高聚能电爆震技术

高聚能电爆震1.随着国家经济的不断发展，国内石油需求持续增加。.2004年我国原油进口首次超过亿吨大关，达到1.2亿吨，比上年增长34.8％。.2005年进口石油已占到国内总需求的42%。06年达到46％.预计到2010年和2020年将分别增至50%和60%。.到2010年和2020年中国石油需求将分别达到3.5亿吨和4.5亿吨。引子WXEB2.我国石油勘探尚处在中等成熟阶段，石油产量仍处于高基值稳定增长时期，但勘探难度越来越大。.我国主力油田总体已进入递减阶段，稳产难度不断增大，但开发有潜力可挖。.我国原油产量已接近高峰平台，预计2010到2020年，将达到1.8亿吨左右的产量高峰，2020年以后还有可能在这一水平再稳产一段时间。.国家十一五规划将建立资源节约型的社会。引子WXEB3.目前各油田都把石油的二、三次开采作为增产的主要手段。.各油田都在加大投入研究三次开采的技术和方法。.各种石油增产、提高采收率的方法和技术应运而生。.油井的采油能力在很大程度上取决于产层近井地带的状况。.而近井地带从成井开始就常常受到损害引子WXEB4.为恢复、改善和保持近井地带的物性需要各种技术措施。.化学方法和物理方法。.电爆震技术是采用电脉冲产生水锤效应作用于油层的一种纯物理方法。引子WXEB5.地面电源控制柜.高压直流电源.高聚能电容器.能量控制开关.能量转换开关电爆震的组成和工作原理WXEB整套设备分为地面部分和井下部分。高压直流电源、高聚能电容器、能量控制开关和能量转换开关组装成井下部分。电缆车送井下部分到油层位置并连接地面电源控制柜6.地面电源控制柜将井场220V工频电源经整流再逆变成

600V、1000HZ中频电源。.由射孔电缆车将中频电源送给井下中频升压变压器.高压硅堆将中频变压器的输出再整流成30kV直流高压。.直流高压经厄流圈给高聚能电容器充电。.待高聚能电容器充电到能量控制开关的工作阈值时，能量控制开关导通，传递电容器中的储能给能量转换开关。.能量转换开关将电容器中电能转换成液体中的机械能（冲击波能量）电爆震的组成和工作原理WXEB7.高聚能电爆震的技术基础是脉冲功率技术.脉冲功率技术是在瞬间获得高功率的一门专项技术.脉冲功率技术是当代高新技术的基础学科之一.脉冲功率技术主要应用于国防高科技领域.通过不同的物理原理可以将高功率电脉冲转换为电子束能、激光能量、微波能量、热能、等离子体能量.电爆震将高功率电能转换为机械能作用于油层WXEB电爆震的技术基础8.在高压强电场作用下，液体中的电极会发射电子，电离电极附近的液体分子。.电极发射的电子和液体中被电离出的电子被电极间强电场加速电离出更多的电子。.在液体分子被电离的区域形成等离子体通道。.随着电离区域的扩展，在电极间形成放电通道，液体被击穿。电爆震的技术原理－液电效应WXEB9.放电通道产生后，由于放电电阻很小，将产生几十千安的放电电流。.放电电流加热通道周围液体，使液体汽化并迅速向外膨胀。.迅速膨胀的气腔在水介质中产生强大的冲击波。.冲击波随放电电流和放电时间的不同，以冲量或者冲击压力的方式作用于周围介质。电爆震的技术原理－液电效应WXEB10WXEB电爆震的作用机理冲击波产生的压力冲击波是一个包含许多频率的宽带脉冲波，其能量密度很高，高频部分形成陡峭的波阵面陡峭的波阵面与近井地带的油层相互作用后，衰减为“二次脉冲”低频声波，向介质发射新的应力波脉冲放电功率可达MW量级，产生的冲击波速度达1000～4000m/s11WXEB电爆震的作用机理冲击波在油层岩石和流体上产生的加速度高达约3000倍的重力加速度。在放电通道周围，放电电流激起上万高斯的瞬变磁场，变化的磁场在油层导电流体中建立电场和电流，强电磁场对油层介质产生强生强烈的极化作用。12对油层岩石的的造缝作用对于油层岩石，由于长期的地质力学作用和成井时的射孔、压裂作用，存在着断层、裂缝、层理和微裂隙，是非连续介质。在冲击声波的作用下，岩石及液体这些非连续介质各自的质点以大于重力加速度3000多倍的加速度作激烈的振动。在高加速冲击条件下，材料的断裂强度和疲劳强度都远小于静态，当冲击力超过岩石的疲劳强度时，就会造成新的微裂缝或宏观裂缝。WXEB电爆震的作用机理13对油层岩石的的造缝作用在岩石中产生的裂缝随冲击波的速度高速向前扩展，直到冲击力的强度与岩石的疲劳强度平衡为止。WXEB电爆震的作用机理14对油层孔隙介质的剪切作用油层是由岩石颗粒、充填粘土矿物和饱和油气水等复杂的介质组成，它们的密度、波阻抗等物理性质大不相同。冲击力在不同密度介质上产生的速度、加速度有很大的差异，从而在这些介质中的固固、固液和油水气等波阻抗相差较大的界面产生较强的剪切力，而且波阻抗差异越大，剪切应力就越大。WXEB电爆震的作用机理15

在此剪切力作用下会产生如下效果：.岩石颗粒表面的粘土胶结物被振动脱落。.孔喉充填桥状粘土微粒会松动或迁移，从而解除孔喉道堵塞，扩大孔喉半径和孔隙的连通性。.改变固液界面动态，克服岩层颗粒对原油的吸附亲和力，使油膜从颗粒表面脱落。.改变孔隙中油、水、气界面的动态，克服毛细管的束缚滞留效应，使油珠、油柱状分散的剩余原油重新分布、聚集和利于排出。WXEB电爆震的作用机理16

在此剪切力作用下会产生如下效果：.反复转换的压力波与应力波能够改造油层原有裂缝，可能产生新的裂缝。.冲击波在油层介质不同位置上压差的方向和大小交替变化，使液体由滞留区向排液活动区流动。.降低油水界面的张力。WXEB电爆震的作用机理17WXEB电爆震的作用机理提高地层渗透率作用（电磁场和声场的共同作用）

流体饱和多孔介质中液、固相分界面存在着偶电层，只有在压力超过地层表面静电场所造成的阻力时，液体的运动才能发生。外加电场或弹性波场，可以改变地层表面电场的分布,减少阻力。多孔介质的孔隙形状和大小各异，流体流动有死区，外加弹性波常可以减小死区和附面层厚度，使渗流速度提高，渗流量增加。18WXEB电爆震的作用机理电磁脉冲的控水增油作用

瞬间变化的放电电流所产生的强电磁脉冲使油、水的分子强烈极化甚至电离，使原油分子的平均动能增加，从而达到稀释作用，有利于原油的流动。由于水分子是极性分子，在强电磁场作用下，水分子会根据电位梯度和压力梯度所产生的电流随流体运动方向运动，从而起到控水作用。19WXEB电爆震的作用机理清除地层污染作用

弹性冲击波在饱和多孔介质中传播时会使多孔介质时而被压缩，时而被扩张，造成孔道直径大小变化，引起毛管力的变化，可使固态颗粒逐步通过孔道排出。空化作用可以破碎声场中的固态物质、多孔岩石表面的泥饼、振动松动后的堵赛物和其它固结物。这些物质粉碎后被抽吸、推挤到井筒，达到疏通油流（水流）通道，改善油（水）层近井地带的渗透性。20WXEB电爆震的作用结果造缝机理实验[1]实验材料选择人造岩芯和天然岩芯：将0.3875mm和1.1625mm的石英砂用环氧树脂和无水乙醇以及乙二胺胶结，加力200kN，60℃下烘干制成圆柱形岩心天然岩芯采用石英砂岩电容器储能169J每分钟作用6次，共作用20次21WXEB电爆震的作用机理造缝机理实验结果流体岩芯编号K1（μm2）K2（μm2）渗透率增加率(%)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#机油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电爆震的作用机理造缝机理实验结果部分岩芯在约30次的作用后产生明显裂纹或炸裂用3.0MPa压力将密度为1.25×103kg/m3的泥浆经15h压入人造岩芯后20#机油通过该岩芯是的渗透率降低了49%，再经电脉冲作用后渗透率恢复66.7%。23WXEB电爆震的作用机理提高渗透率实验结果常压下对两块被污染的岩石处理的结果如表岩芯编号作业前渗透率k110-3μm2作用后渗透率k210-3μm2提高率（k1－k2）/k113.5112.98269229.7266.0612224WXEB电爆震的作用机理提高渗透率实验结果岩芯编号作业前渗透率k110-3μm2作用后渗透率k210-3μm2提高率（k1－k2）/k15035．476．21158173．7141．0912153．986．7605251.2112．0118电脉冲作用下岩心渗透率的变化情况25WXEB电爆震的作用机理提高渗透率实验结果不同压力下对被污染岩石处理的结果如表岩芯编号环境压力作业前渗透率k110-3μm2作用后渗透率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电爆震的作用机理岩芯除气实验结果气泡对渗透率影响很大，声波能够消除气阻，对被污染的岩芯的作用更强，试验结果见下表岩芯编号作业前渗透率k110-3μm2作用后渗透率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电爆震的作用机理

定义单位时间通过与声传播方向垂直的单位面积的声能为声场强度。试验证明，在多孔介质中发生热与质传递的声场强度大于1kW/cm2柱面声波沿储层的传播规律作用半径分析28WXEB电爆震的作用机理在相距260m的井中测得的电脉冲声压频谱[2]作用半径分析29WXEB电爆震的作用机理不同频率声波在不同传播距离上的声强[2]

频率距离10Hz50Hz100Hz200Hz100m47041167865065622200m2508531891824．76300035作用半径分析在井筒附近100MPa压力下的计算结果，对200Hz以下的脉冲，造200m的距离上还有4.76kW/cm2的功率30WXEB电爆震作业范围

电爆震技术适用于油水井除垢、降粘、解堵、增渗、增产、增注、改善油藏开采效果、提高原油采收率。适用油井31WXEB电爆震作业范围

在处理变形具有脆性破坏特性的致密岩石效果较好，如灰质白云岩、粉砂岩；变形具有不可逆特性的岩石——砂岩的效果稍差；对于纵向具有非均质性质的地层，井下放电处理效果最好的是低渗透、致密性地层。因此，该技术主要适用于产量递减比较快、油藏动用程度差、油井供液能力低、裂缝连通性差、注水水窜严重、水驱油效率低及原油乳化物堵塞严重的区块。适用油藏地质条件32WXEB电爆震作业范围电爆震技术对地层的处理具有选择性，可优先改造对注水效果不明显的油层部位，达到增油降水的目的。在放电处理石灰岩或灰质白云岩时，若与酸化工艺配合进行，在酸的作用下，在岩石内形成通道，进而改善地层的渗透性。选井原则33WXEB电爆震作业范围（1）地层胶结好，油层受到污染堵塞，孔隙度小于30%，渗透率大于0.001μm2

，含油饱和度大于10%，原油粘度小于10000mPa·s。（2）油井具有一定的地层能量。油井静压高于区块平均静压，静压上升而产量不增加，或者与相同条件的邻井相比产量明显偏低。（一般初期具有一定产能，但产量下降较快的地层效果较好）。选井原则34WXEB电爆震作业范围（3）试井解释表明油层有污染。如因结垢、结蜡造成堵塞，以及在钻井或其它作业中污染造成减产的油水井。（4）对注水井，一般选择不吸水或吸水能力下降的井。（5）对水、酸有敏感性的油气层。选井原则35WXEB电爆震作业范围（6）油层以砾岩、砂砾岩、砂岩、石灰岩为主。（7）井内液面离油层顶部高度不大于500m，液面低于20米时应在套管内灌水补充液柱高度。（8）油层温度小于100℃。选井原则36WXEB电爆震施工工序(1)起出井下所有油管、油杆。(2)下通井规，热洗，刮蜡等，以保证下井仪器通行无阻（如需要）。(3)探砂面，冲砂至人工井底(如需要)，磁定位测定射孔段。(4)连接电缆车与电爆震解堵仪器。(5)将仪器送至井下欲处理的射孔段最下端。（仪器下放速度控制在50m／min以下，当仪器进入目的层段时，放慢仪器，下放速度约为10m／min。）37WXEB电爆震施工工序(6)放电作业由最下层开始，每30～50cm为一个处理段，自下而上逐级处理，每段放电20～50次。(7)处理完毕起出井下仪器，上提速度控制在80m／min以下。(8)下洗井管柱彻底洗井，排出振松击碎的堵塞物，将井筒内杂质清洗干净。(9)按要求下生产管柱，完井。

对于储层胶结疏松，出砂严重，固井质量差，套管严重变形，斜井以及含油饱和度低、距油水边界近的井不宜采用该技术。38WXEB电爆震施工现场现场对接井下部分

39WXEB电爆震施工现场仔细处理对接端口的水密封问题

40WXEB电爆震施工现场紧固对接端口，保证电连接、装置的机械强度和水密封41WXEB电爆震施工现场组装好的井下部分

42WXEB电爆震施工现场作业需要射孔电缆车配合

43WXEB电爆震施工现场连接射孔车的电缆和井下设备44WXEB电爆震施工现场利用修井车的支架起吊井下设备

45WXEB电爆震施工现场吊装起来的下井设备

46WXEB电爆震施工现场射孔电缆车将井下设备送入

47国际发展状况：

美国于上世纪70年代便开展了电脉冲采油技术的研究，但未见有产品报道。前苏联于1975年开展电脉冲采油技术工作,并取得较好的应用效果,某些油田还将该技术作为修井过程的常规手段。俄罗斯和乌克兰均有产品出售(国内也有引进),其最大储能<1.5kJWXEB电爆震发展状况48国内发展状况：主要有井下储能式和陆地储能式两种。井下储能式能量和功率偏小，陆地储能式设备复杂、庞大，不方便携带。中科院电工所从1986年开始进行电脉冲采油技术的研究工作。地矿部物化探所,清华大学,西安交通大学、河南油田等也相继开展过类似的研究工作,并取得了较好的试验效果。WXEB电爆震发展状况49国内发展状况：.各单位的样机仅仅有进行过不多于20口油井实验的报道。.未见到各单位产品的中等规模作业（单台设备150口油井以上的作业量）的报道。.尚未发现设备在大量作业中的问题。.产品在参数选取上尚不够先进，基本上参照了俄、乌两国的设备参数，适用作业油井的范围小。.河南油田进行了大量的基础性研究。WXEB电爆震发展状况50国内发展状况：.进口俄、乌两国的设备在使用上有不配套的问题。.进口设备的耗材供应和设备维护困难。.进口设备至少在技术服务上跟不上。.使用进口俄、乌两国的设备也未见大量作业的报道。.进口设备的指标和参数并不先进。WXEB电爆震发展状况51.酸化.微生物.各种物理方法WXEB电爆震与其它采油技术的比较超声波

水力振动人工地震二次压裂高能气体压裂其它采油技术：52与化学方法的比较：.电爆震属于物理方法，与化学方法最大的区别是不会对地层产生任何污染。.电爆震产生的能量是油层中液体向远井地带传送，不需要其它介质。.酸化解堵后的堵塞物是要依靠地层能量排除。.电爆震解堵后的堵塞物依靠自己的作用就能排出。WXEB电爆震与其它采油技术的比较53与微生物采油方法的比较：.微生物在温度较高、盐度较大、重金属离子含量较高的油藏条件下易于遭到破坏。.微生物产生的表面活性剂和生物聚合物有造成沉淀的危险。.原油的某些物性对微生物有毒性.理论上还有争议，试验结果还不能做出明确的解释.国内常用MEOR适用的油层条件还有:渗透率≥30×10-3μm2;

地层水矿化度≤150000mg/L;原油黏度≤4000mPa·s。WXEB电爆震与其它采油技术的比较54与超声波的比较：.作业工序基本相同。.占用井场时间短.超声波的传输距离小WXEB电爆震与其它采油技术的比较吸收衰减系数散射衰减系数20kHz超声波向地层渗入的有效深度不超过3cm.电爆震释放能量有爆炸的特征，具有陡峭的压力脉冲前沿，能量密度最高。55与水力振荡的比较：.同为声波技术，但电爆震在近井地带的强度和能量密度高得多。.水力振荡造不了新缝。.水力振荡的功率小.水力振荡的频率低，传输距离远WXEB电爆震与其它采油技术的比较56.高能气体压裂的能量高，能量可控度差。.高能气体压裂能量释放相对较慢，能量密度小。.爆炸物对油层可能对油层构成污染.有可能损坏岩层骨架。WXEB电爆震与其它采油技术的比较与高能气体压裂的比较：57与二次压裂的比较：.电爆震替代不了压裂，但比同层的二次压裂有优势。.压裂是静压，基本上沿原裂缝伸展，造新缝的可能小。.电爆震产生的冲击波是各项同性，可能造成新裂缝WXEB电爆震与其它采油技术的比较58.人工地震设备大、耗能多。.从地面将地震波传到油层，方向性差，能量利用效率低。.电爆震本身就是一个人工震源，直接放到油层，且与油层平行的震源，能量利用效率高。WXEB电爆震与其它采油技术的比较与人工地震的比较：59指标和参数选取：WXEBWXEB电爆震的特点电容器储能电能转换放电周期60与陆地储能式电爆震的比较：WXEBWXEB电爆震的特点.陆地储能式电爆震设备庞大，电路复杂，不利于施工。.陆地储能式电爆震能量转换效率低。.陆地储能式电爆震能耗高、耗散的能量对设备本身造成严重的伤害。.陆地储能式电爆震电容量大，放电回路电感大，放电回路的电阻大。放电周期长，功率小。.设备安全性低。61与俄、乌两国的电爆震比较：WXEBWXEB电爆震的特点.技术规范与配套设备更结合国内情况。.技术服务更及时、便利。.损耗部件和配件容易获得。.俄乌产电爆震的放电电压额定2.5kV，储能电容量

510μF，在其它条件相同时，功率要小许多倍。62与国内其它电爆震的比较：WXEBWXEB电爆震的特点.设备长期应用中的问题已解决，与油田配套设备的兼容性高。.单台设备已经经过200口井的考验，技术成熟度高。.采用了正确的高聚能方式，储能密度高。.放电功率比其它设备高4～8倍。.产生的冲击波峰值压力更高。63在大庆油田的应用：WXEB电爆震的应用典型油井增产情况

井号日产液(t)日产油(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在大庆油田的应用：WXEB电爆震的应用典型注水井电脉冲解堵效果对比

井号注水压力(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在河南油田的应用：WXEB电爆震的应用井号日产液(t)日产油(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(二次应用)B12552.646.240.914.5810743053.517.660.914.119243053.18.81.63.61500(二次应用)410712.252.390.280.71136(热采井)41087.76.843.03.16118(热采井)44039.9812.961.875.4257(热采井)44056.0910.642.614.35293（热采井）66在辽河油田的应用

：WXEB电爆震的应用井号日产液(t)日产油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后5278(采油三厂)2.43

3.812.12

3.383.3

1653（百采厂）

3.26.32.74.8

80

8834（采油二厂）1249.9722.4

>100京2532.015.81.812.639哈76-131.18.615.3158哈9-1135.6131.547567在新疆油田的应用

：WXEB电爆震的应用井号日产液(t)日产油(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在新疆油田的应用

：WXEB电爆震的应用日期井号累积增产(吨)累积有效天数平均每天增产(吨)备注6.5747715475.82.03继续有效8.2781315928.55.58继续有效8.874552221.31.03继续有效8.15J56报表无统计69在中原油田的应用

：WXEB电爆震的应用井号日产液(t)日产油(t)有效期(d)施工前施工后施工前施工后卫8S1．818．80．19．02056－58102