超聲波處理油層技術(shù)模板

1、、前言超聲波油層處理技術(shù)是一項應(yīng)用于油、水井的物理解堵新技 術(shù)。該技術(shù)利用聲波-超聲波的聲學(xué)特性,對油、水井的近井帶污 染、結(jié)垢進行振蕩解堵除垢，以提高油井產(chǎn)量,增加水井注水能力。超聲波解堵技術(shù)早在五、六十年代美國、前蘇聯(lián)就開始了研 究和應(yīng)用,特別前蘇聯(lián)在該技術(shù)的研究與應(yīng)用方面一直處于世界領(lǐng) 先地位，五十年代就進行了各類聲波采油機理的研究與探討,六十年 代進行了大規(guī)模的現(xiàn)場試驗，首先在低滲透、低產(chǎn)、低能井區(qū)進行 水力脈沖聲波解堵處理，并獲得理想的效果,如在茲阿茲石油企業(yè)的 油田電用此技術(shù)陸續(xù)處理了 1624井次,平均有效期為12.1個月,共 增油22萬噸，其實際經(jīng)濟效益達236萬盧布。進入七十

2、年代,前蘇聯(lián) 又領(lǐng)先發(fā)展了大功率電力超聲波油井處理裝置，并在現(xiàn)場應(yīng)用中取 得了成功。1977年前蘇聯(lián)在卡拉讓巴斯油田218號井上進行死井誘 噴的超聲波驅(qū)油試驗，地面聲源10KW在井底形成1-1.5W/c m 2聲 場，經(jīng)過1.5小時后，油井開始自噴?？傊暡ń舛录夹g(shù)在前蘇聯(lián) 做為一項采油技術(shù)巳廣泛應(yīng)用。中國在五、六十年代也曾對超聲波解堵油層技術(shù)應(yīng)用于采油 領(lǐng)域進行了一些研究和試驗,但終因材料、技術(shù)都不過關(guān)，不得不半 途天折。進入九十年代,由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的進步，新型材料 不斷涌現(xiàn)，由華北石油管理局和中科院聯(lián)手，首先在國內(nèi)研制出了超 聲波發(fā)生器和井下?lián)Q能器，并在玉門和華北油田投入試驗取

3、得一定 效果。超聲波解堵技術(shù)具有工藝簡單，施工方便，分層處理能力強，成 本低,見效快等特點，對進入中、晚期油田開發(fā)階段,利用現(xiàn)有常規(guī)增 產(chǎn)技術(shù)工藝施工難度逐年加大，成本費用逐年增高，效果逐年變差, 因此需要對現(xiàn)有工藝技術(shù)進行發(fā)展和更新，以確保油田在中、晚期 開發(fā)階段能繼續(xù)獲得較好的經(jīng)濟效益，為此，我們從1988年4月首先 開展超聲波油層解堵試驗。并成立了一支專業(yè)化隊伍，專門從事物 理法采油的研究應(yīng)用。使該項技術(shù)得到快速發(fā)展。二、超聲波解堵機理超聲波被應(yīng)用于采油領(lǐng)域，其振動是主要原因。所謂振動是指物 體在一定位置附近所作的往復(fù)運動，這是一種很普通的運動形式，諸 如鐘擺的擺動等變化。波分兩種，一種

4、是橫波，其震動方向垂直于波的傳播方向，另一 種是縱波，其震動方向平行于傳播方向，聲波是一種壓縮波，屬于縱 波類型。聲波的穿透能力很強,能夠容易地穿過電磁波無法穿透的 油水層。超聲波是機械波的一種,它具有波的一般特性，即具有振動 及傳遞能量的性質(zhì)。眾所周知，油、水井在開發(fā)生產(chǎn)過程中都會受到各種污染，雖然 當(dāng)今油、氣層保護技術(shù)方興未艾，使油、水井的污染大為降低，但 油、水井從鉆井到完井直至采油、注水，各種諸如射孔、酸化、壓 裂檢泵、防砂、事故處理等各種工藝的不斷實施，使油、水井或 輕或重地受到外來固相侵入、水敏性損害、酸敏損害、堿敏損 害、微粒運移、結(jié)垢、細菌堵塞等損害，造成油、氣、水層的 滲流空

5、間的改變即有效滲透率下降。既然超聲波是機械波的一種，它就能產(chǎn)生一定的物理作用，超 聲波對流體主要有三種作用，即機械作用、空化作用和熱作用。1、機械作用超聲波是彈性介質(zhì)中機械振動的傳播，在傳播過程中，彈性粒 子的振幅、速度發(fā)生顯著變化，從而產(chǎn)生松動，邊界摩擦、微裂隙、 聲流、解聚及熱作用等。（1）機械振動能夠破壞堵塞顆粒與儲層巖石之間的）凝聚力，由于 不同介質(zhì)的聲阻抗不同，因此，在超聲潑的機械振動下，不同聲阻抗 介質(zhì)的聲反射、振動速度的不同以及彈性介質(zhì)的波動，都會破壞堵 塞顆粒與巖面之間）凝聚力，在超聲波的破壞作用下,堵塞顆粒與儲 層巖石發(fā)生剝落，使粘著的顆粒脫離，達到解堵作用。（2）機械振動使

6、毛細管孔徑發(fā)生變化，降低孔隙內(nèi)表面張力，導(dǎo) 致毛細管的脹縮，在未受聲波抗動前,巖拉壓力（外壓）和油藏壓力 （內(nèi)壓）及巖層骨架所承受的壓力（外壓與內(nèi)壓的壓差）處于平衡狀 態(tài)。在超聲波作用下,平衡受到破壞，聲壓的變化導(dǎo)致毛細管內(nèi)外壓 差的變化。由于超聲波的周期性作用，毛細管孔徑隨壓差發(fā)生周期 性的脹大和縮小。毛細管脹大時，使得近井地帶的原油進入孔隙,毛 細管縮小時,孔隙體積變小，有利于把油擠入井內(nèi)。頻率20KHZ左右的超聲波，其位移振幅很小，但聲壓振幅度卻非 常大，由此可見超聲波對孔隙半徑影響很大(從有關(guān)實驗證實)。機械振動產(chǎn)生的沖擊破壞力使巖石發(fā)生微裂紋。由于油、 巖石和水聲特性阻抗的不同,巖石

7、表面面對超聲波產(chǎn)生反射,背向聲 源的發(fā)散波與面向聲源的會聚波在巖石中形成一個壓力稀疏區(qū)，兩 種不同方向的波產(chǎn)生相反方向的應(yīng)力，當(dāng)超過強度極限時，在巖面抗 裂強度較小處，產(chǎn)生微裂紋，據(jù)有關(guān)資料介紹，經(jīng)超聲波作用后的巖 樣在電鏡下觀察充分顯示出錢裂紋的存在。邊界摩擦對油體產(chǎn)生局部加熱作用，邊界摩擦的局部加熱作 用是超聲波熱效應(yīng)來源之一，在流體與固體的分界面處，由于振動速 度的巨大差異，使得超聲波的能量經(jīng)過傳熱和粒滯的機構(gòu)而大大地 轉(zhuǎn)換成熱量。這種作用不但能在油體與巖石的界面處出現(xiàn)。邊界摩 擦僅發(fā)生在局部,而且較激裂,往往會產(chǎn)生局部高溫(例加濕器)對于 粘度較大的原油，吸收系數(shù)大，所造成的局部溫升的

8、十分可觀的。降低油體粘度，提高滲流速度。原油是一種含蠟質(zhì)、膠質(zhì)、 瀝青質(zhì)等多種高分子化合物的流體，在高頻、高強度的超聲波作用 下,機械振動使大分子具有較大的加速.度，形成分子間的相對運動。 由于分子的慣性，使得分子鏈斷裂,大分子被粉碎，特別在空化狀態(tài) 下，這種能聚作用尤為明顯。對于原油中的高分子化合化分子，能聚 作用使其充分地被粉碎,降低原油粘度。當(dāng)然，這必然需要是在高聲 強和長時間的作用下才能發(fā)生。2、空化作用所謂空化是指在超聲波作用下，液體中空泡成長和崩潰的過程 以及伴隨發(fā)生的一系列現(xiàn)象(超聲波空化也能夠認為液體中聲壓變 化的結(jié)果)在液體中一般都存在微小氣泡，在超聲波作用下,氣泡發(fā) 生響應(yīng)

9、，當(dāng)聲壓足夠大時，在伸張過程中，聲場中的拉力使氣泡膨脹, 隨之而來的壓縮過程使氣泡縮小，乃至破滅，氣泡在崩潰瞬間，會伴 有激波的產(chǎn)生，對周圍產(chǎn)生聲波作用。.空化作用引起聲壓變化，消除氣阻，嚴(yán)格來講,超聲去氣與空 化作用的氣泡崩潰是有區(qū)別的，但在儲油層中，存在著各種孔徑尺寸 的氣泡，超聲去氣與空化作用是并存的，儲油層中不但蘊藏著原油， 同時也有大量天然氣存在，在交錯復(fù)雜的油層孔隙中，天然氣以氣核 形式存在于孔隙中，由于液體中很難存在穩(wěn)定的氣泡，因此，這些氣 核一般附著在巖石表面上，計算氣核在毛管孔道中所受的毛管力可 知，大量存在的氣核對油體流動具有很大的阻礙作用,稱之為氣阻。當(dāng)氣核的本征頻率與聲

10、頻相近而發(fā)生共振時，氣核產(chǎn)生強烈振 動。大量氣核在聲場中迅速結(jié)合形成大的氣泡，不斷擴大的氣泡迅 速脫離毛管孔道而達到疏遠目的,同時、在空化作用下氣核在拉伸 周期內(nèi)膨脹而具有一定速度，并靠著慣性達到最大半徑再快速地縮 小，直至崩潰，從而消除流阻，當(dāng)然，由于油體壓強較大，氣核半徑較小, 消除氣阻需要高強度，高頻率的超聲波。（2）空化作用在氣核崩潰時形成激波，產(chǎn)生熱作用?？栈罎ⅲㄌ?別在低頻下）在理想情況下，液體中最大壓強可達上萬大氣壓氣泡內(nèi) 的氣體由于泡熱壓縮溫度也可達數(shù)千度（C），崩潰時產(chǎn)生的激波對 周圍產(chǎn)生強烈的沖擊力，大大地加強了超聲波的機械作用。同時在 小空間的孔隙內(nèi)，激波的產(chǎn)生能擴大巖石的孔隙半徑，增強微裂隙作 用。崩潰間產(chǎn)生的局部高溫是由聲能轉(zhuǎn)化而來的，對于提高油體溫 度，增加流動性具有很好的效果。3、熱作用油體流動時的阻力主要由流體間的摩擦表現(xiàn)出的粘性引起的。 粘度越小，濃度越低，油體中分子碰撞機會越少，油體流動的阻力也 越小。因此，提高油氣滲流速度的主要措施是提高油體溫度，降低油 體粘度。超聲波的熱作用是一種綜合效應(yīng)，第一，超聲波在介質(zhì)的傳 播中被吸收，使得聲能轉(zhuǎn)化為熱能;第二，在不同介質(zhì)的分界處，邊界 摩擦使油體溫度升高;第三，空化作用在氣泡崩潰問釋放出大量的熱 能，頻率越高，吸收效果越好,邊界摩擦也越