CN206888944U - 油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置 - Google Patents
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Abstract
油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，包括锥台形缸体总成，以及设置于锥台形缸体总成上端的上接头和设置于锥台形缸体总成下端的下接头，锥台形缸体总成内设置有与其配套的锥台形的活塞，活塞下部设置有复位弹簧，在复位弹簧的下端设置有承托座，活塞在压差作用下下行并压缩复位弹簧，下行时顺序打开上中下泄压孔，且锥台形活塞外周流道截面积也逐渐增大，直到锥台形活塞下行到达下行程止点；此时被压缩的复位弹簧塞上行，顺序关闭下、中、上部泄压孔，直到到达上行行程止点完全复位，开始下一振动周期；本实用新型具有结构简单、实现方便、安全可靠，且能有效提高水力压裂正常效果的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气田储层酸化作业用井下工具，特别涉及油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置。
背景技术
油气田开发中，储层基质酸化技术是致密储层增产、增注的重要措施。
目前，油气储层酸化作业中，常规酸化储层改造技术存在一些亟待解决的技术问题，尤其是在低渗、特低渗储层基质酸化中。
注入酸液包括盐酸、土酸、有机酸、泡沫酸等，期望酸液能在储层中均匀推进，在井筒周边1m～2m储层范围内，酸液能溶蚀岩石颗粒间部分胶结物或进一步溶蚀部分岩石颗粒，促使孔隙性介质储层的孔隙吼道尺寸扩大、连通性增强，进而渗透率增大，起到增产或增注效果。
但碎屑质沉积岩具有很强的非均质性，具体表现在层理以及岩石组成上非均质性。而从渗流的角度，因为存在大孔道、微裂缝，除垂向渗透率差异很大外，平面上渗透率各向异性也表现明显，对油气开采和注水等影响重大，而低渗、超低渗储层尤其突出。工程实践表明，即使是对于目前工程中已经细分的小层中，渗透率各向异性往往是影响基质酸化作业效果的重大因素。因此也成为影响酸化作业效果的重要因素。
常规基质酸化施工作业中，我们希望酸液能均匀推进，但通常很难避免酸液在平面上的指进和垂向上舌进。在大孔道区域、微裂缝中，酸液推进速度快；在渗透率较低的区域，酸液推进慢或很少有酸液进入，即使进入了少量酸液也很快成为乏酸，特别需要酸化的这一部分岩石体积反而没有得到有效酸化。所以，低渗、特低渗储层基质酸化中，保证酸液均匀推进一直是制约基质酸化作业效果的重大技术难题，当前工艺条件下的施工中难以有效控制。
发明内容
为了达到上述目的，本实用新型的目的在于提供油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，在酸化作业施工时，能在工作液流作用下在井下产生一定强度的低频水力脉动，具有结构简单、实现方便、安全可靠，且能有效储层酸化效果的特点。
为了实现上述目的，本实用新型采用了技术方案如下：
油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，包括锥台形缸体总成2，以及设置于锥台形缸体总成2上端的加工有API标准油管连接螺纹的上接头1和设置于锥台形缸体总成2下端的加工有API标准油管连接螺纹下接头9，锥台形缸体总成2内设置有与其配套的锥台形的活塞6，活塞6下部设置有复位弹簧7，在复位弹簧7的下端设置有承托座8。
所述的锥台形缸体总成2分上中下三层设置，每层均设置有周向均布的径向流道通孔各四个，分别为上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5，孔径范围依次为5mm～6mm，6mm～8mm,10mm～12mm，各孔周向间隔30度均布，上部泄压孔3的中心距离活塞6上截面15mm～20mm，上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5在高度上重叠部分为2mm～4mm。
所述的锥台形缸体总成2和活塞6的配合锥度范围在1：(20～25)。
与现有在用酸化技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1采用了基于酸化作业工作液驱动，实现酸化作业中井下低频水力脉动。基于理论基础研究，低频水力脉动作用下，在孔隙性储层介质中，酸液能相对均匀的在储层中推进，有效抑制基质酸化作业中常见的指进和舌进现象，提高酸化波及体积，进而提高整体基质酸化效果。
2适应常规基质酸化工艺，能适应常规酸化作业管柱强度设计、结构设计和酸化施工设计；设计中特别考虑了施工安全性，即使工具失效也不会影响基质酸化施工的继续进行，高度安全可靠。
3不仅结构简单，实现方便，而且可应用于油气井基质酸化增产作业、注水井增注基质酸化作业以及油气井酸洗作业等。适应常规酸化工艺和酸化施工参数设计，适用范围广，具有良好的推广应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的径向流道通孔分布示意图。
图3为本实用新型的使用效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型专利作进一步说明。
参照图1，油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，包括锥台形缸体总成2，以及设置于锥台形缸体总成2上端的加工有API标准油管连接螺纹的上接头1和设置于锥台形缸体总成2下端的加工有API标准油管连接螺纹下接头9，锥台形缸体总成2内设置有与其配套的锥台形的活塞6，活塞6下部设置有复位弹簧7，在复位弹簧7的下端设置有承托座8。
参见图谱2，本实用新型的锥台形缸体总成2分上中下三层设置，每层均设置有4个周向均布径向流道通孔，分别为上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5，径向流道通孔的直径和开孔位置是根据现场酸化施工作业流量、弹簧刚度与活塞质量优化计算确定的。中部泄流孔4和下部泄流孔5位置是根据可能出现的偏大工作排量确定的。
所述的锥台形缸体总成2和活塞6的配合锥度范围在1：(20-25)，可以防止锥台形活塞在酸化施工作业中，被砂粒等异物卡于锥台形缸体中，保障振动***正常工作；设计为配合锥度范围在1：(20～25)的目的其次是为了解决施工作业中可能出现排量超出正常施工设计而导致输出流体脉动频率偏大，难以实现本实用新型所要求的低频脉动，以及防止施工中在活塞上行程止点产生大的水击效应。
所述的锥台形缸体总成上三个不同高度位置上分层顺序设置有上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5各4个，孔径范围依次为5mm～6mm，6mm～8mm,10mm～12mm，各孔周向间隔30度均布，上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5的孔径、具体高度位置根据酸化作业排量，需要的低频水力脉动频率10～20Hz、水力脉动幅度1.5MPa～2MPa，结合振动***中复位弹簧刚度、活塞质量、流体密度、流体粘度等优化计算得到，优化确定的尺寸范围为：上部泄压孔3的中心距离活塞6上截面15mm～20mm，上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5在高度上重叠部分为2mm～4mm。
各个径向流道通孔的直径和开孔位置是根据现场酸化施工作业流量、弹簧刚度与活塞质量计算确定的:
设锥台形活塞的质量为m，其有效截面积为Sp，复位弹簧刚度系数为k，工作流体密度为ρ，粘滞阻力系数为ξ，活塞行程中上下截面承受平均压差分别为P1和P2；活塞位移为x，活塞行程为h，时间为t，则活塞下行时：
活塞上行时：
在这里，P1和P2依据设计活塞尺寸及行程位置结合流体力学原理计算给出,
由此可计算出活塞的行程长度：
复位弹簧刚度系数可以表示为：
这往复振动频率为：
上式中：Pa为流体推动活塞下行打开缸体侧壁上泄压孔3前活塞上、下截面承受的压差；Pb为流体推动活塞下行完全打开缸体侧壁上泄压孔3后，活塞上、下截面承受压差。
实际设计计算中，需要编制计算机程序，初步确定活塞尺寸、以施工设计酸液注入排量0.2～0.5m3/min为依据，以实现拟定低频如10Hz计算确定其它参数。
更进一步地，为实现拟定的低频脉动，设置有中部泄流孔4和下部泄流孔5，由此实现施工中可能出现的实际排量大于设计排量后，控制活塞行程在一定范围，更好地实现脉动发生装置的低频脉动输出。
所述的活塞6、以及位于活塞6下部的复位弹簧7组成一个酸化工作液驱动的往复式机械振动***。在油田现场酸化施工作业时，工作液水力驱动方式下的低频水力脉动的往复振动***，输出优化计算确定的一定压力波幅的低频压力脉动。为克服活塞6上行完全关闭流道所产生的水击效应的影响、维持酸化作业排量下的往复振动，活塞6与锥台形缸体总成2配合锥度，同时也能防止酸化作业中出现活塞砂卡等故障。
本实用新型的工作原理如下：
如图3所示，本实用新型使用时，下部连接笔尖工具13，上部连接旁通阀11，旁通阀11上部连接压裂施工的酸化管柱10。酸化前置液、酸化液流过本实用新型后能产生强度为1MPa左右的低频水力脉动压力、脉动频率在10Hz左右。
在酸化施工作业时，在锥台形活塞6上下水力压差作用下，锥台形活塞6在压差作用下下行并压缩复位弹簧7，锥台形活塞6下行时顺序打开上部泄压孔3、中部泄流孔4和下部泄流孔5，且锥台形活塞外周流道截面积也逐渐增大，锥台形活塞6下行时上下压差逐渐减小，直到锥台形活塞下行直到下行行程止点；此时被压缩的复位弹簧7推动锥台形活塞6上行，上行行程中锥台形活塞上行则顺序关闭下部泄流孔5、中部泄流孔4和上部泄压孔3，且锥台形活塞外周流道截面积也逐渐减小，直到达到上行行程止点。这样，锥台形活塞6上下压差又增大到最大，开始下一振动周期。
由此实现一定作业流量范围内的锥台形活塞往复运动，从而实现酸化作业时输出流体一定压力波幅下的低频脉动。
本实用新型专利应用于酸化作业中，产生井下低频水力脉动，通过各结构参数***的优化设计，常规作业条件下水力脉动频率大约为10Hz～20Hz，施工中控制水力压力波动幅度为1.5MPa～2MPa，促使酸液在储层基质中均匀推进，提高储层酸化作业增产效果或注水井的增注效果。
本实用新型旨在实现酸化作业中酸液在储层孔隙介质中实现低频脉动，脉动作用下酸液能均匀推进，抑制影响酸化效果的指进和舌进现象，提高体积酸化效率。为了控制脉动在储层孔隙介质流体中的传播衰减通常波动传播衰减大至和频率的平方成正比，增大脉动的有效作用距离，低频脉动较为理想，也就是说要求脉动发生装置产生的脉动频率处于低频范围，实验研究认为10Hz左右效果较为理想。
Claims (3)
1.油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，其特征在于，包括锥台形缸体总成(2)，以及设置于锥台形缸体总成(2)上端的加工有API标准油管连接螺纹的上接头(1)和设置于锥台形缸体总成(2)下端的加工有API标准油管连接螺纹下接头(9)，锥台形缸体总成(2)内设置有与其配套的锥台形的活塞(6)，活塞(6)下部设置有复位弹簧(7)，在复位弹簧(7)的下端设置有承托座(8)。
2.根据权利要求1所述的油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，其特征在于，所述的锥台形缸体总成(2)分上中下三层设置，每层均设置有周向均布的径向流道通孔各四个，分别为上部泄压孔(3)、中部泄流孔(4)和下部泄流孔(5)，孔径范围依次为5mm～6mm，6mm～8mm,10mm～12mm，各孔周向间隔30度均布，上部泄压孔(3)的中心距离活塞(6)上截面15mm～20mm，上部泄压孔(3)、中部泄流孔(4)和下部泄流孔(5)在高度上重叠部分为2mm～4mm。
3.根据权利要求1所述的油气储层酸化井下低频水力脉动发生装置，其特征在于，所述的锥台形缸体总成(2)和活塞(6)的配合锥度范围在1：(20～25)。
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