低频声波驱动采油技术讲义

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1、低频声波驱动采油技术中国石油大学（华东）地球资源与信息学院主讲人：申辉林联系电话：8399779；13589970006E-mail：hlshin006@sina.comshenhuilin006@163.com问题的提出？储集层在采液及注水后的变化1、压力下降；天然气析出；地层能量下降。2、孔隙通道堵塞，渗透率下降。其原因主要有：→钻井泥浆及固井液渗滤;→射孔高温使骨架烧结;→石蜡、沥青、胶质析出;→采油和注水使用化学试剂；问题的提出？储集层开发后期变化导致：→在采油井，石油、天然气单井产量和采液量下降；→在注水井，则储集层的吸水能力下降；→使不同储集层段在渗透性上的差

2、异更加明显，即非均质性更为突出，尤其是会使高渗透层段的注入水单层突进，油井的水淹更加严重，有可能降低对整个油藏的石油驱排系数和最终的采收率；→另外，由于储集层非均质性加剧，也增加了后期开发的难度。解决问题方向：恢复地层能量和压力；恢复渗透率。超声清洗的物理机理为了恢复和改善长期开采后的储集层的渗透性能，在上个世纪中期就提出过超声采油的各种技术方案和进行过相关的机理研究。但是直到21世纪初期，由于对声波采油的机理的认识和具体工艺方案的选择都还存在一些问题，因此用超声方法采油还只是在工业试验的规模上进行，还没有形成独立而且有明显经济和市场效益的技术门类。主要技术问题是：声波信

3、号与储集层的孔隙介质以及孔隙中流体的作用机理十分复杂，而且储集层以及储集层只所含流体（石油、天然气、水）的差异十分显著。因此，对声波采油工艺参数的选择（声波信号的频段，作用时间的长短，声波信号的强度或功率）和在井下获得较大功率的声波信号都很困难。另外，即使在某口井或某个油气区中作业成功，当井下条件和区域性储集层或储集层内流体条件改变时，则其作用效果可能会有明显差异。目前能够在工业试验和一定规模上进行的是用低频次声冲击储集层以改善其渗透性能和用超声频段的声波信号对邻近井筒的储集层进行清洗的方法。超声清洗的物理机理超声清洗的机理是应用超声的空化作用。空化是液体中产生空穴的一种

4、特别的物理现象。在静压力为Po的液体中，由于交变声压为Pm的超声作用，如果Pm>Po，在液体的某些局部区域会出现瞬时的负压区，于是液体中可能出现空穴或气泡，空穴或气泡中可能有该液体的蒸汽或者空气，这些空穴或气泡在声场作用下会随声压增加而变大，而且发生振动。当液体中的声压达到一定数值时，空穴或气泡会闭合破裂。超声清洗的物理机理如果空穴中是空气，则空气会空穴的破裂的过程中从液体中被排出，即除气。空穴或气泡中如果是蒸汽，则在空穴或气泡的破裂的过程中由于在局部产生瞬时的高温和高压，其所激起的蒸汽流和同时产生的激波对固体（例如岩石骨架）表面的污染物（例如石油或某些胶体）产生强烈的冲

5、刷作用，使其脱离固体，这种激波的振动还可能使固体表面的污染物薄层由于疲劳而脱离固体表面，同时，微小的气泡还可以钻进固体（岩石骨架）的裂缝或孔隙通道，使其表面的污染物脱落，从而达到对这些部位的清洗。除此之外，附着在储集层孔隙通道或射孔孔眼表面的被油包裹的固体颗粒（砂粒或岩屑），由于油被超声乳化，脱离固体颗粒，从而使粘附在孔隙和孔眼表面的污染物脱离。超声清洗的物理机理超声清洗是能够以较快的速率对几何形状复杂的各种孔道的表面进行清洗，而且不破坏储集层的结构。超声清洗还可与其他清洗方法（例如过热蒸汽清洗、化学清洗和压裂）同时进行，也能够增加这些方法的效果。超声清洗所用的地面和井下

6、设备比较简单和施工容易。超声清洗的施工及联合清洗超声采油的基本思路是通过对储集层——井间孔隙通道的清洗以恢复和改善储集层和井间的渗透流动能力，而其主要过程是清洗储集层和井间的所有孔隙通道。因此，要考虑选择合适的声学参数（声波信号的工作频率、强度或功率），以使在储集层中产生足够的空化作用。超声清洗的基本工作参数超声清洗的基本工作参数空化阈Pc使液体发生空化作用的声压值称为空化阈，记为Pc。前面提到，只有当超声在液体中产生低于液体的静压力Po的“负压”Pm时，才可能产生空化。使液体空化的最小声压值（绝对值）称为空化阈，记为Pc。由于空化现象和沸腾现象类似，因此空化阈Pc和沸腾

7、的温度（沸点Tp，℃）间有以下经验关系：Pc=0.7(Tp–T)+Po式中：T为液体的温度；Pc（绝对值）的单位为大气压（atm，1atm=100kPa）。从上式可见，当液体的温度为沸点时，在其静压下即可空化（汽化）。当液体的温度在沸点Tp以下时，发生空化的条件是液体中产生幅度为Pc的“负”声压。液体温度越高，其中所含气体越多，越容易产生空化。液体的空化阈与所含气体（例如空气）的多少有关。例如，自来水的空化阈约为0.5atm，将自来水除气后，其空化阈增加为1.5atm（声波信号的频率为10KHz）。液体的空化阈还与其黏度有关，