本發(fā)明涉及一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置及其應(yīng)用，屬于油藏原油提高采收率技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國石油、天然氣開發(fā)的不斷深入，低滲油藏已經(jīng)成為石油行業(yè)發(fā)展的重要潛力，然而在開發(fā)中后期由于低滲、特低滲油藏滲透率極低、天然微裂縫發(fā)育，普遍存在水竄嚴重、產(chǎn)量低、開采效果差。因此，亟需輔助開發(fā)技術(shù)手段提高油藏內(nèi)部原油動用程度和采收率。

低頻振動采油作為一種新型的物理采油方式，利用人工振動將能量以低頻機械波的形式直接或間接作用于地層，通過振動波在地層的傳播，使儲層和流體產(chǎn)生不同的物理和化學變化，改善油層滲流條件，達到油水井增產(chǎn)增注目的。該方法憑借其無污染、成本低、見效快、適應(yīng)性強、工藝簡單等特點在一系列的礦場應(yīng)用中都取得了較好的開發(fā)效果。與此同時，低頻波動采油技術(shù)的應(yīng)用也逐漸由單一技術(shù)向復(fù)合技術(shù)發(fā)展，目前如關(guān)于振動復(fù)合化學封堵技術(shù)、振動復(fù)合表面活性劑驅(qū)油技術(shù)、振動復(fù)合稠油蒸汽降粘(或催化降粘)技術(shù)、振動復(fù)合酸壓增產(chǎn)技術(shù)等均在理論與實驗研究方面取得了一定進展。石油工作者針對該技術(shù)的作用機理、配套設(shè)備、施工工藝等進行了一系列的理論和實驗研究。

然而，目前礦場所應(yīng)用的低頻振動裝備普遍存在如下弊端：設(shè)備復(fù)雜，操作不便；占據(jù)礦場地面面積較大，特別是振擊設(shè)備；作業(yè)時需要清理井內(nèi)管柱，影響后續(xù)生產(chǎn)；無法實時調(diào)整作業(yè)參數(shù)(振動頻率、振動幅度等)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝布設(shè)方便、工作性能可靠，且能夠?qū)崿F(xiàn)振動參數(shù)即時調(diào)整的水力低頻振動提高原油采收率的裝置。

本發(fā)明還提供一種利用上述裝置來提高原油采收率的操作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置，包括動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、振擊系統(tǒng)和定子系統(tǒng)，其中：

動力系統(tǒng)，設(shè)置在定子系統(tǒng)內(nèi)，包括驅(qū)動轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的動力源；

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，設(shè)置在定子系統(tǒng)內(nèi)，包括垂直轉(zhuǎn)動管及設(shè)置在垂直轉(zhuǎn)動管底端的水平轉(zhuǎn)盤，垂直轉(zhuǎn)動管底部及水平轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有流道，垂直轉(zhuǎn)動管內(nèi)可用于液體介質(zhì)的流動；

振擊系統(tǒng)，設(shè)置在定子系統(tǒng)內(nèi)，包括垂直分隔管柱及設(shè)置在垂直分隔管柱內(nèi)的環(huán)形重錘，環(huán)形重錘可在液體介質(zhì)的壓力下實現(xiàn)上下移動；

定子系統(tǒng)的底部設(shè)置有流道，可與水平轉(zhuǎn)盤上的流道實現(xiàn)相通，用于液體介質(zhì)的排出。

優(yōu)選的，所述動力源選用電機，電機與垂直轉(zhuǎn)動管傳動連接。

優(yōu)選的，所述電機通過齒輪系與垂直轉(zhuǎn)動管傳動連接。

優(yōu)選的，所述垂直轉(zhuǎn)動管的頂端通過轉(zhuǎn)動接頭與油管連接。此設(shè)計的好處在于，通過轉(zhuǎn)動接頭，在垂直轉(zhuǎn)動管轉(zhuǎn)動的同時可有效防止油管發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，避免油管發(fā)生擰繞。

優(yōu)選的，所述垂直分隔管柱的上部設(shè)置為一傾斜撞擊面，環(huán)形重錘上設(shè)置有與傾斜撞擊面相適應(yīng)的傾斜面。

優(yōu)選的，所述傾斜撞擊面的傾斜夾角為10-45°。

優(yōu)選的，當傾斜面與傾斜撞擊面接觸時，環(huán)形重錘的頂端與垂直分隔管柱的頂端留有空隙。此設(shè)計的優(yōu)勢在于，當環(huán)形重錘向上移動撞擊垂直分隔管柱時，能夠?qū)⑷康牧α孔饔迷趦A斜撞擊面上，然后由傾斜撞擊面向外對水平井擴散振擊，效率更高。

優(yōu)選的，所述垂直轉(zhuǎn)動管的底部設(shè)置有六個矩形入流口，所述垂直分隔管柱底部與六個矩形入流口相同的高度分布有六個矩形出流口。此設(shè)計的好處在于，當垂直轉(zhuǎn)動管旋轉(zhuǎn)時，可以實現(xiàn)六個矩形入流口和六個矩形出流口的連通。

優(yōu)選的，所述水平轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有六個圓形上內(nèi)泄流口和六個圓形上外泄流口，其中六個圓形上內(nèi)泄流口位于垂直轉(zhuǎn)動管內(nèi)側(cè)，六個圓形上外泄流口位于垂直轉(zhuǎn)動管外側(cè)。

優(yōu)選的，所述定子系統(tǒng)包括一外殼，在所述外殼的底部設(shè)置有六個圓形下內(nèi)泄流口和六個圓形下外泄流口，其中六個圓形下內(nèi)泄流口在豎直方向上可與六個圓形上內(nèi)泄流口重合，六個圓形下外泄流口在豎直方向上可與六個圓形上外泄流口重合。

優(yōu)選的，所述外殼上設(shè)置有氣孔，氣孔位于傾斜撞擊面下方。

優(yōu)選的，所述垂直分隔管柱內(nèi)設(shè)置有一支撐盤，支撐盤位于環(huán)形重錘下方且支撐盤的中心設(shè)有一通孔，在通孔外側(cè)的同一圓周上分布有六個圓形流通口。

一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置的操作方法，包括以下步驟：

(1)將該提高原油采收率的裝置下放至所要處理的油層位置并固定，連接好地面電源；

(2)向垂直轉(zhuǎn)動管內(nèi)輸送流體，啟動電源，電機帶動垂直轉(zhuǎn)動管轉(zhuǎn)動，當垂直轉(zhuǎn)動管轉(zhuǎn)動到某個角度，矩形入流口和矩形出流口連通，而此時圓形上外泄流口與圓形下外泄流口交錯封堵，圓形上內(nèi)泄流口與圓形下內(nèi)泄流口交錯封堵，流體經(jīng)過垂直轉(zhuǎn)動管、矩形入流口、矩形出流口、圓形流通口，推動環(huán)形重錘向上運動，撞擊傾斜撞擊面；

(3)電機持續(xù)帶動垂直轉(zhuǎn)動管轉(zhuǎn)動，當垂直轉(zhuǎn)動管轉(zhuǎn)動到某個角度，矩形入流口和矩形出流口交錯封堵，而此時圓形上外泄流口與圓形下外泄流口連通，圓形上內(nèi)泄流口與圓形下內(nèi)泄流口連通，環(huán)形重錘下的流體在環(huán)形重錘及自身的重力作用下通過圓形上外泄流口、圓形下外泄流口排出，垂直轉(zhuǎn)動管內(nèi)的流體通過圓形上內(nèi)泄流口、圓形下內(nèi)泄流口排出。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，安裝和操作方便，投入成本較低，地面設(shè)備少，占地面積小。

2.本發(fā)明裝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處理的地層，又方便后續(xù)生產(chǎn)。

3.本發(fā)明裝置中的振動頻率可以由電機轉(zhuǎn)速控制，振擊功率可以由地面泵注液體的壓力控制，而且兩者可以獨立控制，互不干擾。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提高原油采收率裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中垂直轉(zhuǎn)動管和水平轉(zhuǎn)盤部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中A-A方向的剖視圖；

圖4為本發(fā)明中支撐盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、電機；2、齒輪系；3、轉(zhuǎn)動接頭；4、電纜；5、垂直轉(zhuǎn)動管；6、水平轉(zhuǎn)盤；7、矩形入流口；8、圓形上內(nèi)泄流口；9、圓形上外泄流口；10、高壓外殼；11、垂直分隔管柱；12、水平分隔面；13、支撐盤；14、傾斜撞擊面；15、圓形下內(nèi)泄流口；16、圓形下外泄流口；17、矩形出流口；18、圓形流通口；19、環(huán)形重錘。

具體實施方式

下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。

實施例1：

如圖1至圖4所示，本實施例提供一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置，包括動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、振擊系統(tǒng)和定子系統(tǒng)，其中：

動力系統(tǒng)，設(shè)置在定子系統(tǒng)內(nèi)，包括驅(qū)動轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的動力源；

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，設(shè)置在定子系統(tǒng)內(nèi)，包括垂直轉(zhuǎn)動管及設(shè)置在垂直轉(zhuǎn)動管底端的水平轉(zhuǎn)盤，垂直轉(zhuǎn)動管底部及水平轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有流道，垂直轉(zhuǎn)動管內(nèi)可用于液體介質(zhì)的流動；

振擊系統(tǒng)，設(shè)置在定子系統(tǒng)內(nèi)，包括垂直分隔管柱及設(shè)置在垂直分隔管柱內(nèi)的環(huán)形重錘，環(huán)形重錘可在液體介質(zhì)的壓力下實現(xiàn)上下移動；

定子系統(tǒng)的底部設(shè)置有流道，可與水平轉(zhuǎn)盤上的流道實現(xiàn)相通，用于液體介質(zhì)的排出。

本實施例中，定子系統(tǒng)包括一高壓外殼10，動力源選用電機1，電機1通過電纜4與地面電源連接，電機1通過齒輪系2與垂直轉(zhuǎn)動管5傳動連接，即電機1的輸出軸連接一主動齒輪，垂直轉(zhuǎn)動管5的外周上設(shè)置有從動齒輪，主動齒輪與從動齒輪相嚙合，從而實現(xiàn)電機1帶動垂直轉(zhuǎn)動管5旋轉(zhuǎn)。垂直轉(zhuǎn)動管5的頂端通過轉(zhuǎn)動接頭3與油管連接，轉(zhuǎn)動接頭3包括上下兩個法蘭盤，在兩個法蘭盤之間設(shè)置有軸承，垂直轉(zhuǎn)動管與軸承內(nèi)圈連接，油管與軸承外圈連接，這樣在電機帶動垂直轉(zhuǎn)動管旋轉(zhuǎn)時，油管不會發(fā)生相對轉(zhuǎn)動不會造成油管的擰繞。垂直轉(zhuǎn)動管5與水平轉(zhuǎn)盤6為一體結(jié)構(gòu)設(shè)計，垂直轉(zhuǎn)動管5的底部軸向設(shè)置有六個矩形入流口7，水平轉(zhuǎn)盤6上設(shè)置有六個圓形上內(nèi)泄流口8和六個圓形上外泄流口9，其中六個圓形上內(nèi)泄流口8位于垂直轉(zhuǎn)動管5內(nèi)側(cè)，六個圓形上外泄流口9位于垂直轉(zhuǎn)動管5外側(cè)。在高壓外殼10的底部設(shè)置有六個圓形下內(nèi)泄流口15和六個圓形下外泄流口16，其中六個圓形下內(nèi)泄流口15在豎直方向上可與六個圓形上內(nèi)泄流口8重合(當水平轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到某個角度時)，六個圓形下外泄流口16在豎直方向上可與六個圓形上外泄流口9重合。

在高壓外殼10內(nèi)的垂直分隔管柱11環(huán)繞設(shè)置在垂直轉(zhuǎn)動管5的周圍，在垂直轉(zhuǎn)動管柱11內(nèi)設(shè)置有環(huán)形重錘19(圖1為縱向截面圖)和支撐盤13，支撐盤13位于環(huán)形重錘19下方，支撐盤13將垂直分隔管柱11分成上下兩部分，上下兩部分通過支撐盤13上開設(shè)的六個圓形流通口18連通(如圖4所示)，支撐盤13的中心開有供垂直轉(zhuǎn)動管5穿過的通孔，六個圓形流通口18分布在通孔外側(cè)的同一圓周上。在垂直分隔管柱11的下部分開設(shè)有與六個矩形入流口7相同的高度分布有六個矩形出流口17。當電機1帶動垂直轉(zhuǎn)動管5旋轉(zhuǎn)時，可以實現(xiàn)六個矩形入流口7和六個矩形出流口17的連通(當垂直轉(zhuǎn)動管旋轉(zhuǎn)到矩形入流口和矩形出流口的相位分布一致時)。

垂直分隔管柱11的上部設(shè)置為一傾斜撞擊面14，其與水平面的傾斜夾角為10°，環(huán)形重錘19上設(shè)置有與傾斜撞擊面14相適應(yīng)的傾斜面。當傾斜面與傾斜撞擊面接觸時，環(huán)形重錘19的頂端與垂直分隔管柱11的頂端留有空隙。當環(huán)形重錘19向上移動撞擊垂直分隔管柱11時，能夠?qū)⑷康牧α孔饔迷趦A斜撞擊面14上，然后由傾斜撞擊面14向外對水平井擴散振擊，效率更高。

本實施例的裝置利用流體(水)的壓力驅(qū)動環(huán)形重錘，使其周期地作用于傾斜撞擊面，進而將振動傳遞給儲層，達到提高采收率的效果。該裝置可通過調(diào)節(jié)流動介質(zhì)的泵送壓力、裝置的下放深度等控制重錘的撞擊功率，通過調(diào)節(jié)電機帶動垂直轉(zhuǎn)動管的轉(zhuǎn)速控制振擊頻率。本裝置設(shè)計合理、功能完善且使用操作簡便、作用效果好，彌補了以往低頻振動裝置地面設(shè)備復(fù)雜、振動頻率和振動功率調(diào)節(jié)不便等不足，對低頻諧振波采油技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有重要意義。

實施例2：

一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置，結(jié)構(gòu)如實施例1所述，其不同之處在于：傾斜撞擊面14與水平面的傾斜夾角為45°，相應(yīng)地環(huán)形重錘19上的傾斜面的傾斜角度也為45°。

實施例3：

一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置，結(jié)構(gòu)如實施例1所述，其不同之處在于：高壓外殼10上設(shè)置有氣孔，氣孔位于傾斜撞擊面下方。在當環(huán)形重錘向上撞擊傾斜撞擊面時，能夠避免垂直分隔管柱內(nèi)腔氣壓升高而出現(xiàn)的憋氣現(xiàn)象。

實施例4：

一種水力低頻振動提高原油采收率的裝置的操作方法，利用實施例3所述的裝置，包括以下步驟：

(1)將該提高原油采收率的裝置下放至所要處理的油層位置并固定，連接好地面電源；

(2)向垂直轉(zhuǎn)動管5內(nèi)輸送流體，本實施例中流體為水，啟動電源，電機1帶動垂直轉(zhuǎn)動管5轉(zhuǎn)動，當垂直轉(zhuǎn)動管5轉(zhuǎn)動到某個角度，矩形入流口7和矩形出流口17連通，而此時圓形上外泄流口9與圓形下外泄流口16交錯封堵，圓形上內(nèi)泄流口8與圓形下內(nèi)泄流口15交錯封堵，水經(jīng)過垂直轉(zhuǎn)動管5、矩形入流口7、矩形出流口17、圓形流通口18，推動環(huán)形重錘19向上運動，撞擊傾斜撞擊面14；

(3)電機1持續(xù)帶動垂直轉(zhuǎn)動管5轉(zhuǎn)動，當垂直轉(zhuǎn)動管5轉(zhuǎn)動到某個角度，矩形入流口7和矩形出流口17交錯封堵，而此時圓形上外泄流口9與圓形下外泄流口16連通，圓形上內(nèi)泄流口8與圓形下內(nèi)泄流口15連通，環(huán)形重錘19下的水在環(huán)形重錘及自身的重力作用下通過圓形上外泄流口9、圓形下外泄流口16排出，垂直轉(zhuǎn)動管5內(nèi)的水通過圓形上內(nèi)泄流口8、圓形下內(nèi)泄流口15排出。

另外，在實際作業(yè)過程中，可以通過調(diào)節(jié)流動介質(zhì)的泵送壓力、裝置的下放深度來控制環(huán)形重錘的撞擊功率，通過調(diào)節(jié)電機帶動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以控制振擊頻率。

假設(shè)環(huán)形重錘的外徑為R，內(nèi)徑為r，質(zhì)量為W，裝置被安置于井下，深度為H，流動介質(zhì)為水，密度為ρ，流體由地面泵送壓力為P₁，流體的壓力損失主要包括地面管柱壓耗，井內(nèi)管柱壓耗，裝置內(nèi)部壓耗等?？傮w壓耗系數(shù)為α，那么每次水力振擊的作用力可以表示為：

F＝(P₁+ρgH)×(1-α)×π×(R²-r²)-Wg

假設(shè)在垂直轉(zhuǎn)動管底部均勻開通m個矩形入流口，同時認為在電機帶動下垂直轉(zhuǎn)動管每分鐘轉(zhuǎn)動n圈，那么每秒振擊頻率可以表示為：

f＝m×n/60。