高聚能電爆震技術

高聚能電爆震1.隨著國家經濟的不斷發(fā)展，國內石油需求持續(xù)增加。.2004年我國原油進口首次超過億噸大關，達到1.2億噸，比上年增長34.8％。.2005年進口石油已占到國內總需求的42%。06年達到46％.預計到2010年和2020年將分別增至50%和60%。.到2010年和2020年中國石油需求將分別達到3.5億噸和4.5億噸。引子WXEB2.我國石油勘探尚處在中等成熟階段，石油產量仍處于高基值穩(wěn)定增長時期，但勘探難度越來越大。.我國主力油田總體已進入遞減階段，穩(wěn)產難度不斷增大，但開發(fā)有潛力可挖。.我國原油產量已接近高峰平臺，預計2010到2020年，將達到1.8億噸左右的產量高峰，2020年以后還有可能在這一水平再穩(wěn)產一段時間。.國家十一五規(guī)劃將建立資源節(jié)約型的社會。引子WXEB3.目前各油田都把石油的二、三次開采作為增產的主要手段。.各油田都在加大投入研究三次開采的技術和方法。.各種石油增產、提高采收率的方法和技術應運而生。.油井的采油能力在很大程度上取決于產層近井地帶的狀況。.而近井地帶從成井開始就常常受到損害引子WXEB4.為恢復、改善和保持近井地帶的物性需要各種技術措施。.化學方法和物理方法。.電爆震技術是采用電脈沖產生水錘效應作用于油層的一種純物理方法。引子WXEB5.地面電源控制柜.高壓直流電源.高聚能電容器.能量控制開關.能量轉換開關電爆震的組成和工作原理WXEB整套設備分為地面部分和井下部分。高壓直流電源、高聚能電容器、能量控制開關和能量轉換開關組裝成井下部分。電纜車送井下部分到油層位置并連接地面電源控制柜6.地面電源控制柜將井場220V工頻電源經整流再逆變成

600V、1000HZ中頻電源。.由射孔電纜車將中頻電源送給井下中頻升壓變壓器.高壓硅堆將中頻變壓器的輸出再整流成30kV直流高壓。.直流高壓經厄流圈給高聚能電容器充電。.待高聚能電容器充電到能量控制開關的工作閾值時，能量控制開關導通，傳遞電容器中的儲能給能量轉換開關。.能量轉換開關將電容器中電能轉換成液體中的機械能（沖擊波能量）電爆震的組成和工作原理WXEB7.高聚能電爆震的技術基礎是脈沖功率技術.脈沖功率技術是在瞬間獲得高功率的一門專項技術.脈沖功率技術是當代高新技術的基礎學科之一.脈沖功率技術主要應用于國防高科技領域.通過不同的物理原理可以將高功率電脈沖轉換為電子束能、激光能量、微波能量、熱能、等離子體能量.電爆震將高功率電能轉換為機械能作用于油層WXEB電爆震的技術基礎8.在高壓強電場作用下，液體中的電極會發(fā)射電子，電離電極附近的液體分子。.電極發(fā)射的電子和液體中被電離出的電子被電極間強電場加速電離出更多的電子。.在液體分子被電離的區(qū)域形成等離子體通道。.隨著電離區(qū)域的擴展，在電極間形成放電通道，液體被擊穿。電爆震的技術原理－液電效應WXEB9.放電通道產生后，由于放電電阻很小，將產生幾十千安的放電電流。.放電電流加熱通道周圍液體，使液體汽化并迅速向外膨脹。.迅速膨脹的氣腔在水介質中產生強大的沖擊波。.沖擊波隨放電電流和放電時間的不同，以沖量或者沖擊壓力的方式作用于周圍介質。電爆震的技術原理－液電效應WXEB10WXEB電爆震的作用機理沖擊波產生的壓力沖擊波是一個包含許多頻率的寬帶脈沖波，其能量密度很高，高頻部分形成陡峭的波陣面陡峭的波陣面與近井地帶的油層相互作用后，衰減為“二次脈沖”低頻聲波，向介質發(fā)射新的應力波脈沖放電功率可達MW量級，產生的沖擊波速度達1000～4000m/s11WXEB電爆震的作用機理沖擊波在油層巖石和流體上產生的加速度高達約3000倍的重力加速度。在放電通道周圍，放電電流激起上萬高斯的瞬變磁場，變化的磁場在油層導電流體中建立電場和電流，強電磁場對油層介質產生強生強烈的極化作用。12對油層巖石的的造縫作用對于油層巖石，由于長期的地質力學作用和成井時的射孔、壓裂作用，存在著斷層、裂縫、層理和微裂隙，是非連續(xù)介質。在沖擊聲波的作用下，巖石及液體這些非連續(xù)介質各自的質點以大于重力加速度3000多倍的加速度作激烈的振動。在高加速沖擊條件下，材料的斷裂強度和疲勞強度都遠小于靜態(tài)，當沖擊力超過巖石的疲勞強度時，就會造成新的微裂縫或宏觀裂縫。WXEB電爆震的作用機理13對油層巖石的的造縫作用在巖石中產生的裂縫隨沖擊波的速度高速向前擴展，直到沖擊力的強度與巖石的疲勞強度平衡為止。WXEB電爆震的作用機理14對油層孔隙介質的剪切作用油層是由巖石顆粒、充填粘土礦物和飽和油氣水等復雜的介質組成，它們的密度、波阻抗等物理性質大不相同。沖擊力在不同密度介質上產生的速度、加速度有很大的差異，從而在這些介質中的固固、固液和油水氣等波阻抗相差較大的界面產生較強的剪切力，而且波阻抗差異越大，剪切應力就越大。WXEB電爆震的作用機理15

在此剪切力作用下會產生如下效果：.巖石顆粒表面的粘土膠結物被振動脫落。.孔喉充填橋狀粘土微粒會松動或遷移，從而解除孔喉道堵塞，擴大孔喉半徑和孔隙的連通性。.改變固液界面動態(tài)，克服巖層顆粒對原油的吸附親和力，使油膜從顆粒表面脫落。.改變孔隙中油、水、氣界面的動態(tài)，克服毛細管的束縛滯留效應，使油珠、油柱狀分散的剩余原油重新分布、聚集和利于排出。WXEB電爆震的作用機理16

在此剪切力作用下會產生如下效果：.反復轉換的壓力波與應力波能夠改造油層原有裂縫，可能產生新的裂縫。.沖擊波在油層介質不同位置上壓差的方向和大小交替變化，使液體由滯留區(qū)向排液活動區(qū)流動。.降低油水界面的張力。WXEB電爆震的作用機理17WXEB電爆震的作用機理提高地層滲透率作用（電磁場和聲場的共同作用）

流體飽和多孔介質中液、固相分界面存在著偶電層，只有在壓力超過地層表面靜電場所造成的阻力時，液體的運動才能發(fā)生。外加電場或彈性波場，可以改變地層表面電場的分布,減少阻力。多孔介質的孔隙形狀和大小各異，流體流動有死區(qū)，外加彈性波?？梢詼p小死區(qū)和附面層厚度，使?jié)B流速度提高，滲流量增加。18WXEB電爆震的作用機理電磁脈沖的控水增油作用

瞬間變化的放電電流所產生的強電磁脈沖使油、水的分子強烈極化甚至電離，使原油分子的平均動能增加，從而達到稀釋作用，有利于原油的流動。由于水分子是極性分子，在強電磁場作用下，水分子會根據電位梯度和壓力梯度所產生的電流隨流體運動方向運動，從而起到控水作用。19WXEB電爆震的作用機理清除地層污染作用

彈性沖擊波在飽和多孔介質中傳播時會使多孔介質時而被壓縮，時而被擴張，造成孔道直徑大小變化，引起毛管力的變化，可使固態(tài)顆粒逐步通過孔道排出?？栈饔每梢云扑槁晥鲋械墓虘B(tài)物質、多孔巖石表面的泥餅、振動松動后的堵賽物和其它固結物。這些物質粉碎后被抽吸、推擠到井筒，達到疏通油流（水流）通道，改善油（水）層近井地帶的滲透性。20WXEB電爆震的作用結果造縫機理實驗[1]實驗材料選擇人造巖芯和天然巖芯：將0.3875mm和1.1625mm的石英砂用環(huán)氧樹脂和無水乙醇以及乙二胺膠結，加力200kN，60℃下烘干制成圓柱形巖心天然巖芯采用石英砂巖電容器儲能169J每分鐘作用6次，共作用20次21WXEB電爆震的作用機理造縫機理實驗結果流體巖芯編號K1（μm2）K2（μm2）滲透率增加率(%)水118.5×10-225.6×10-238.4223.5×10-250.1×10-2111.0331.5×10-248.3×10-253.3442.1×10-253.6×10-227.320#機油11.25×10-41.95×10-456.022.36×10-45.01×10-4112.332.41×10-43.29×10-436.548.24×10-49.76×10-418.422WXEB電爆震的作用機理造縫機理實驗結果部分巖芯在約30次的作用后產生明顯裂紋或炸裂用3.0MPa壓力將密度為1.25×103kg/m3的泥漿經15h壓入人造巖芯后20#機油通過該巖芯是的滲透率降低了49%，再經電脈沖作用后滲透率恢復66.7%。23WXEB電爆震的作用機理提高滲透率實驗結果常壓下對兩塊被污染的巖石處理的結果如表巖芯編號作業(yè)前滲透率k110-3μm2作用后滲透率k210-3μm2提高率（k1－k2）/k113.5112.98269229.7266.0612224WXEB電爆震的作用機理提高滲透率實驗結果巖芯編號作業(yè)前滲透率k110-3μm2作用后滲透率k210-3μm2提高率（k1－k2）/k15035．476．21158173．7141．0912153．986．7605251.2112．0118電脈沖作用下巖心滲透率的變化情況25WXEB電爆震的作用機理提高滲透率實驗結果不同壓力下對被污染巖石處理的結果如表巖芯編號環(huán)境壓力作業(yè)前滲透率k110-3μm2作用后滲透率k210-3μm2提高率（k1－k2）/k1H60MPa9.0620.29124H12MPa4.747.2753.4H23MPa16.3740.20145.6H34MPa8.9718.99111.7H45MPa18.5132.3174.6H56MPa9.4921.34124.926WXEB電爆震的作用機理巖芯除氣實驗結果氣泡對滲透率影響很大，聲波能夠消除氣阻，對被污染的巖芯的作用更強，試驗結果見下表巖芯編號作業(yè)前滲透率k110-3μm2作用后滲透率k210-3μm2提高率（k1-k2）/k1未污染32.838.32194未污染47.0621.33202污染4A0.153.141993污染4B0.252.83103227WXEB電爆震的作用機理

定義單位時間通過與聲傳播方向垂直的單位面積的聲能為聲場強度。試驗證明，在多孔介質中發(fā)生熱與質傳遞的聲場強度大于1kW/cm2柱面聲波沿儲層的傳播規(guī)律作用半徑分析28WXEB電爆震的作用機理在相距260m的井中測得的電脈沖聲壓頻譜[2]作用半徑分析29WXEB電爆震的作用機理不同頻率聲波在不同傳播距離上的聲強[2]

頻率距離10Hz50Hz100Hz200Hz100m47041167865065622200m2508531891824．76300035作用半徑分析在井筒附近100MPa壓力下的計算結果，對200Hz以下的脈沖，造200m的距離上還有4.76kW/cm2的功率30WXEB電爆震作業(yè)范圍

電爆震技術適用于油水井除垢、降粘、解堵、增滲、增產、增注、改善油藏開采效果、提高原油采收率。適用油井31WXEB電爆震作業(yè)范圍

在處理變形具有脆性破壞特性的致密巖石效果較好，如灰質白云巖、粉砂巖；變形具有不可逆特性的巖石——砂巖的效果稍差；對于縱向具有非均質性質的地層，井下放電處理效果最好的是低滲透、致密性地層。因此，該技術主要適用于產量遞減比較快、油藏動用程度差、油井供液能力低、裂縫連通性差、注水水竄嚴重、水驅油效率低及原油乳化物堵塞嚴重的區(qū)塊。適用油藏地質條件32WXEB電爆震作業(yè)范圍電爆震技術對地層的處理具有選擇性，可優(yōu)先改造對注水效果不明顯的油層部位，達到增油降水的目的。在放電處理石灰?guī)r或灰質白云巖時，若與酸化工藝配合進行，在酸的作用下，在巖石內形成通道，進而改善地層的滲透性。選井原則33WXEB電爆震作業(yè)范圍（1）地層膠結好，油層受到污染堵塞，孔隙度小于30%，滲透率大于0.001μm2

，含油飽和度大于10%，原油粘度小于10000mPa·s。（2）油井具有一定的地層能量。油井靜壓高于區(qū)塊平均靜壓，靜壓上升而產量不增加，或者與相同條件的鄰井相比產量明顯偏低。（一般初期具有一定產能，但產量下降較快的地層效果較好）。選井原則34WXEB電爆震作業(yè)范圍（3）試井解釋表明油層有污染。如因結垢、結蠟造成堵塞，以及在鉆井或其它作業(yè)中污染造成減產的油水井。（4）對注水井，一般選擇不吸水或吸水能力下降的井。（5）對水、酸有敏感性的油氣層。選井原則35WXEB電爆震作業(yè)范圍（6）油層以礫巖、砂礫巖、砂巖、石灰?guī)r為主。（7）井內液面離油層頂部高度不大于500m，液面低于20米時應在套管內灌水補充液柱高度。（8）油層溫度小于100℃。選井原則36WXEB電爆震施工工序(1)起出井下所有油管、油桿。(2)下通井規(guī)，熱洗，刮蠟等，以保證下井儀器通行無阻（如需要）。(3)探砂面，沖砂至人工井底(如需要)，磁定位測定射孔段。(4)連接電纜車與電爆震解堵儀器。(5)將儀器送至井下欲處理的射孔段最下端。（儀器下放速度控制在50m／min以下，當儀器進入目的層段時，放慢儀器，下放速度約為10m／min。）37WXEB電爆震施工工序(6)放電作業(yè)由最下層開始，每30～50cm為一個處理段，自下而上逐級處理，每段放電20～50次。(7)處理完畢起出井下儀器，上提速度控制在80m／min以下。(8)下洗井管柱徹底洗井，排出振松擊碎的堵塞物，將井筒內雜質清洗干凈。(9)按要求下生產管柱，完井。

對于儲層膠結疏松，出砂嚴重，固井質量差，套管嚴重變形，斜井以及含油飽和度低、距油水邊界近的井不宜采用該技術。38WXEB電爆震施工現場現場對接井下部分

39WXEB電爆震施工現場仔細處理對接端口的水密封問題

40WXEB電爆震施工現場緊固對接端口，保證電連接、裝置的機械強度和水密封41WXEB電爆震施工現場組裝好的井下部分

42WXEB電爆震施工現場作業(yè)需要射孔電纜車配合

43WXEB電爆震施工現場連接射孔車的電纜和井下設備44WXEB電爆震施工現場利用修井車的支架起吊井下設備

45WXEB電爆震施工現場吊裝起來的下井設備

46WXEB電爆震施工現場射孔電纜車將井下設備送入

47國際發(fā)展狀況：

美國于上世紀70年代便開展了電脈沖采油技術的研究，但未見有產品報道。前蘇聯于1975年開展電脈沖采油技術工作,并取得較好的應用效果,某些油田還將該技術作為修井過程的常規(guī)手段。俄羅斯和烏克蘭均有產品出售(國內也有引進),其最大儲能<1.5kJWXEB電爆震發(fā)展狀況48國內發(fā)展狀況：主要有井下儲能式和陸地儲能式兩種。井下儲能式能量和功率偏小，陸地儲能式設備復雜、龐大，不方便攜帶。中科院電工所從1986年開始進行電脈沖采油技術的研究工作。地礦部物化探所,清華大學,西安交通大學、河南油田等也相繼開展過類似的研究工作,并取得了較好的試驗效果。WXEB電爆震發(fā)展狀況49國內發(fā)展狀況：.各單位的樣機僅僅有進行過不多于20口油井實驗的報道。.未見到各單位產品的中等規(guī)模作業(yè)（單臺設備150口油井以上的作業(yè)量）的報道。.尚未發(fā)現設備在大量作業(yè)中的問題。.產品在參數選取上尚不夠先進，基本上參照了俄、烏兩國的設備參數，適用作業(yè)油井的范圍小。.河南油田進行了大量的基礎性研究。WXEB電爆震發(fā)展狀況50國內發(fā)展狀況：.進口俄、烏兩國的設備在使用上有不配套的問題。.進口設備的耗材供應和設備維護困難。.進口設備至少在技術服務上跟不上。.使用進口俄、烏兩國的設備也未見大量作業(yè)的報道。.進口設備的指標和參數并不先進。WXEB電爆震發(fā)展狀況51.酸化.微生物.各種物理方法WXEB電爆震與其它采油技術的比較超聲波

水力振動人工地震二次壓裂高能氣體壓裂其它采油技術：52與化學方法的比較：.電爆震屬于物理方法，與化學方法最大的區(qū)別是不會對地層產生任何污染。.電爆震產生的能量是油層中液體向遠井地帶傳送，不需要其它介質。.酸化解堵后的堵塞物是要依靠地層能量排除。.電爆震解堵后的堵塞物依靠自己的作用就能排出。WXEB電爆震與其它采油技術的比較53與微生物采油方法的比較：.微生物在溫度較高、鹽度較大、重金屬離子含量較高的油藏條件下易于遭到破壞。.微生物產生的表面活性劑和生物聚合物有造成沉淀的危險。.原油的某些物性對微生物有毒性.理論上還有爭議，試驗結果還不能做出明確的解釋.國內常用MEOR適用的油層條件還有:滲透率≥30×10-3μm2;

地層水礦化度≤150000mg/L;原油黏度≤4000mPa·s。WXEB電爆震與其它采油技術的比較54與超聲波的比較：.作業(yè)工序基本相同。.占用井場時間短.超聲波的傳輸距離小WXEB電爆震與其它采油技術的比較吸收衰減系數散射衰減系數20kHz超聲波向地層滲入的有效深度不超過3cm.電爆震釋放能量有爆炸的特征，具有陡峭的壓力脈沖前沿，能量密度最高。55與水力振蕩的比較：.同為聲波技術，但電爆震在近井地帶的強度和能量密度高得多。.水力振蕩造不了新縫。.水力振蕩的功率小.水力振蕩的頻率低，傳輸距離遠WXEB電爆震與其它采油技術的比較56.高能氣體壓裂的能量高，能量可控度差。.高能氣體壓裂能量釋放相對較慢，能量密度小。.爆炸物對油層可能對油層構成污染.有可能損壞巖層骨架。WXEB電爆震與其它采油技術的比較與高能氣體壓裂的比較：57與二次壓裂的比較：.電爆震替代不了壓裂，但比同層的二次壓裂有優(yōu)勢。.壓裂是靜壓，基本上沿原裂縫伸展，造新縫的可能小。.電爆震產生的沖擊波是各項同性，可能造成新裂縫WXEB電爆震與其它采油技術的比較58.人工地震設備大、耗能多。.從地面將地震波傳到油層，方向性差，能量利用效率低。.電爆震本身就是一個人工震源，直接放到油層，且與油層平行的震源，能量利用效率高。WXEB電爆震與其它采油技術的比較與人工地震的比較：59指標和參數選取：WXEBWXEB電爆震的特點電容器儲能電能轉換放電周期60與陸地儲能式電爆震的比較：WXEBWXEB電爆震的特點.陸地儲能式電爆震設備龐大，電路復雜，不利于施工。.陸地儲能式電爆震能量轉換效率低。.陸地儲能式電爆震能耗高、耗散的能量對設備本身造成嚴重的傷害。.陸地儲能式電爆震電容量大，放電回路電感大，放電回路的電阻大。放電周期長，功率小。.設備安全性低。61與俄、烏兩國的電爆震比較：WXEBWXEB電爆震的特點.技術規(guī)范與配套設備更結合國內情況。.技術服務更及時、便利。.損耗部件和配件容易獲得。.俄烏產電爆震的放電電壓額定2.5kV，儲能電容量

510μF，在其它條件相同時，功率要小許多倍。62與國內其它電爆震的比較：WXEBWXEB電爆震的特點.設備長期應用中的問題已解決，與油田配套設備的兼容性高。.單臺設備已經經過200口井的考驗，技術成熟度高。.采用了正確的高聚能方式，儲能密度高。.放電功率比其它設備高4～8倍。.產生的沖擊波峰值壓力更高。63在大慶油田的應用：WXEB電爆震的應用典型油井增產情況

井號日產液(t)日產油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后杏1-J2-65-252.13.91.93.586葡73-905.014.04.012.09064在大慶油田的應用：WXEB電爆震的應用典型注水井電脈沖解堵效果對比

井號注水壓力(MPa)日注水(m3)有效期(d)施工前施工后施工前施工后北5-10-丙5714.814.734.051.090芳140-5418.518.523.030.0111南3-2-水14013.013.593.0160.010665在河南油田的應用：WXEB電爆震的應用井號日產液(t)日產油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后B12542.756.171.753.75267B12544.689.582.534.97231(二次應用)B12552.646.240.914.5810743053.517.660.914.119243053.18.81.63.61500(二次應用)410712.252.390.280.71136(熱采井)41087.76.843.03.16118(熱采井)44039.9812.961.875.4257(熱采井)44056.0910.642.614.35293（熱采井）66在遼河油田的應用

：WXEB電爆震的應用井號日產液(t)日產油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后5278(采油三廠)2.43

3.812.12

3.383.3

1653（百采廠）

3.26.32.74.8

80

8834（采油二廠）1249.9722.4

>100京2532.015.81.812.639哈76-131.18.615.3158哈9-1135.6131.547567在新疆油田的應用

：WXEB電爆震的應用井號日產液(t)日產油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后哈43－250．815．10．74．0171哈12－41621．025．66．614．6131呵3－11429．735．04．76.050安41－85．29．23．36．59568在新疆油田的應用

：WXEB電爆震的應用日期井號累積增產(噸)累積有效天數平均每天增產(噸)備注6.5747715475.82.03繼續(xù)有效8.2781315928.55.58繼續(xù)有效8.874552221.31.03繼續(xù)有效8.15J56報表無統(tǒng)計69在中原油田的應用

：WXEB電爆震的應用井號日產液(t)日產油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后衛(wèi)8S1．818．80．19．02056－58102