水力振動(dòng)解除油層傷害技術(shù)研究

水力振動(dòng)解除油層傷害技術(shù)研究

1油層解堵技術(shù)在油田生產(chǎn)中，油氣層受到不同程度的破壞，油田產(chǎn)量降低，鉆頭生產(chǎn)必要，這嚴(yán)重影響了油田生產(chǎn)。因此,如何有效地清除油層傷害,是提高油井采收率的關(guān)鍵問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的研究,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)多種油層解堵技術(shù),其中的水力振動(dòng)解堵技術(shù),以其獨(dú)特作用,正越來(lái)越受到重視。噴注式水力振動(dòng)解堵技術(shù)是一種油層解堵新技術(shù),它利用水力振動(dòng)器產(chǎn)生的振動(dòng)波直接作用于污染油層,通過(guò)流體振動(dòng)作用解除地層雜質(zhì)堵塞等造成的污染,恢復(fù)近井地帶地層滲透率,達(dá)到增加油井產(chǎn)量,提高水井注水量的目的。水力振動(dòng)解堵現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖1所示。2流體動(dòng)力式發(fā)生器目前在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在著多種類型的水力振動(dòng)發(fā)生器,本文中所研究的是一種流體動(dòng)力式發(fā)生器,基本結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要由噴腔和諧振腔組成。當(dāng)流體從噴口中高速射出時(shí),由于噴口截面的突然收縮,會(huì)使得噴口前的流體壓力呈現(xiàn)出周期性的變化結(jié)構(gòu),壓力變化如曲線3實(shí)驗(yàn)與討論3.1駐極體傳聲器考慮到測(cè)量和實(shí)驗(yàn)觀察的方便性,實(shí)驗(yàn)中采用空氣代替水介質(zhì),這在流速較小的情況下是可行的。實(shí)驗(yàn)測(cè)量方塊如圖3所示。測(cè)試傳聲器采用中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)所研制的MK224駐極體傳聲器,頻率響應(yīng)范圍為20Hz-25kHz,不均勻度3dB,靈敏度47.9mv/Pa,動(dòng)態(tài)范圍為聲壓級(jí)不大于150dB,外直徑為12.7mm。HP54602A型數(shù)字存儲(chǔ)示波器頻率響應(yīng)帶寬為0-100MHz,最快掃描速度為2μs/div,具有數(shù)字自動(dòng)存儲(chǔ)和信號(hào)自動(dòng)測(cè)量以及FFT功能,上述儀器性能可充分滿足測(cè)試要求。3.2諧振頻率隨腔深變化的規(guī)律Hartmann實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同尺寸的諧振頻率進(jìn)行了測(cè)試,現(xiàn)以由圖4可以看出,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi),測(cè)量結(jié)果與理論值基本吻合,在保持噴口與諧振腔直徑不變的條件下,諧振腔深是改變諧振頻率的唯一因素。腔深變大,頻率降低,反之,則增大,流壓的變化對(duì)諧振頻率基本無(wú)影響。因此,可以通過(guò)腔深的改變來(lái)調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率,控制振動(dòng)波對(duì)堵塞地層的作用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),一般設(shè)計(jì)振動(dòng)頻率為4KHz3.3振動(dòng)波的頻率分析根據(jù)上述分析可知,當(dāng)噴口射流頻率與諧振腔的本征頻率一致時(shí),即可發(fā)生共振。振動(dòng)處于諧振狀態(tài)下時(shí),通過(guò)示波器可觀察到較為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波,圖5是利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所獲得的諧振態(tài)波形。從圖中可以看出,其周期和幅值基本保持不變,說(shuō)明諧振狀態(tài)下的振動(dòng)波具有較好的周期性。但經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)一步的頻譜分析后發(fā)現(xiàn),振動(dòng)波頻譜實(shí)際上包括一個(gè)基頻波、一族諧波以及譜下部的寬帶分量。圖6是利用示波器的FFT功能觀察到的頻譜圖,其中通過(guò)頻域測(cè)得的基頻值與時(shí)域測(cè)得的頻率一致,約為7.8KHz?；l部分的聲壓幅值較高,諧波的聲壓值隨頻率的增高而逐漸減少。各個(gè)諧波的頻率是基頻值的倍數(shù),且攜帶著一定的能量。振動(dòng)波具有諧波性,進(jìn)一步增強(qiáng)了作用效果。這是因?yàn)檎駝?dòng)頻率不同,波長(zhǎng)也不同,只有當(dāng)波長(zhǎng)尺寸與堵塞顆粒為同一數(shù)量級(jí)時(shí),才能產(chǎn)生最有效的解堵效果。通常來(lái)說(shuō),污染油層中的毛細(xì)管孔徑以及微型裂隙尺寸的變化范圍較大,不同的振動(dòng)頻率可以對(duì)不同尺寸的堵塞顆粒產(chǎn)生作用,但同時(shí)應(yīng)考慮到頻譜的豐富會(huì)導(dǎo)致能量分散,使得不同頻段的解堵效果降低,因此需要振動(dòng)器具有足夠的功率作為保障。3.4空氣中聲功率的測(cè)量需要指出的是,流體動(dòng)力式振動(dòng)發(fā)生器是以流體射流作為動(dòng)力源激發(fā)振動(dòng)波的,而射流的流體力學(xué)是一個(gè)較為復(fù)雜的課題,大部分研究主要基于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)曲線來(lái)考慮問(wèn)題?；趯?shí)驗(yàn)條件的限制,本文僅根據(jù)Hartmann的實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行了理論上的估算從振動(dòng)器輻射出的振動(dòng)能量主要包括兩個(gè)部分,連續(xù)射流的沖擊能量和以波動(dòng)形式輻射的振動(dòng)能,后者是我們需要利用和提高的部分。通過(guò)圖表法可以對(duì)空氣介質(zhì)中的聲功率進(jìn)行測(cè)算,以聲功率為研究對(duì)象是因?yàn)檎駝?dòng)在空氣中是以聲的形式進(jìn)行傳播的。一般情況下,發(fā)生器在空氣流體中的聲效率為10%～20%,這是比較公認(rèn)的研究觀點(diǎn),換言之,輻射出的聲能占空氣絕熱壓縮功的10%～20%。圖7、圖8分別是噴口和諧振腔直徑為1mm時(shí)空氣流出量以流壓為2Kg/cm3.5流壓、噴距影響發(fā)生器工作狀態(tài)的因素很多,包括發(fā)生器尺寸、流壓、噴距。在噴口與諧振腔直徑相等的條件下,振動(dòng)器的主要工作參數(shù)包括諧振腔深度實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),流壓和噴距還影響著諧振狀態(tài)的產(chǎn)生,這與前人研究結(jié)果3.6巖心解堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了驗(yàn)證振動(dòng)器的解堵增注效果,進(jìn)行了室內(nèi)解堵實(shí)驗(yàn)。首先,選擇不同滲透率的巖心,在測(cè)定巖心的氣測(cè)滲透率和水測(cè)滲透率后,用泥漿進(jìn)行污染,再測(cè)定水測(cè)滲透率確定污染程度;其次,將污染后的巖心在確定的條件下進(jìn)行解堵實(shí)驗(yàn),巖心經(jīng)解堵后水測(cè)其滲透率,計(jì)算解堵效果,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,并分別計(jì)算出污染程度及解堵后的恢復(fù)程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出,發(fā)生器產(chǎn)生的水力振動(dòng)對(duì)于解除地層污染的確有效,在上述實(shí)驗(yàn)條件下,可使較高滲透率巖心的滲透率恢復(fù)126.5%,而對(duì)較低滲透率地層的滲透率恢復(fù)177.1%,相對(duì)于污染前的滲透率來(lái)說(shuō),恢復(fù)程度是高滲透率巖心大于低滲透率巖心。4試驗(yàn)井的井量及解堵效果為了驗(yàn)證振動(dòng)解堵的效果,在勝利油田進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),取得了良好的效果。試驗(yàn)井為十口,包括4口油井,6口水井,解堵有效率為100%。其中油井為繞絲管堵塞不供液停產(chǎn)井,作用后平均單井增液20噸,日增油5.4噸,平均有效期139天。注水井也見(jiàn)到了較好的降壓效果,平均單井日增水55.2M5發(fā)生器功率的優(yōu)化建議(1)水力振動(dòng)可以有效地減輕對(duì)油層的傷害,提高油層滲透率;(2)水力振動(dòng)解堵技術(shù)具有施工方便、易于推廣、有效率高和適用性強(qiáng)等特點(diǎn),尤其是適用于常規(guī)改造措施無(wú)效的油井和達(dá)不到