(1)可控沖擊波定義
沖擊波是指波峰出現(xiàn)在波陣面,波頭可以忽略,在波陣面發(fā)生物態(tài)參數(shù)的間斷的激波。所謂重復(fù)可控沖擊波是指:幅值、沖量可控,作用區(qū)域可控,重復(fù)作用次數(shù)可控的沖擊波,其中幅值、沖量可控是指沖擊波的幅值和作用時間可控在儲層抗壓強(qiáng)度之上、井筒鋼材的強(qiáng)度之下;作用區(qū)域可控是指能夠在指定的區(qū)域?qū)邮┘釉O(shè)定次數(shù)的沖擊波。
(2)技術(shù)原理
沖擊波進(jìn)入儲層后,儲層巖石既是沖擊波的作用對象,也是傳播沖擊波的介質(zhì)。在距源不同距離上,沖擊波的波形和幅值以及與巖石的相互作用模式不同。分別以破裂、撕裂、剪切解堵和增加潤濕性的機(jī)理起到增產(chǎn)增注的作用。
①沖擊波破裂儲層巖石增滲
在近井地帶,沖擊波的峰值壓力高于巖石的抗壓強(qiáng)度區(qū)域,可直接破裂儲層增滲;沖擊波破裂儲層巖石做功,因消耗能量而衰減。
沖擊波幅值衰減到巖石的抗壓強(qiáng)度后,在仍高于抗張、抗剪強(qiáng)度區(qū)域,可在巖層中力學(xué)強(qiáng)度較低、密度不均勻的區(qū)域以張性撕裂的模式撕裂巖石、延伸已有的天然裂縫,并以多次重復(fù)作用不斷延伸致裂效果,以移動作業(yè)點的方式致裂不同區(qū)域的巖層,達(dá)到致裂巖層的目的。
③沖擊波解堵儲層增滲
沖擊波因持續(xù)對巖石做功而繼續(xù)衰減,當(dāng)幅值低于儲層的抗張、抗剪強(qiáng)度后,衰減為高強(qiáng)彈性聲波。彈性聲波在儲層不同介質(zhì)中的速度、加速度因聲阻抗差異,產(chǎn)生剪切力,可剝離儲層表面的附著堵塞物,改善毛管力、偶電層的吸附滯留效應(yīng)、減小表面張力、促進(jìn)滲流、實現(xiàn)解堵的目的。
(3)技術(shù)特點
①以較小的能量和很快的能量釋放速度,以脈沖形式提高功率,產(chǎn)生前沿陡峭、持續(xù)時間較短的沖擊波,以類似于爆炸壓裂的模式作用于儲層;
②當(dāng)沖擊波壓力上升速度足夠快時,可掙脫地應(yīng)力的束縛,在井筒周圍形成多方位的裂縫或裂隙;
③在同一位置可進(jìn)行多次連續(xù)作用,移動設(shè)備可實現(xiàn)對整個儲層的作用,在不損傷套管的前提下,通過多次小能量作用實現(xiàn)單次大能量的效果;
④以純物理法作用儲層,不向儲層注入任何外來液體;
⑤可對儲層進(jìn)行精細(xì)化選擇性作業(yè);
⑥通過控制單次作用的能量,不損傷套管和隔層水泥環(huán)。
(4)選井條件
①井深小于3000m,井底溫度低于90℃;
②地層膠結(jié)好,固井質(zhì)量良好,套管未變形;
③井斜小于40度;
④儲層滲透率大于0.1mD,孔隙度小于30%;
⑤采油井地層能量充足,曾經(jīng)有高產(chǎn)史,目前產(chǎn)液量下降的井;
⑥注水井前期能注夠,后期注不夠的井;
⑦目的層距水層較近,無法實施壓裂酸化等措施的井;
⑧縱向上注水矛盾突出,需進(jìn)行選擇性作業(yè),改善注水剖面的井;
(5)技術(shù)應(yīng)用
目前該技術(shù)在國內(nèi)的長慶、延長、陜煤、寧煤等多個油田、煤層氣井上進(jìn)行應(yīng)用,在油氣井增產(chǎn)、注水井增注、煤礦井下鉆井增透等領(lǐng)域取得了較好的效果,獲得了使用單位的認(rèn)可。
2、閃光設(shè)備
沖擊波產(chǎn)生設(shè)備分為三大部分:脈沖功率驅(qū)動源、能量轉(zhuǎn)換器和配套儀器設(shè)備。其中由電源控制柜、高壓直流電源、儲能電容器和能量控制器構(gòu)成的脈沖功率驅(qū)動源,產(chǎn)生高電壓脈沖加載到能量轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生沖擊波。
電源控制柜將工頻電源先整流,再逆變成中頻輸出,通過傳輸電纜將此中頻電流提供給高壓直流電源供電,高壓直流電源升壓整流后為儲能電容器充電。當(dāng)充電到能量控制器的控制閾值時,能量控制器接通儲能電容器與能量轉(zhuǎn)換器,將電能傳送給能量轉(zhuǎn)換器,能量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電能為沖擊波能量作用于儲層。在能量控制器中,放電電流迅速加熱、汽化、電離金屬絲在水中電爆炸產(chǎn)生沖擊波。
(1)設(shè)備參數(shù)
放電電壓
30kV
放電電流
50kA
裝置儲能
4.5-61kJ可調(diào)
設(shè)備外徑
90mm/102mm
設(shè)備長度
5.8m
設(shè)備重量
100kg
工作承受壓差
30MPa
工作溫度
<90℃
沖擊波峰值壓力
>100MPa
供電電壓
220V/50Hz