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井下作業(yè)工具的制作方法

文檔序號:12426932閱讀:304來源:國知局
井下作業(yè)工具的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及了油氣田完井和儲層改造技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種井下作業(yè)工具。



背景技術(shù):

隨著低滲透、非常規(guī)以及灘海、偏遠油氣田的開發(fā),大斜度井、叢式井、水平井以及斜層直井等特殊結(jié)構(gòu)井不斷涌現(xiàn),大多數(shù)油氣井在投產(chǎn)前需要進行壓裂、酸化等儲層改造措施,這對傳統(tǒng)射孔技術(shù)提出新的要求。射孔技術(shù)作為建立井筒和儲層的“橋梁”,在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)充分與儲層和實際井況結(jié)合,為后期生產(chǎn)改造措施創(chuàng)造有利條件。參照圖1所示,射孔系統(tǒng)可以包括車載電源1、電纜2、電纜控制頭3、射孔器4、防噴管5以及防噴器6。

目前已申請的射孔專利均為基于單純化學(xué)能做功的炸藥聚能射孔技術(shù):專利號201320600950.9涉及一種可變射角射孔器,包括模塊化彈托裝置和與模塊化彈托裝置配合的定向鋼構(gòu),模塊化彈托裝置中安裝有射孔彈;所述模塊化彈托裝置包括上彈托板、下彈托板和兩個彈托支板,所述定向鋼構(gòu)包括兩個定向方構(gòu)、固定環(huán)和墊環(huán),所述模塊化彈托裝置安裝于兩定向方構(gòu)之間,模塊化彈托裝置的鉸軸與所述定向方構(gòu)上的鉸軸孔配合,滑槽銷與調(diào)節(jié)滑槽配合,分度固定孔與分度孔配合。美國專利號7413015涉及一種傳統(tǒng)的聚能射孔技術(shù)及其配套器材。專利號201310431399.4涉及一種油氣井用定面射孔模塊彈托,該彈托的下部由四個傾斜設(shè)置的面圍攏形成,分別是兩個對稱設(shè)置的定位面、射孔彈穿出面和導(dǎo)爆索走位面,四個傾斜設(shè)置的面均與底面連接;模塊彈托中開有彈孔,彈孔的一端貫穿所述射孔彈穿出面,另一端貫穿模塊彈托的上部和頂面;所述彈孔的軸線與所述底面之間形成銳角。

現(xiàn)有射孔技術(shù)主要的問題有:(1)采用傳統(tǒng)的炸藥聚能射孔彈技術(shù),該技術(shù)以化學(xué)能作為射穿套管、水泥環(huán)和儲層的主要能量,受限于裝藥量、結(jié)構(gòu)尺寸、射孔裝具等因素,其射孔孔徑較小,穿深較短(小于2米),影響了孔道的導(dǎo)流能力和后期壓裂效果;(2)聚能射孔彈形成的射流進入巖層后,對孔道周圍巖石有強烈的壓實作用并形成壓實帶,使儲層滲透率下降,彈片和碎屑等堵塞孔道影響了油氣流動。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的發(fā)明目的在于,提供了一種井下作業(yè)工具,該井下作業(yè)工具可以解決上述技術(shù)問題中的至少一種。

本申請實施例公開了一種井下作業(yè)工具,包括:

框架,所述框架設(shè)置有至少一個貫通孔;

至少一個射孔彈,任一個所述射孔彈設(shè)置在所述框架內(nèi)且與至少一個所述貫通孔對應(yīng);

酸液注入裝置,所述酸液注入裝置設(shè)置在所述框架內(nèi),所述酸液注入裝置能在高于預(yù)設(shè)溫度情況下開啟以導(dǎo)出位于所述酸液注入裝置內(nèi)的酸液。

優(yōu)選地,所述酸液注入裝置能在低于預(yù)設(shè)溫度情況下關(guān)閉。

優(yōu)選地,所述酸液注入裝置可由任一個所述射孔彈爆炸達到所述預(yù)設(shè)溫度。

優(yōu)選地,所述酸液注入裝置包括:

閥體,所述閥體設(shè)置有第一通孔;

中心筒,所述中心筒位于所述閥體內(nèi),所述中心筒具有用于容納酸液的腔室,所述中心筒設(shè)置有第二通孔;

熱控制裝置,所述熱控制裝置能在高于預(yù)設(shè)溫度下驅(qū)使所述中心筒相對所述閥體運動,以使所述第一通孔和所述第二通孔連通。

優(yōu)選地,所述熱控制裝置包括SMA驅(qū)動器。

優(yōu)選地,所述酸液注入裝置包括:復(fù)位機構(gòu),所述復(fù)位機構(gòu)能驅(qū)使所述中心筒復(fù)位,以使所述第一通孔和所述第二通孔錯開。

優(yōu)選地,所述閥體上固設(shè)有位于所述中心筒兩端的第一端板和第二端板,所述熱控制裝置設(shè)置在所述中心筒的一端與所述第二端板之間,所述熱控制裝置能驅(qū)使所述中心筒相對所述閥體沿第一方向移動。

優(yōu)選地,所述酸液注入裝置包括:復(fù)位機構(gòu),所述復(fù)位機構(gòu)能驅(qū)使所述中心筒相對所述閥體沿第二方向移動,其中,所述第一方向與所述第二方向相反。

優(yōu)選地,所述復(fù)位機構(gòu)包括設(shè)置在所述中心筒的另一端與所述第二端板之間的彈性元件。

優(yōu)選地,所述復(fù)位機構(gòu)包括導(dǎo)向桿,所述導(dǎo)向桿的一端固設(shè)在所述中心筒上,所述導(dǎo)向桿的另一端穿設(shè)于所述第二端板并能相對所述第二端板移動,所述彈性元件纏繞在所述導(dǎo)向桿上。

優(yōu)選地,所述射孔彈包括能被引爆的含能材料。

優(yōu)選地,所述射孔彈包括彈殼殼體、設(shè)置在所述彈殼殼體內(nèi)的藥型罩、填充在所述彈殼殼體與所述藥型罩之間的含能材料、至少部分與所述含能材料接觸的電爆炸絲、與所述電爆炸絲電性接觸的電纜。

優(yōu)選地,所述電纜的另一端電性連接有位于地面上的脈沖發(fā)生系統(tǒng)。

優(yōu)選地,所述脈沖發(fā)生系統(tǒng)包括脈沖電源單元和控制單元組成。

優(yōu)選地,所述電爆炸絲為多個齒形的環(huán)狀。

優(yōu)選地,所述井下作業(yè)工具包括測量裝置,所述測量裝置用于對所述SMA驅(qū)動器的電阻進行檢測。

優(yōu)選地,所述SMA驅(qū)動器包括多個并列設(shè)置的SMA彈簧。

優(yōu)選地,所述測量裝置包括恒流源。

優(yōu)選地,所述測量裝置根據(jù)所述SMA驅(qū)動器的電阻對所述SMA驅(qū)動器的狀態(tài)進行判斷。

本申請實施例采用了基于電熱化學(xué)復(fù)合工藝的射孔技術(shù),并配套基質(zhì)酸化聯(lián)作工藝。通過大功率脈沖電源放電,使射孔彈中的金屬絲發(fā)生電爆炸,產(chǎn)生高溫高壓等離子體,并伴隨沖擊波,引爆射孔彈內(nèi)的含能材料(如炸藥HMX、PYX等),通過聚能效應(yīng)產(chǎn)生比傳統(tǒng)射孔器材大得多的射流。在射穿套管、水泥環(huán)形成大口徑孔道的同時,酸液注入裝置在射孔產(chǎn)生的高熱量作用下動作,將酸液擠入孔道內(nèi),通過酸巖反應(yīng),溶蝕孔道表面的壓實帶,并向儲層內(nèi)部滲透,形成酸蝕網(wǎng)絡(luò),提高近井地帶的導(dǎo)流能力。全部作業(yè)過程可通過PLC技術(shù)實現(xiàn)射孔和改造的實時監(jiān)測。

本申請實施例具有超高能量、對儲層穿深和孔徑更長更大、射孔參數(shù)調(diào)節(jié)方便、與現(xiàn)有射孔工藝適應(yīng)性好、實現(xiàn)不同層段射孔工藝參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化、可有效恢復(fù)近井筒地帶導(dǎo)流能力、聯(lián)作作業(yè)工藝效率高等特點。

附圖說明

附圖1為射孔作業(yè)現(xiàn)場圖。

附圖2為本申請實施例中的井下作業(yè)工具。

附圖3為本申請實施例中的射孔彈的結(jié)構(gòu)圖。

附圖4為本申請實施例中的電爆炸絲的結(jié)構(gòu)圖。

附圖5為本申請實施例中的SMA驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖6為本申請實施例中的恒流源電橋原理示意圖。

附圖7為本申請實施例中的電纜通信井下子系統(tǒng)。

附圖8為本申請實施例中的電纜通信地面子系統(tǒng)。

附圖9為本申請實施例中的電纜通信系統(tǒng)工作原理。

以上附圖的附圖標(biāo)記:1-車載電源;2-電纜;3-電纜控制頭;4-射孔器;5-防噴管;6-防噴器;7-框架;8-閥體;9-射孔彈;11-酸液注入裝置;12-工作筒;13-彈殼殼體;14-藥型罩;15-電爆炸絲;16-含能材料;17-第一端板;18-復(fù)位機構(gòu);19-導(dǎo)向桿;20-中心筒;21-SMA驅(qū)動器;22-第一通孔;23-第二通孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述,以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解,從而對本發(fā)明的保護范圍作出更為清楚明確的界定。

參照圖2所示,本申請實施例公開了一種井下作業(yè)工具,包括框架7,所述框架7設(shè)置有至少一個貫通孔;至少一個射孔彈9,任一個所述射孔彈9設(shè)置在所述框架7內(nèi)且與至少一個所述貫通孔對應(yīng);酸液注入裝置11,所述酸液注入裝置11設(shè)置在所述框架7內(nèi),所述酸液注入裝置11能在高于預(yù)設(shè)溫度下開啟以導(dǎo)出位于所述酸液注入裝置11內(nèi)的酸液。

本申請實施例使射孔彈9發(fā)生爆炸產(chǎn)生射流,從而使酸液注入裝置11在射孔產(chǎn)生的高熱量作用下開啟,將酸液擠入孔道內(nèi),通過酸巖反應(yīng),溶蝕孔道表面的壓實帶,并向儲層內(nèi)部滲透,形成酸蝕網(wǎng)絡(luò),提高近井地帶的導(dǎo)流能力。

具體的,框架7可以大體為沿一軸線方向延伸的長方體??蚣?的側(cè)壁上可以設(shè)置有多個貫通孔。例如在本實施方式中,框架7的側(cè)壁上設(shè)置有兩個貫通孔。這兩個貫通孔分別位于兩側(cè)。相應(yīng)的,本實施方式中的井下作業(yè)工具包括兩個射孔彈9。其中一個射孔彈9與其中一個貫通孔對應(yīng)。另一個射孔彈9與另一個貫通孔對應(yīng)。當(dāng)射孔彈9爆炸時,射孔彈9產(chǎn)生高能射流,形成儲層孔道,完成射孔施工。

參照圖3所示,優(yōu)選地,每一個所述射孔彈9包括彈殼殼體13、設(shè)置在所述彈殼殼體13內(nèi)的藥型罩14、填充在所述彈殼殼體13與所述藥型罩14之間的含能材料16、至少部分與所述含能材料16接觸的電爆炸絲15、與所述電爆炸絲15電性接觸的電纜2。射孔彈9的彈殼殼體13和藥型罩14可以采用傳統(tǒng)的聚能射孔技術(shù)。彈殼殼體13由耐高溫合金鋼制成。電爆炸絲15可采用鉬絲制造,鉬絲形態(tài)俯視圖如圖4所示,可以為多個齒形的環(huán)狀。目的是盡可能增大與含能材料16的接觸面積。含能材料16填充在彈殼殼體13和藥型罩之間的空腔中。使含能材料16緊密包覆在電爆炸絲15周圍。含能材料16(含能體)是一種常態(tài)下物理和化學(xué)特性穩(wěn)定,一般條件下點燃僅可燃燒、無法發(fā)生爆炸的混合物。例如,含能材料可以為常用的爆炸物、雷管等所用的火藥、炸藥等均可。與傳統(tǒng)相比,與電爆炸絲15配合使用表現(xiàn)出高得多的能量密度,在同樣的孔道形態(tài)和穿深條件下,該含能材料16的穩(wěn)定性和安全性更好,用藥量也少。若采用同樣的裝藥量,會形成更大孔徑、更長穿深的儲層孔道。

電纜2纏繞在閥體8的外表面,并可以通過工作筒12與各個射孔彈9電性連接。電纜2的另一端電性連接有位于地面上的脈沖發(fā)生系統(tǒng)。脈沖發(fā)生系統(tǒng)可以包括脈沖電源單元和控制單元。

脈沖電源單元由以下子系統(tǒng)構(gòu)成:1)若干個脈沖電源單元由多個模塊式時序放電脈沖成形網(wǎng)絡(luò)模塊(PFN)并聯(lián)而成,其核心器件為大容量儲能電容器,每個模塊安裝在電容器接線端子板上,包括開關(guān)、電感器、觸發(fā)信號發(fā)生器、匯流器等;2)高壓電流接觸器K,用于將放電后電容器中的電能釋放到保護電阻器中,也可用于緊急安全放電;3)充電設(shè)備。控制單元由以下子系統(tǒng)組成:1)操控面板;2)主控計算機;3)觸發(fā)控制器:產(chǎn)生控制開關(guān)的光觸發(fā)信號,通過光纖傳至各電源模塊的觸發(fā)信號發(fā)生器,用于同步或時序放電。

由于儲能電容器耐受反向電流沖擊和反向耐壓能力較差,需要續(xù)流電路配合,續(xù)流電路具有自觸發(fā)導(dǎo)通能力。續(xù)流電路與儲能電容器并聯(lián),在電容器放電結(jié)束后,續(xù)流電路工作,保證脈沖形成的強電感磁場能量繼續(xù)向負載(電爆炸絲15)釋放,維持系統(tǒng)整體工作穩(wěn)定。系統(tǒng)對并聯(lián)的多個PFN設(shè)置不同的充電電壓、電感、電容參數(shù),可以實現(xiàn)多種不同的脈沖波形以滿足不同工況下的使用要求。脈沖電源的工作方式有兩種:同步放電和時序放電。在開關(guān)器件方面,主放電開關(guān)采用觸發(fā)真空開關(guān)(TVS),續(xù)流電路開關(guān)采用高壓硅堆。通過控制和調(diào)節(jié)脈沖電源的各項輸出參數(shù),如電壓、電流、脈沖寬度、頻率等,可以調(diào)節(jié)電熱化學(xué)復(fù)合射孔彈9所釋放的能量,改變射孔炮眼大小、孔道長度、穿深等射孔工程參數(shù)。

相關(guān)技術(shù)可參考如下文獻:

周海濱,劉巧玉等,脈沖大電流放電引爆含能材料16產(chǎn)生沖擊波的儲層改造,強激光與粒子束,2016(28),4。

碩士畢業(yè)論文,李貞曉,電熱化學(xué)炮用電容型高功率脈沖電源被動保護方法的初步研究,2007。

射孔作業(yè)時,脈沖發(fā)生系統(tǒng)向電纜2傳輸控制信號,使電纜2向指定射孔彈9釋放高壓、大電流,電爆炸絲15發(fā)生電爆炸,成為高溫、高壓、稠密的等離子體及沖擊波,激發(fā)、引爆含能材料16。由于聚能射流效應(yīng),射孔彈9產(chǎn)生比傳統(tǒng)炸藥聚能射孔彈9強得多的高能射流,形成儲層孔道,完成射孔施工。

參照圖5所示,在本實施方式中,所述酸液注入裝置11包括:閥體8,所述閥體8設(shè)置有第一通孔22;中心筒20,所述中心筒20位于所述閥體8內(nèi),所述中心筒20具有用于容納酸液的腔室,所述中心筒20設(shè)置有第二通孔23;熱控制裝置,所述熱控制裝置能在高于預(yù)設(shè)溫度下驅(qū)使所述中心筒20相對所述閥體8運動,以使所述第一通孔22和所述第二通孔23連通。

優(yōu)選地,為了便于安裝以及更利于射孔彈9的產(chǎn)生熱量作用于中心筒20,射孔彈9可以設(shè)置在所述閥體8上。例如,在本實施方式中,兩個所述射孔彈9可以位于所述中心筒20的兩側(cè)。當(dāng)然在其他可選的實施方式中,射孔彈9也可以通過彈架與酸液注入裝置11連接。

在爆炸之前所述第一通孔22和所述第二通孔23錯開。當(dāng)所述射孔彈9爆炸后,熱控制裝置可以在高于預(yù)設(shè)溫度下驅(qū)使所述中心筒20相對所述閥體8運動,以使所述第一通孔22和所述第二通孔23連通。當(dāng)所述射孔彈9爆炸一段時間后,熱控制裝置向所述閥體8提供的力降低,復(fù)位機構(gòu)18可以迫使中心筒20復(fù)位,從而使所述第一通孔22和所述第二通孔23錯開。

具體的,所述熱控制裝置可以包括由SMA材料制成的SMA驅(qū)動器21。形狀記憶合金(SMA)是最近幾十年發(fā)展起來的一種新型功能性材料。這種材料具有一般金屬不具備的形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶效應(yīng)是指材料在較高溫度時保持一定的形狀,在低溫時受到外力作用而發(fā)生變形(如拉伸變長),外力去除后變形不能完全恢復(fù),此時對材料進行加熱,當(dāng)材料溫度超過其馬氏體-奧氏體相變轉(zhuǎn)化溫度后,材料可以回復(fù)到材料高溫時的狀態(tài)。SMA材料及其應(yīng)用可參照文獻:秦曉宇,張小勇等,自鎖式形狀記憶合金饋源鎖緊機構(gòu),宇航學(xué)報,2016(37),3。

所述閥體8上固設(shè)有位于所述中心筒20兩端的第一端板17(圖5中的左側(cè))和第二端板(圖5中的右側(cè)),所述SMA驅(qū)動器21設(shè)置在所述中心筒20的一端與所述第二端板之間,所述SMA驅(qū)動器21能驅(qū)使所述中心筒20相對所述閥體8沿第一方向(圖5中從右至左)移動。所述酸液注入裝置11包括:復(fù)位機構(gòu)18,所述復(fù)位機構(gòu)18包括設(shè)置在所述中心筒20的另一端與所述第二端板之間的彈性元件,并能驅(qū)使所述中心筒20相對所述閥體8沿第二方向(圖5中從左至右)移動,其中,所述第一方向與所述第二方向相反。

在出廠時,SMA驅(qū)動器21在常溫下強度、模量較低,在復(fù)位機構(gòu)18的作用下,第一通孔22和第二通孔23錯開。當(dāng)外界溫度上升(如在射孔后高溫環(huán)境下)并達到相變溫度(TG)時,SMA驅(qū)動器21發(fā)生馬氏體相變,產(chǎn)生較大的推力,克服復(fù)位機構(gòu)18而推動中心筒20,當(dāng)?shù)谝煌?2和第二通孔23重合時,該酸液注入裝置11轉(zhuǎn)為打開狀態(tài),內(nèi)部的酸液被擠出。當(dāng)環(huán)境溫度逐漸下降(低于TG)時,SMA驅(qū)動器21恢復(fù),推力下降,在復(fù)位機構(gòu)18作用下中心筒20復(fù)位,該酸液注入裝置11轉(zhuǎn)為關(guān)閉狀態(tài)。

SMA驅(qū)動器21利用SMA材料在相變前后模量等參數(shù)的急劇變化,將材料的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動器的宏觀機械能,從而驅(qū)動平動注入閥動作,具有能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、機械運動部件少、對外界熱源敏感、響應(yīng)速度高等優(yōu)點。在本實施方式中,該SMA驅(qū)動器21采用NiTi基合金,其轉(zhuǎn)變溫度(TG)為150℃。

優(yōu)選地,所述復(fù)位機構(gòu)18包括導(dǎo)向桿19,所述導(dǎo)向桿19的一端固設(shè)在所述中心筒20上,所述導(dǎo)向桿19的另一端穿設(shè)于所述第二端板并能相對所述第二端板移動,所述彈性元件(例如彈簧等)纏繞在所述導(dǎo)向桿19上。導(dǎo)向桿19可以起到導(dǎo)向和防止失穩(wěn)的作用。

SMA驅(qū)動器21還可以起到傳感器的作用。SMA材料在相變前后內(nèi)部參數(shù),如內(nèi)電阻等,會發(fā)生變化,通過測量該電阻值的變化,可監(jiān)測、判斷SMA形狀恢復(fù)情況和SMA驅(qū)動器21的工作狀態(tài)。

由于SMA材料本身特性,在形變前后內(nèi)電阻(ΔR)的變化比較微小,因此采用電橋的方法,橋式電路可將電阻參數(shù)的微弱變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出,輸入量ΔZ相同的情況下,差動全橋是差動半橋的兩倍,近似為單臂電橋的四倍。差動全橋的靈敏度是差動半橋的兩倍,近似為單臂電橋的四倍。與單臂電橋相比,差動電橋靈敏度更高、非線性誤差更小,對同符號干擾有補償作用。在本專利中,將SMA驅(qū)動器21與差動電橋相配合,做成差動傳感器,使系統(tǒng)具有更好的特性。因此采用差動全橋的方法測量SMA驅(qū)動器21的ΔR(如附圖6所示)。

由于電阻變化,若采用恒壓供電,電流會隨電阻變化而變化,得出的電壓和溫度不是線性關(guān)系。在本專利中采用恒流供電,恒流源供電的差動全橋理論上無溫度誤差。最終采用“恒流源+差動電橋”的方案,輸出的是電壓信號。將SMA驅(qū)動器21作為待測電阻接入橋式電路,每次測量SMA驅(qū)動器21中的一個SMA彈簧。通過分時測量方法在短時間內(nèi)快速對所有SMA彈簧進行電阻值采樣。

地面要判斷井下設(shè)備的工作狀態(tài)(on/off),就需要實時獲取井下SMA驅(qū)動器21電阻值,本專利利用脈沖電源的下井電纜2作為通信信道,該方案避免了下入單獨的通信信道,如弱電電纜2和光纖,降低了成本。為避免脈沖電源供電時的較強背景噪聲,系統(tǒng)采用分時復(fù)用的工作方式,即在脈沖電源供電和電熱化學(xué)復(fù)合射孔器工作時,電纜通信系統(tǒng)處于等待狀態(tài);在脈沖電源停止供電和電熱化學(xué)復(fù)合射孔作業(yè)完成后,電纜通信系統(tǒng)初始化并開始調(diào)制解調(diào)工作。

電纜通信系統(tǒng)基于現(xiàn)有的電力線載波通信技術(shù)(PLC),在電力行業(yè)中已有很多應(yīng)用于地面供電電網(wǎng)的成功案例,該技術(shù)具有成本低、可靠性高、線路安全性較好等優(yōu)點,也有易受電力線上各種負荷影響、高背景噪聲、阻抗匹配難等缺點。通過對油氣井射孔器電纜2特性和射孔作業(yè)管柱、井下配套工具的分析,發(fā)現(xiàn)與地面供電電網(wǎng)相比,井下電纜2的負荷、噪聲環(huán)境要簡單很多,很適合采用PLC技術(shù)進行強電流/弱電信號在同一電纜2上的共線傳輸。

電纜通信系統(tǒng)由井下子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)組成。電纜2通信井下子系統(tǒng)的組成如圖7所示,系統(tǒng)主要模塊包括數(shù)字信號處理模塊(DSP)、調(diào)制解調(diào)器(Modem)、恒流源差動橋式模塊、控制器、系統(tǒng)電源和存儲模塊等。系統(tǒng)電源為可充電式,利用地面脈沖電源向井下提供的能量為系統(tǒng)電源補充電力。地面子系統(tǒng)的組成如圖8所示。該系統(tǒng)的原理基于電力線載波通信技術(shù)(PLC),載波頻率范圍設(shè)置為9-300kHz。

電纜通信系統(tǒng)的工作原理如圖9所示。在發(fā)送端,系統(tǒng)先對SMA驅(qū)動器21進行電阻值采集,經(jīng)過信號放大、數(shù)字化等處理,將處理后的數(shù)字信號調(diào)制到一個高頻載波上,再經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到射孔器電纜2上。在接收端,系統(tǒng)對信號進行放大、濾波、解調(diào)等處理,最后還原出原始的SMA電阻變化數(shù)據(jù)。通過壓力和溫度傳感器對射孔和酸化作業(yè)過程中的壓力、溫度變化進行實時監(jiān)測,可用于評估射孔對套管力學(xué)結(jié)構(gòu)的影響、酸液注入儲層的過程、儲層流體流進井筒內(nèi)的過程、電子儀器是否工作在正常狀態(tài)、SMA驅(qū)動器21是否存在過熱等重要信息。這些溫度和壓力數(shù)據(jù)都可通過PLC的方式由地面子系統(tǒng)采集和記錄。同時,地面子系統(tǒng)可對井下子系統(tǒng)進行控制和參數(shù)調(diào)節(jié),如采樣頻率、載波頻率、放大及濾波參數(shù)、傳感器及模塊是否待機休眠等,即實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制指令的雙向傳輸。

該井下作業(yè)工具適用于采用電纜2下入和油管下入兩種射孔工藝。按照圖1進行射孔器管串的組裝,布置好電纜2,避免電纜2經(jīng)過酸液噴射端口上方。對電熱化學(xué)復(fù)合射孔彈9進行相關(guān)檢驗。連接SMA驅(qū)動器21及復(fù)位機構(gòu)18,按照設(shè)計要求調(diào)整閥端口的初始位置,現(xiàn)場進行注酸作業(yè),維持其壓力至要求值,將酸液注入裝置11與射孔彈9組裝、連接。安裝相關(guān)電子儀器模塊,包括電纜通信系統(tǒng)、恒流源差動橋式電路模塊、各類井下傳感器、充電電源等,并在地面開展各模塊單獨調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào),包括電纜2信道傳輸特性測試(頻響、信噪比、衰減等)、傳感器性能標(biāo)定及初始化、差動電橋校驗、SMA驅(qū)動器21參數(shù)校驗等,直至達到設(shè)計要求。

地面組裝和調(diào)試完成后,通過電纜2下入井中,直至指定深度。在作業(yè)前,對地面脈沖電源及配套設(shè)備的電氣參數(shù)進行檢驗,再次對電纜2通信信道的傳輸特性進行檢驗,以獲得合適的通信參數(shù),然后開啟井下傳感器,開始采集、記錄初始井下參數(shù),同時進行數(shù)據(jù)傳輸。射孔作業(yè)時,地面脈沖電源按照預(yù)定程序開始供電,按照控制指令,依次激發(fā)不同的電熱化學(xué)復(fù)合射孔彈9,不同的射孔彈9獲得的電氣參數(shù)不同,以實現(xiàn)不同的射孔孔道形態(tài)和參數(shù)。當(dāng)閥體8內(nèi)溫度上升到SMA相變溫度時,SMA驅(qū)動器21開始工作,克服復(fù)位機構(gòu)18的作用力,推動中心筒20,逐漸打開酸液注入裝置11。當(dāng)中心筒20的端口和閥體8的端口相重合時,酸液在內(nèi)部高壓作用下被擠出閥體8,沿剛形成的炮眼進入射孔孔道。完成酸液注入后,框架7和閥體8內(nèi)部溫度逐漸下降,當(dāng)環(huán)境溫度低于SMA相變溫度時,SMA驅(qū)動器21在復(fù)位機構(gòu)18作用下逐漸恢復(fù)至初始形態(tài),酸液注入裝置11被關(guān)閉。通過采集SMA驅(qū)動器21的電阻數(shù)據(jù),以及整個作業(yè)過程中溫度、壓力的動態(tài)變化,地面操作人員可以判斷平動注入閥和其它電子設(shè)備的工作狀態(tài)。

作業(yè)完成后,地面向井下工具組合發(fā)送相關(guān)指令,確認工具復(fù)位和儀器轉(zhuǎn)入待機狀態(tài)后,按照操作規(guī)范起出全部射孔工具組合。

該技術(shù)與現(xiàn)有“射孔-酸化”聯(lián)作工藝不同,現(xiàn)有工藝必須采用油管輸送射孔器工藝(TCP),射孔作業(yè)結(jié)束后,通過地面經(jīng)油管向儲層注入酸液。TCP工藝必須用油管作為輸送工具和流動通道,工具管串和施工工藝復(fù)雜,成本高,存在作業(yè)風(fēng)險。本專利采用的酸液注入技術(shù)既可用于油管輸送工藝,也可用于電纜2輸送工藝,應(yīng)用范圍更廣。

例如,本發(fā)明可以應(yīng)用在:(1)油氣井新井的射孔和補孔,以及體積改造;(2)老井重復(fù)壓裂、縫網(wǎng)壓裂,以及不適宜水力壓裂的剩余油藏的增產(chǎn)和改造;(3)復(fù)雜斷塊、薄差層、邊底水油氣藏的開發(fā)和完井;(4)特殊井型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井完井;(5)中高含水老井全封配套。本發(fā)明除了新井完井外,還可以用于老井二次完井、補孔、改造等作業(yè)。

由此,本發(fā)明中的井下作業(yè)工具可以具有超高能量、對儲層穿深和孔徑更長更大、射孔參數(shù)調(diào)節(jié)方便、與現(xiàn)有射孔工藝適應(yīng)性好、實現(xiàn)不同層段射孔工藝參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化、可有效恢復(fù)近井筒地帶導(dǎo)流能力、聯(lián)作作業(yè)工藝效率高等特點。

該技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)的缺點,實現(xiàn)了在不改變現(xiàn)有完井工藝和作業(yè)效率不下降的前提下對射孔技術(shù)參數(shù)和施工效果的升級,為現(xiàn)場提供一種增強型射孔完井和近井筒儲層改造系統(tǒng)。在施工時,根據(jù)事先獲得的儲層數(shù)據(jù)(地應(yīng)力場分布、孔隙度、滲透率等物性參數(shù))制定射孔工藝方案,包括射孔面方位、射角、相位、孔徑、穿深、改造后滲透率等目標(biāo)參數(shù),然后在地面調(diào)節(jié)脈沖電源的相關(guān)參數(shù),確定所需酸液用量。現(xiàn)場施工時,按照相應(yīng)參數(shù)開展放電和酸化作業(yè)即可。

目前,油氣田開發(fā)對象中低滲透、非常規(guī)資源比例越來越高,儲層改造技術(shù)是經(jīng)濟有效動用這類資源的重要手段。結(jié)合了基質(zhì)酸化工藝的增強型射孔完井技術(shù)具有很好的市場前景。

該申請具有顯著優(yōu)點:(1)高能量:化學(xué)能、電能、沖擊波等多種能量共同疊加,與傳統(tǒng)炸藥聚能射孔彈9相比,作用時間更短,可形成更長的射流和孔道,提高孔道的儲層接觸面積;(2)射孔參數(shù)可控:與傳統(tǒng)射孔的導(dǎo)爆索等起爆技術(shù)不同,該技術(shù)利用高功率脈沖電源放電,激發(fā)爆炸絲發(fā)生復(fù)雜的電熱化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生射流,通過調(diào)節(jié)電流強度、頻率等參數(shù),就可實現(xiàn)射孔孔徑、孔道長度等射孔參數(shù)的改變,井下射孔彈9組合中對不同的射孔彈9提供不同的激發(fā)參數(shù),可在同一口井中不同井深、不同物性的層段實現(xiàn)不同的射孔工藝參數(shù),應(yīng)用非常靈活,同時該技術(shù)可直接采用現(xiàn)有的電力和數(shù)字控制技術(shù),便于開發(fā)和系統(tǒng)升級;(3)與現(xiàn)有作業(yè)工藝兼容:依然采用聚能射孔原理,部分射孔器零部件與現(xiàn)有器材通用,有利于降低成本;(4)平動注入閥結(jié)構(gòu)和機理簡潔高效:酸液注入裝置11采用了形狀記憶合金SMA驅(qū)動器21,配有多只SMA彈簧單元和復(fù)位彈簧單元,單元數(shù)量可根據(jù)平動注入閥所需開關(guān)載荷的大小進行調(diào)整,相比于傳統(tǒng)液壓、電動驅(qū)動器,該SMA驅(qū)動器21具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)迅速、相變溫度和輸出力大小可調(diào)、可實現(xiàn)開關(guān)雙向動作、具有自傳感特性等顯著優(yōu)點;(5)井下作業(yè)過程可實時監(jiān)測:通過電纜2通信技術(shù)(PLC),利用射孔器所用的電纜2來傳輸井下SMA內(nèi)電阻變化、溫度和壓力等傳感器采集的數(shù)據(jù),為現(xiàn)場施工提供即時的決策支持,避免了一些可能出現(xiàn)的井下風(fēng)險和事故,提高了現(xiàn)場作業(yè)效率;(6)解除近井地帶的污染:通過射孔后的基質(zhì)酸化工藝,可有效提高巖石滲透率,恢復(fù)近井筒儲層的導(dǎo)流能力,降低儲層的破裂壓力和孔眼磨阻,為后續(xù)壓裂液的注入和支撐劑鋪置做好準(zhǔn)備;(7)作業(yè)效率高:系統(tǒng)采用聯(lián)作工藝,減少了起下管柱的次數(shù),符合當(dāng)今油氣井一體化井下施工的發(fā)展趨勢。

本文引用的任何數(shù)字值都包括從下限值到上限值之間以一個單位遞增的下值和上值的所有值,在任何下值和任何更高值之間存在至少兩個單位的間隔即可。舉例來說,如果闡述了一個部件的數(shù)量或過程變量(例如溫度、壓力、時間等)的值是從1到90,優(yōu)選從20到80,更優(yōu)選從30到70,則目的是為了說明該說明書中也明確地列舉了諸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。對于小于1的值,適當(dāng)?shù)卣J為一個單位是0.0001、0.001、0.01、0.1。這些僅僅是想要明確表達的示例,可以認為在最低值和最高值之間列舉的數(shù)值的所有可能組合都是以類似方式在該說明書明確地闡述了的。

除非另有說明,所有范圍都包括端點以及端點之間的所有數(shù)字。與范圍一起使用的“大約”或“近似”適合于該范圍的兩個端點。因而,“大約20到30”旨在覆蓋“大約20到大約30”,至少包括指明的端點。

披露的所有文章和參考資料,包括專利申請和出版物,出于各種目的通過援引結(jié)合于此。描述組合的術(shù)語“基本由…構(gòu)成”應(yīng)該包括所確定的元件、成分、部件或步驟以及實質(zhì)上沒有影響該組合的基本新穎特征的其他元件、成分、部件或步驟。使用術(shù)語“包含”或“包括”來描述這里的元件、成分、部件或步驟的組合也想到了基本由這些元件、成分、部件或步驟構(gòu)成的實施方式。這里通過使用術(shù)語“可以”,旨在說明“可以”包括的所描述的任何屬性都是可選的。

多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地,單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開“一”或“一個”并不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。

應(yīng)該理解,以上描述是為了進行圖示說明而不是為了進行限制。通過閱讀上述描述,在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的。因此,本教導(dǎo)的范圍不應(yīng)該參照上述描述來確定,而是應(yīng)該參照所附權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求所擁有的等價物的全部范圍來確定。出于全面之目的,所有文章和參考包括專利申請和公告的公開都通過參考結(jié)合在本文中。在前述權(quán)利要求中省略這里公開的主題的任何方面并不是為了放棄該主體內(nèi)容,也不應(yīng)該認為發(fā)明人沒有將該主題考慮為所公開的發(fā)明主題的一部分。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點,其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施,并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

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