带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置技术领域
本发明属于页岩气井井下开采技术领域，具体涉及一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置。
背景技术
我国页岩气资源丰富，可采储量居世界前列，随着天然气供给缺口的持续扩大，我国政府越来越关注
页岩气的勘探和开发。页岩气井是页岩气的采集、生产场所,目前，由于国内页岩气井勘探开发技术尚处
于起步阶段，与美国等世界发达国家有较大差距；同时，我国页岩岩层的构造、组成与其它国家有较大差
异，许多技术和经验无法直接借鉴和引进，导致国内页岩气井单井产量普遍偏低，成为制约中国页岩气产
业发展的瓶颈。
电脉冲、电爆振、超声波、水力振荡、等离体脉冲等传统的油气井单井增产方法都是通过物理介质直
接作用于井下页岩层，从而提高油气采收率，如专利“基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法”
(申请号：201110027312.8),就是通过水介质火花开关在煤层的水中进行重复频率高电压脉冲放电，通
过液电效应在煤层水中激起高强冲击波并作用于煤层，从而创造新的煤层裂缝，解除堵塞，提升煤层气采
收率，但是这类现有技术有效距离通常较短，只能作用于近井地带的地层，因此采收率提升有限。
研究发现，影响页岩气富集及成藏的因素与泥页岩本身的孔隙度、渗透率、杨氏模量、泊松比等各项
参数有关，特别地，若能够以固有频率向井下泥页岩层发射大功率机械波，使岩层内的微孔隙、微裂隙数
量因共振而增加，提高泥页岩的渗透率和解吸力，将是提升页岩气采收率，增加单井产量最直接、有效的
方法，与传统方法相比，能够作用于泥页岩岩层深部，且不易对岩层造成损伤。专利“基于声波聚焦共振
技术破裂岩石的油气田增产方法及装置”(申请号：201210142059.5)公开了一种基于声波共振技术的油
气田增产方法和装置，但是在该专利中，井下岩层固有频率的测量仍需要事先进行钻井取心作业，然后在
实验室中进行模拟破裂实验，通过模拟地层压力、温度及流体饱和度等井下条件，对岩心进行预破裂处理，
测出采样岩石的固有频率，测量分析过程不仅复杂、低效，而且成本昂贵，不能满足页岩气井的实际生产
需要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，能够在井下直接
测定泥页岩层的固有频率，然后以此频率向岩层发射大功率机械波以形成共振，从而有效改善泥页岩层的
渗透率和解吸力，解决现有技术效率低、成本高，不能满足页岩气实际生产需要的问题，实现页岩气井单
井的增产增效。
本发明采用的技术方案如下：
一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，主要包括地面控制单元、井下装置和铠装电缆，地
面控制单元包括电源模块、控制模块、工控机，地面控制单元在井口对井下装置实施控制；井下装置置于
井下，竖直居中，地面控制单元和井下装置间通过铠装电缆实现信号传输和供电，其特征在于：所述井下
装置由固有频率测量单元和大功率声波发射单元组成，固有频率测量单元安装在大功率声波发射单元下
部；固有频率测量单元包括声波发射换能器、声波接收换能器、扫频声发射模块、基于DSP芯片或ARM技
术的嵌入式数字信号采集分析模块；大功率声波发射单元包括大功率声波发射换能器、基于DSP芯片或ARM
技术的嵌入式声发射激励模块、电源转换模块；所述固有频率测量单元通过页岩气井壁上的射孔孔眼测量
井下泥页岩层的固有频率并传输给大功率声波发射单元；所述大功率声波发射单元通过射孔孔眼以固有频
率向泥页岩层发射大功率机械波，使岩层产生共振。
如上所述一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，其特征在于：所述声波发射换能器和声波
接收换能器处于同一径向平面并对称设置，声波发射换能器以一定倾角对准射孔孔眼，向泥页岩层发射声
波；声波接收换能器以相同倾角对准同一射孔孔眼，接收泥页岩层的反射声波。
如上所述一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，其特征在于：所述声波发射换能器和声波
接收换能器为同一声波换能器，既可发射声波，也可接收声波，在径向和轴向上均对准射孔孔眼。
如上所述一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，其特征在于：所述扫频声发射模块的频率
范围为30～300Hz。
本发明的有益效果在于：在井下直接测定泥页岩层的固有频率，然后以此频率向岩层发射大功率机械
波以形成共振，能够作用于泥页岩岩层深部，且不易损伤岩层，有效改善了泥页岩层的渗透率和解吸力，
使页岩气井增产增效，满足页岩气的实际生产需要。
附图说明
本发明附图说明如下：
图1为本发明的结构示意图；
图2为固有频率测量单元第一实施例的工作示意图；
图3为固有频率测量单元第二实施例的工作示意图；。
1地面控制单元；2井下装置；21大功率声波发射单元；22固有频率测量单元；3铠装电缆；4射
孔孔眼；5页岩气井井壁；6泥页岩层；7声波发射换能器；8声波接收换能器；9可发可收的声波换能
器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，主要包括地面控制单元1、井下装置2和铠装电缆
3，地面控制单元1包括电源模块、控制模块、工控机，地面控制单元1在井口对井下装置2实施控制；
井下装置2置于井下，竖直居中，井中的水充当了井下装置2与井下泥页岩层6间的耦合剂，地面控制单
元1和井下装置2通过铠装电缆3实现信号传输和供电，其特征在于：所述井下装置2由固有频率测量单
元22和大功率声波发射单元21组成，固有频率测量单元22安装在大功率声波发射单元21下部；固有频
率测量单元22包括声波发射换能器7、声波接收换能器8、扫频声发射模块、基于DSP芯片或ARM技术的
嵌入式数字信号采集分析模块；大功率声波发射单元21包括大功率声波发射换能器、基于DSP芯片或ARM
技术的嵌入式声发射激励模块、电源转换模块；所述固有频率测量单元22通过页岩气井壁5上的射孔孔
眼4测量井下泥页岩层的固有频率并传输给大功率声波发射单元21；所述大功率声波发射单元21通过射
孔孔眼4以固有频率向泥页岩层发射大功率声波，使岩层产生共振。
工作时，地面控制单元1控制井下装置2下降到目标井段，使固有频率测量单元22对准页岩气井井
壁5上的射孔孔眼4，由扫频声发射模块激励声波发射换能器7向泥页岩层6发射扫频机械波，扫频声发
射模块的频率范围为30～300Hz；扫频机械波经射孔孔眼4向泥页岩层6传播，反射回波由声波接收换能
器8接收，并由数字信号采集分析模块对反射回波的幅频特性进行分析，根据共振原理，反射回波中幅值
最大处所对应的频率值即为井下泥页岩层6的固有频率。
测得固有频率后，地面控制单元1控制井下装置2继续下降，使大功率声波发射单元21对准射孔孔
眼4，电源转换模块将地面控制单元1供给的交流电转换为直流电，声发射激励模块从固有频率测量单元
22的数字信号采集分析模块获取固有频率测量值，并以该频率值产生高压脉冲信号，激励大功率声波发射
换能器发射大功率机械波，该机械波经射孔孔眼4向泥页岩层6传播，在岩层中形成共振，从而增加微裂
隙、微孔隙，改善渗透率。
上述数字信号采集分析模块、声发射激励模块等均为基于DSP芯片或ARM技术的嵌入式系统。
所述固有频率测量单元22的一种实施例如图2，声波发射换能器7和声波接收换能器8处于同一径向
平面并对称设置，声波发射换能器7以一定倾角对准射孔孔眼4，向泥页岩层6发射扫频机械波；声波接
收换能器8以相同倾角对准同一射孔孔眼4，接收泥页岩层6的反射回波。一般地，上述实施例中所述的
倾角为10°～45°。
所述固有频率测量单元22的另一实施例如图3,声波发射换能器和声波接收换能器采用同一声波换能
器9，其既可发射声波，也可接收声波，在径向和轴向上均对准射孔孔眼4。
如上所述一种带有固有频率测量单元的页岩气井增产装置，其特征在于：所述扫频声发射模块的频率
范围为30～300Hz。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细
的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对
其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明
实施例技术方案的范围。