二次污染，而超声波处理可将污染物排出地层。

②压裂、酸化、挤液等工艺分层处理比较困难，往往造成孔隙度高的地层被处理开，而孔隙度低的地层收不到效果，使地层的动用程度受到影响，而且有时将高含水层压开，造成水淹油层，而超声波处理油层有灵活的分层能力，深度误差只有±10cm，可准确地选定处理层位。

③压裂、酸化、挤液等工艺对固井质量不好，套管变形、破损的井施工困难，甚至无法施工，而超声波技术只要换能器能下到目标油层即可正常处理。

④压裂、酸化、挤液等工艺动用设备多，施工人员多，工艺复杂，费用高，而超声波技术只需一台绞车、三四人即可，工艺简单，费用低。此外，超声波处理油层技术还有施工周期短、安全、无地面污染、占用施工场地小等优点，为油田增产、增注提供了一个先进的、简单可行的新方法。应当说明，超声波处理油层增产技术虽然有其他增产措施无法相比的优点，但这种方法不能取代其他方法。比如常规压裂可以造较长距离的缝，但任何振动的方法都办不到，所以，一定要根据油层的具体情况，合理地选择使用。

超声波技术是油田采油作业的一个新兴技术，从技术和经济角度分析，它有着最适合的作业条件，主要是提高油层渗透率达到增产增注目的，所以是属于整个油田作业市场的一个细分市场，这个细分市场并不是一成不变的，它会随着油田开发进度而逐步扩大，这是因为随着其他作业措施的实施，油井地质结构也在发展变化，其他非物理采油法带来的油液的污染，必然导致油液流动性和渗透能力的降低，压裂等地层改造措施也有一定的范围限制，多次压裂后效果会不断降低，而超声波技术却能发挥独特的效果，并且不会随着这次实施给以后的作业效果带来影响，所以这是一个不断扩展的细分市场。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。