预加热变频注入注水井解堵工艺体系技术领域
本发明涉及IPC国际专利分类E21C地下或地面采矿方法，尤其是空化法水井理化解
堵工艺。
背景技术
油田开发过程中，普遍采用注水井把水注入油层，补充和保持油层压力，实现油井稳
产或延迟产量递减。注水井堵塞在油田经常出现，表现为注水井压力升高，注水量降低或
注不进去；对应油井的压力下降，产量降低。这些井是油田增产增注措施的主要作业对象，
据统计，以疏通地层为主要目的的解堵措施，每年的工作量大于50％。随着油田开发进入
中后期，这类措施的工作量呈逐年上升的趋势。
导致注水井堵塞的因素是多方面的。油田钻井、完井、修井等作业过程中入井流体漏
失进入地层，致使近井带地层遭受污染；注入水中含有矿物质、有机物、机杂、细菌及代
谢产物，长期注水使杂质和沉淀物在近井地层沉淀积累导致注水井堵塞；地层流体中有机
重垢和无机垢复合沉积、地层微粒运移、粘土水化膨胀等，均会造成注水井附近地带堵塞。
这些伤害错综复杂、相互影响，而且不断变化，致使堵塞类型复杂和堵塞程度大。在注水
开发过程中，造成注水井欠注的因素主要来自三个方面：(1)储层物性；(2)外来流体，如
注入水与储层岩石或流体不配伍；(3)开发生产过程中如钻井、完井、射孔、压井、转注、
改造等作业措施的影响。前者是潜在因素，后者是直接诱导因素，注水井储层堵塞是造成
注水井欠注的主要原因。
注水井堵塞特征主要表现为：(1)堵塞半径较大，范围较广，由于注水的特点，水井的
堵塞半径较油井要大，堵塞程度也较深，所以，水井解堵措施的处理范围一般要求能达到
5m以上，用液量是同样厚度油井用液量的3～5倍；(2)堵塞物中有机物含量相对较少，
而铁盐、亚铁盐堵塞物普遍发育，以无机物及细菌堵塞为主。注水井堵塞造成的损害类型
包括：入井流体中含有的固相侵入损害，水锁危害；地层流体、岩石-入井液不配伍造成
的地层损害，包括水敏性损害、无机垢沉积、有机垢沉积、乳状液堵塞以及润湿性反转。
化学解堵是油田最常用的措施之一，是根据堵塞物的不同配以能够销蚀或破坏堵塞物
存在条件的解堵液，作用于堵塞物或堵塞环境，使解堵液中的有效成分与堵塞物充分接触
并发生作用并排除销蚀物质，恢复和提高近井地层的渗透能力达到增产增效的目的。
解堵作业均在井口实施，四季野外作业。解堵液注入液温度低(尤其是冬季)，大剂
量、长时间注入，造成地层一段时间内温度降低，影响化学解堵效果。因为温度是化学反
应程度的重要因素，通常，温度每升高10℃，化学反应速率则会升至原来的2～4倍；所
以加热是提高解堵液活化能、溶蚀蜡质等有机堵塞物最直接有效的方法。活化能高则促进
化学反应进行，有利于化学解堵作业，所以本发明中加热解堵液。本着节约的原则，加热
温度设定以地层原始温度为基础，兼顾解堵液反应能和有机质堵塞物的溶解温度：一是很
多堵塞的形成与温度有关，如蜡析出、有机组分析出等，高于这个温度能够帮助溶解部分
有机堵塞物，提高解堵液渗透能力，加快了溶蚀速度；二是提高温度改变了注水引入微生
物的生活环境，在温度升高的阶段就有部分细菌被杀灭，当施工作业结束回复正常注水后，
地层温度下降，又有部分细菌因温度的起伏而死亡，对因细菌造成的堵塞有解堵和防堵的
作用。撬装泵是体系动力，增加变频控制装置后可以通过调节电机转速调整排量。在施工
过程中，根据地下反馈情况和工艺要求变频注液，因调频产生的系统压差而产生的振动波
能引起地层内固体微粒或乳化液滴振动，使其脱附或破乳聚并，从而解除地层堵塞，疏通
地层渗流通道。且当能量足够时，由于空化效应产生的瞬时高温高压可使地层产生微裂隙
而提高地层渗透率，加热解堵液也有利于空化效应的产生。
物理解堵多是利用振波的振动来解除地层堵塞问题。如超声波法，水力振动法，脉冲
放点法，人工地震法，高能气体压裂法等，通过振动波作用于油层来破坏堵塞物与储层岩
石之间的结合力，以破坏其附面层，使堵塞物产生松动，从而达到提高油层渗透率的效果。
以往试用物理法解堵需要专门的设备，如可控震源地震、低频脉冲解堵、超声波解堵技术
都需要配合专用设备，有的甚至需要动用井下管柱。
中国专利申请CN103061711A公开了一种不需要拔出油管、不需要酸液就可对油井
筒周围及射孔进行解堵的超声波在油井解堵中的应用，其步骤为：超声波电源通过电缆线
将与油管相配合的超声波发生器放入油管中，让超声波发生器深入到与井筒上被堵塞的射
孔相对应的位置，超声波发生器发出的超声波对所述井筒上被堵塞的射孔进行解堵；所述
的超声波发生器包括有：激励源和与该激励源相配合、并与之相连的振动棒，该激励源包
括至少三个串接在一起的全波换能单元。
中国专利申请CN202532182U动铁式油井管道电热解堵装置，应用于油田输油管道
解堵。在动铁式交流电焊机的两个电源接线端子上分别连接有一条电源线；在动铁式交流
电焊机的两个输出接线端子上分别连接有一条焊把线，其中一条焊把线的端部焊接在输油
管道堵塞段一端外壁上；另一条焊把线的端部焊接在输油管道堵塞段另一端的外壁上。
中国专利申请CN201351469Y油井解堵增油装置，它包括油管、定子、动子、套管，
油管经上接头与动子连接，动子上安装有10-20个振动片、在两个振动片之间安装有弹簧、
在动子上还装有上扶正块、下扶正块，在振动片内镶有外磁块，定子上镶有与动子上的外
磁块的数量相同的内磁块，在定子上还装有滑套，在滑套上装有弹簧，利用弹簧将定子支
撑在套管内。
中国专利申请CN1053254C用于油井解堵的井下放电器，它主要由高压电容器、一
个自击穿型气体控制开关、缓冲液体放电间隙、主液体放电间隙依次串联构成，缓冲液体
放电间隙的长度尽可能小于主液体放电间隙的长度，采用缓冲垫作为缓冲结构，减缓了放
电器绝缘子受到的机械冲击。
中国专利申请CN2422446Y涉及一种用于油井开采过程降粘、清防蜡、解堵的多功
能油井声波解堵器，由主体及装在其内的锁环、固定架、定位筒、振动簧片、喉管和密封
圈组成。
物理解堵技术的不足之处是：单纯物理法解堵，所需设备复杂、专业，使用范围窄，
成本高或操作困难与不便推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种预加热变频注入注水井解堵工艺体系，协同化学解堵工艺提
高作业质量和效率。
根据水井解堵注入液量大、连续注入时间长、更有敏感低渗地层的特点，该体系选择
撬装泵作为体系动力。撬装泵能够连续工作时间长、增加变频装置更准确控制泵入速度，
于是，加热、变频诱发空化效益协助解堵的方法第一次被提出来。
化学解堵液为液体。一般液体中都会溶解气体，其溶解度随温度的上升而下降，随压
力的增加而增加，同温条件下压力越大，溶解度越大。该体系泵后为恒温、密闭的环境，
在同一温度下，气体的溶解度和液体的饱和蒸汽压都是定值。在一定范围内变频调整流速，
可达到产生抽吸、激动压力的目的，通过压力波动诱发空化现象发生是唯一手段。流体在
高压时，流速急剧增加，压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下，形成空化。低压时，流速急
剧降低，产生分离现象，从而在下游出现回流区，回流区域会形成空化带。并且，当操作温度
升高和会导致空化的区域增大、强度增加。影响空化的主要因素有：液体本身的特性，如
表面张力、温度、总空气含量、压缩性、密度、饱和蒸气压等，液体的流体动力特性，流
场中的压力梯度、压力随时间的变化过程、热传导、气体扩散效应等，和沉浸物体表面的
物化特性，表面浸润性、多孔性、粗糙度等，当液体和堵塞物确定后，能改变的只有流体
动力特性。ΔP表示单位时间内压力的变化，ΔP越大抽吸、激动压力越大，空化程度就
越大。本体系是辅助化学解堵，因此，通过变频速率控制ΔP，一般5分钟变频30％，多次
变频无效的，可降变频50％一、两次。
波动压力及空化现象伴随会有水力波、冲击波产生。高速水流流经不平整突体时，
更极易诱导空化，通过温度，压差的配合促使其产生空化现象。空化区空泡发育后随流至
压力升高区突然溃灭产生空蚀，对流道壁面产生高达几百个大气压的冲击，其能量不仅可
以松动堵塞物，甚至可以破碎堵塞物，还可以促进解堵液进入堵塞物中，任其充分接触、
反应，提高反应速度。当空化气泡靠近固体的界面处时，固体表面上的空化气泡会发生溃
陷，产生射向固体表面的射流束，由于溃陷气泡的大部分能量转化为动能，使得射流束的
速度可以高达100m/s。在一定条件下，化学效率与单位时间内空化气泡的个数呈递增关
系。冲击波对于固体表面的撞击也就是空化气泡对固体表面的孔蚀作用，促进固一液反应
的原因所在。这种极端高温、高压、高射流又是以每秒数万次连续作用产生的，从而产生
了一系列的物理和化学空化解堵效应，主要有以下几个方面：
1)机械效应；空化发生时，由于气泡的破灭产生微射流和冲击波的冲击作用对流体
产生机械搅拌作用。近壁处射流速度可达70～180m/s；的作用时间每次仅为几微秒，给
流体本传递巨大的能量。
2)热效应；气泡溃灭速度十分迅速，在如此短的时间内气体来不及被周围的液体冷
却，体系温度会升高，增加解堵液能量。
3)化学效应；空泡在溃灭的瞬间高压会打开分子内的化学键，产生具有强氧化性的
自由基，同样也会使溶液中的大分子键断裂产生自由基，从而加速化学反应。
本发明的目的是通过以下技术措施来实现：本工艺体系由配液罐、加热泵车、储液罐、
注入泵通过管线依次连接组成，其中注入泵上安装变频装置，注入泵与井口装置通过管线
连接；该体系实施流程：a、在配液罐中按配方配制适量的解堵液；b、加热泵车吸取解堵
液加热到设计温度，并泵入储液罐；c、注入泵吸取储液罐中的解堵液泵入井口装置，通
过井口注入地层；加热温度设定为设计温度，并高于结垢结蜡点的温度；用加热泵车加热
解堵液，加快解堵液的化学反应速度，同时对有机堵塞物实现物理热洗；变频装置按照设
定控制注入泵压，保证解堵液注入量，增强对堵塞物的冲刷、剥离效果；通过控制解堵液
在井下温度和注入频率差使之达到气化压力，引发的空化效应，物理和化学解堵工艺有机
结合，提升整体解堵工效；解堵液经过加热、泵送、进入井口装置，通过井口入井；加热
温度为设定温度，并高于结垢结蜡点的温度；通过控制解堵液在井下温度和流速压差使之
达到气化压力，诱发空化现象协助解堵。
尤其是，注入液经过加热装置加热，暂存于储液罐达到一定液位后由撬装泵泵入，按
设计调整泵频率改变排量，通过连续井口注入；通过控制解堵液的井下温度和流速使之产
生空化作用，以物理解堵辅助化学解堵。
尤其是，配液罐后接入用于加热解堵液的加热泵车。
尤其是，工作体系增加了加热装置和撬装泵的变频装置。
尤其是，该体系增加了解堵液加热装置；加热泵车的加热温度设定为设计温度。是依
据原始地层温度、解堵液活化能、有机垢热熔点等因素综合制定，一定高于井筒结垢结蜡
点的温度；达到对堵塞处热洗解堵的同时有利于诱发空化发生。
尤其是，注入泵上安装控制注入泵压的变频装置，二者为整体撬装设备。注水井解堵
液量大、连续注入时间长的特点选择撬装泵作为体系动力；增加变频装置可以对于低渗敏
感地层可根据地层情况调整排量，避免速敏产生的二次伤害；可根据通过调整泵的注入频
率，改变系统内部压差，配合温度作用，诱发空化现象协助解堵。
尤其是，加热泵车的加热温度设定为设计温度，通过控制解堵液的井下温度和流速使
之产生空化作用。施工工序为：先连接地面设备、管线、试压；再配解堵液、加热解堵液
到设计要求的温度存于储液罐；泵注过程按设计调整泵频率注入；同时观察压力变化；
当井口压力降低3MPa后，减少调频次数至井口压力不再下降恒频注入；施工过程中泵压
控制在最高限压以内；施工作业结束后关井3小时开井注水；前5天内日注水量为配注量
的一半，然后提高注水量，达到配注要求，并观察油套压变化。
本发明的优点和效果：通过加热解堵液，提高解堵液的化学反应速度，同时对堵塞物
实现物理热洗；撬装泵控制注入泵压力，变频装置使之可按照设计变压持续注入，通过引
发空化作用，使得油层中的流体的物性及流态发生变化，改善井底、近井地层的流通条件
及渗透性，提高注入量和溶蚀地层堵塞物。增强对堵塞物的冲刷、剥离效果。是可以在施
工过程中，随着注入反馈数据的变化，修正注入参数的一套注入工艺体系。设计新颖，工
艺简单、施工方便，一次性投资低，对水井解堵、增注获得良好的效果，适用于水井解堵
及系统压力较低的增注井。
附图说明
图1为本发明中解堵设备及连接示意图。
图2为本发明中解堵工艺示意图。
图3为本发明实施例1中解堵工艺示意图。
图4为本发明实施例2中解堵工艺示意图。
附图标记：配液罐1、加热泵车2、储液罐3、变频装置4、注入泵5、井口装置6。
具体实施方式
本发明目的在于，利用油田常规设备，加热解堵液实现物理热洗并加速解堵反应，以
变频方式注入引发空化效应。有机的结合物理、化学解堵工艺，提升整体解堵功效。
本发明中解堵工艺体系包括：配液罐1、加热泵车2、储液罐3、变频装置4、注入泵
5和井口装置6。
本发明中，如附图1所示，配液罐1依次与加热泵车2、储液罐3、变频装置4、注入
泵5和井口装置6连接。
本发明中，如附图2所示，解堵工艺依次包括配液、加热、泵送和通过井口注入。
前述中，注水井解堵有为油管注入，也有套管注入的，井口依据设计连接。如果加热
量及加热速度能跟上泵注速度的话，注入液可从加热装置不经过储液罐而直接到泵。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如附图3所示，工作系统由配液罐、加热装置、泵及变频装置及地面管线
连接构成；配液罐配液后经过加热装置加热，然后经过储液罐或直接进入泵及变频装置，
然后通过井口下注。
施工工序为：
1、设备连接及施工前准备：按照如图1所示连接各种设备和管线；检查井口、井筒，
保障其畅通，符合施工条件；检测高压管汇及各部件，确保管汇畅通，部件完好无缺；对
管线进行试压，确保管线承压合格。
2、解堵液配制：按设计配方及液量在配液罐中配制解堵液。
3、解堵液加热：启动加热泵车，从配液罐抽取解堵液并加热到设计温度，存于储液
罐；
4、开启柱塞泵将解堵液注入井内：按泵的正常频率注入30min，5min内将频率降低
30％，继续泵注30min；5min内恢复至正常频率，反复上述操作并观察井口回压变化。当
井口回压降低3MPa后，减少调频次数；当井口回压不再变化时，停止变频并按正常泵注。
若地层吸液困难，可适当提高泵注压力；如果压力达最高限压仍不进液，应停止泵注，带
压浸泡10-20min后再泵注。整个施工过程中泵压控制在最高限压以内。泵注结束后关井3
小时后开井注水；重新注水前5天内日注水量为配注量的一半，然后提高注水量至配注要
求，并观察油套压变化。
实施例2：如附图4所示，工作系统由配液站配液拉液到现场、加热装置、泵及变频
装置以及地面管线连接构成；配液罐或在配液站配液后经过加热装置加热，然后经过储液
罐或直接进入泵及变频装置，然后由泵入井口。
前述中，泵及变频装置为撬装设备。撬装是指一组设备固定在一个角钢或工字钢制成
的底盘上，移动、就位可以使用撬杠，设备是裸露的，在这一点上区别于调压箱。其实其
他撬装设备也很多，比如：撬装式发电机组、撬装式空气压缩机以及换热机组等。油田多
功能撬装泵是用于油田调剖、解堵、固井、压裂及酸化等工程中的专用设备。该装置由高
压往复泵、柴油机、变速箱、离合器、控制及冷却润滑系统组成，全部设备布置在共用撬
装底座上，全部操作仪表集中于控制台上。
本实施例中，利用地面泵及其辅助设备建立了对油层可控制的、大压差实现油层解堵
的。能够与不同性质的解堵液，在不同的温度环境中，协同作业，以物理法辅助化学法解
堵，提升化学解堵效果，利用地面泵组将高压工作液送到井下，使其在井筒内产生高速液
流。
本发明中，加热装置原理的核心的是能量转换。虽然最广泛的就是电能转换成热能，
但存在施工井附近变压器负荷的问题，现场多用热油车，可以不受相关条件限制，使用方
便。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实
施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它
不同形式的变化或变动。而这些显然属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动
仍处于本发明的保护范围之中。