本發(fā)明涉及油氣田儲層酸化作業(yè)用井下工具，特別涉及一種油氣儲層酸化井下低頻水力脈動發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

油氣田開發(fā)中，儲層基質(zhì)酸化技術(shù)是致密儲層增產(chǎn)、增注的重要措施。

目前，油氣儲層酸化作業(yè)中，常規(guī)酸化儲層改造技術(shù)存在一些亟待解決的技術(shù)問題，尤其是在低滲、特低滲儲層基質(zhì)酸化中。

注入酸液包括鹽酸、土酸、有機酸、泡沫酸等，期望酸液能在儲層中均勻推進，在井筒周邊1m～2m儲層范圍內(nèi)，酸液能溶蝕巖石顆粒間部分膠結(jié)物或進一步溶蝕部分巖石顆粒，促使孔隙性介質(zhì)儲層的孔隙吼道尺寸擴大、連通性增強，進而滲透率增大，起到增產(chǎn)或增注效果。

但碎屑質(zhì)沉積巖具有很強的非均質(zhì)性，具體表現(xiàn)在層理以及巖石組成上非均質(zhì)性。而從滲流的角度，因為存在大孔道、微裂縫，除垂向滲透率差異很大外，平面上滲透率各向異性也表現(xiàn)明顯，對油氣開采和注水等影響重大，而低滲、超低滲儲層尤其突出。工程實踐表明，即使是對于目前工程中已經(jīng)細(xì)分的小層中，滲透率各向異性往往是影響基質(zhì)酸化作業(yè)效果的重大因素。因此也成為影響酸化作業(yè)效果的重要因素。

常規(guī)基質(zhì)酸化施工作業(yè)中，我們希望酸液能均勻推進，但通常很難避免酸液在平面上的指進和垂向上舌進。在大孔道區(qū)域、微裂縫中，酸液推進速度快；在滲透率較低的區(qū)域，酸液推進慢或很少有酸液進入，即使進入了少量酸液也很快成為乏酸，特別需要酸化的這一部分巖石體積反而沒有得到有效酸化。所以，低滲、特低滲儲層基質(zhì)酸化中，保證酸液均勻推進一直是制約基質(zhì)酸化作業(yè)效果的重大技術(shù)難題，當(dāng)前工藝條件下的施工中難以有效控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了達到上述目的，本發(fā)明的目的在于提供一種油氣儲層酸化井下低頻水力脈動發(fā)生裝置，在酸化作業(yè)施工時，能在工作液流作用下在井下產(chǎn)生一定強度的低頻水力脈動，具有結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)方便、安全可靠，且能有效提高基質(zhì)酸化效果的特點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了技術(shù)方案如下：

一種油氣儲層酸化井下低頻水力脈動發(fā)生裝置，包括錐臺形缸體總成2，以及設(shè)置于錐臺形缸體總成2上端的加工有api標(biāo)準(zhǔn)油管連接螺紋的上接頭1和設(shè)置于錐臺形缸體總成2下端的加工有api標(biāo)準(zhǔn)油管連接螺紋下接頭9，錐臺形缸體總成2內(nèi)設(shè)置有與其配套的錐臺形的活塞6，活塞6下部設(shè)置有復(fù)位彈簧7，在復(fù)位彈簧7的下端設(shè)置有承托座8。

所述的錐臺形缸體總成2分上中下三層設(shè)置，每層均設(shè)置有周向均布的徑向流道通孔各四個，分別為上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5，孔徑范圍依次為5mm～6mm，6mm～8mm,10mm～12mm，各孔周向間隔30度均布，上部泄壓孔3的中心距離活塞6上截面15mm～20mm，上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5在高度上重疊部分為2mm～4mm。

所述的錐臺形缸體總成2和活塞6的配合錐度范圍在1：(20～25)。

與現(xiàn)有在用酸化技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1采用了基于酸化作業(yè)工作液驅(qū)動，實現(xiàn)酸化作業(yè)中井下低頻水力脈動?；诶碚摶A(chǔ)研究，低頻水力脈動作用下，在孔隙性儲層介質(zhì)中，酸液能相對均勻的在儲層中推進，有效抑制基質(zhì)酸化作業(yè)中常見的指進和舌進現(xiàn)象，提高酸化波及體積，進而提高整體基質(zhì)酸化效果。

2適應(yīng)常規(guī)基質(zhì)酸化工藝，能適應(yīng)常規(guī)酸化作業(yè)管柱強度設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和酸化施工設(shè)計；設(shè)計中特別考慮了施工安全性，即使工具失效也不會影響基質(zhì)酸化施工的繼續(xù)進行，高度安全可靠。

3不僅結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便，而且可應(yīng)用于油氣井基質(zhì)酸化增產(chǎn)作業(yè)、注水井增注基質(zhì)酸化作業(yè)以及油氣井酸洗作業(yè)等。適應(yīng)常規(guī)酸化工藝和酸化施工參數(shù)設(shè)計，適用范圍廣，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的徑向流道通孔分布示意圖。

圖3為本發(fā)明的使用效果示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利作進一步說明。

參照圖1，一種油氣儲層酸化井下低頻水力脈動發(fā)生裝置，包括錐臺形缸體總成2，以及設(shè)置于錐臺形缸體總成2上端的加工有api標(biāo)準(zhǔn)油管連接螺紋的上接頭1和設(shè)置于錐臺形缸體總成2下端的加工有api標(biāo)準(zhǔn)油管連接螺紋下接頭9，錐臺形缸體總成2內(nèi)設(shè)置有與其配套的錐臺形的活塞6，活塞6下部設(shè)置有復(fù)位彈簧7，在復(fù)位彈簧7的下端設(shè)置有承托座8。

參見圖譜2，本發(fā)明的錐臺形缸體總成2分上中下三層設(shè)置，每層均設(shè)置有4個周向均布徑向流道通孔，分別為上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5，徑向流道通孔的直徑和開孔位置是根據(jù)現(xiàn)場酸化施工作業(yè)流量、彈簧剛度與活塞質(zhì)量優(yōu)化計算確定的。中部泄流孔4和下部泄流孔5位置是根據(jù)可能出現(xiàn)的偏大工作排量確定的。

所述的錐臺形缸體總成2和活塞6的配合錐度范圍在1：(20-25)，可以防止錐臺形活塞在酸化施工作業(yè)中，被砂粒等異物卡于錐臺形缸體中，保障振動系統(tǒng)正常工作；設(shè)計為配合錐度范圍在1：(20～25)的目的其次是為了解決施工作業(yè)中可能出現(xiàn)排量超出正常施工設(shè)計而導(dǎo)致輸出流體脈動頻率偏大，難以實現(xiàn)本發(fā)明所要求的低頻脈動，以及防止施工中在活塞上行程止點產(chǎn)生大的水擊效應(yīng)。

所述的錐臺形缸體總成上三個不同高度位置上分層順序設(shè)置有上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5各4個，孔徑范圍依次為5mm～6mm，6mm～8mm,10mm～12mm，各孔周向間隔30度均布，上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5的孔徑、具體高度位置根據(jù)酸化作業(yè)排量，需要的低頻水力脈動頻率10～20hz、水力脈動幅度1.5mpa～2mpa，結(jié)合振動系統(tǒng)中復(fù)位彈簧剛度、活塞質(zhì)量、流體密度、流體粘度等優(yōu)化計算得到，優(yōu)化確定的尺寸范圍為：上部泄壓孔3的中心距離活塞6上截面15mm～20mm，上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5在高度上重疊部分為2mm～4mm。

各個徑向流道通孔的直徑和開孔位置是根據(jù)現(xiàn)場酸化施工作業(yè)流量、彈簧剛度與活塞質(zhì)量計算確定的:

設(shè)錐臺形活塞的質(zhì)量為m，其有效截面積為sp，復(fù)位彈簧剛度系數(shù)為k，工作流體密度為ρ，粘滯阻力系數(shù)為ξ，活塞行程中上下截面承受平均壓差分別為p1和p2；活塞位移為x，活塞行程為h，時間為t，則活塞下行時：

活塞上行時：

在這里，p1和p2依據(jù)設(shè)計活塞尺寸及行程位置結(jié)合流體力學(xué)原理計算給出。

由此可計算出活塞的行程長度：

復(fù)位彈簧剛度系數(shù)可以表示為：

這往復(fù)振動頻率為：

上式中：pa為流體推動活塞下行打開缸體側(cè)壁上泄壓孔3前活塞上、下截面承受的壓差；pb為流體推動活塞下行完全打開缸體側(cè)壁上泄壓孔3后，活塞上、下截面承受壓差。

實際設(shè)計計算中，需要編制計算機程序，初步確定活塞尺寸、以施工設(shè)計酸液注入排量0.2～0.5m³/min為依據(jù)，以實現(xiàn)擬定低頻如10hz計算確定其它參數(shù)。

更進一步地，為實現(xiàn)擬定的低頻脈動，設(shè)置有中部泄流孔4和下部泄流孔5，由此實現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的實際排量大于設(shè)計排量后，控制活塞行程在一定范圍，更好地實現(xiàn)脈動發(fā)生裝置的低頻脈動輸出。

所述的活塞6、以及位于活塞6下部的復(fù)位彈簧7組成一個酸化工作液驅(qū)動的往復(fù)式機械振動系統(tǒng)。在油田現(xiàn)場酸化施工作業(yè)時，工作液水力驅(qū)動方式下的低頻水力脈動的往復(fù)振動系統(tǒng)，輸出優(yōu)化計算確定的一定壓力波幅的低頻壓力脈動。為克服活塞6上行完全關(guān)閉流道所產(chǎn)生的水擊效應(yīng)的影響、維持酸化作業(yè)排量下的往復(fù)振動，活塞6與錐臺形缸體總成2配合錐度，同時也能防止酸化作業(yè)中出現(xiàn)活塞砂卡等故障。

本發(fā)明的工作原理如下：

如圖3所示，本發(fā)明使用時，下部連接筆尖工具13，上部連接旁通閥11，旁通閥11上部連接壓裂施工的酸化管柱10。酸化前置液、酸化液流過本發(fā)明后能產(chǎn)生強度為1mpa左右的低頻水力脈動壓力、脈動頻率在10hz左右。

在酸化施工作業(yè)時，在錐臺形活塞6上下水力壓差作用下，錐臺形活塞6在壓差作用下下行并壓縮復(fù)位彈簧7，錐臺形活塞6下行時順序打開上部泄壓孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5，且錐臺形活塞外周流道截面積也逐漸增大，錐臺形活塞6下行時上下壓差逐漸減小，直到錐臺形活塞下行直到下行行程止點；此時被壓縮的復(fù)位彈簧7推動錐臺形活塞6上行，上行行程中錐臺形活塞上行則順序關(guān)閉下部泄流孔5、中部泄流孔4和上部泄壓孔3，且錐臺形活塞外周流道截面積也逐漸減小，直到達到上行行程止點。這樣，錐臺形活塞6上下壓差又增大到最大，開始下一振動周期。

由此實現(xiàn)一定作業(yè)流量范圍內(nèi)的錐臺形活塞往復(fù)運動，從而實現(xiàn)酸化作業(yè)時輸出流體一定壓力波幅下的低頻脈動。

本發(fā)明專利應(yīng)用于酸化作業(yè)中，產(chǎn)生井下低頻水力脈動，通過各結(jié)構(gòu)參數(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，常規(guī)作業(yè)條件下水力脈動頻率大約為10hz～20hz，施工中控制水力壓力波動幅度為1.5mpa～2mpa，促使酸液在儲層基質(zhì)中均勻推進，提高儲層酸化作業(yè)增產(chǎn)效果或注水井的增注效果。

本發(fā)明旨在實現(xiàn)酸化作業(yè)中酸液在儲層孔隙介質(zhì)中實現(xiàn)低頻脈動，脈動作用下酸液能均勻推進，抑制影響酸化效果的指進和舌進現(xiàn)象，提高體積酸化效率。為了控制脈動在儲層孔隙介質(zhì)流體中的傳播衰減通常波動傳播衰減大至和頻率的平方成正比，增大脈動的有效作用距離，低頻脈動較為理想，也就是說要求脈動發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈動頻率處于低頻范圍，實驗研究認(rèn)為10hz左右效果較為理想。