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哈特曼声波发生器解堵增注试验与应用研究

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曼声 发生器 解堵增注 试验 应用 研究
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2009年第38卷 第1期第59页 石油矿 机械 009,38(1):59~61 o o 文章编号:1001009)0卜0059特曼声波发生器解堵增注试验与应用研究 宋硕,张建国,马继业,腾学伟 (中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061) 摘要:哈特曼声波发生器又称喷注式声波发生器,是一种机械型的流体动力式声波发生器,主要以 流体为声波的激发源,在油田解堵、增注方面具有广泛的应用前景。介绍了哈特曼声波发生器的机 械结构和工作原理,同时进行了声波岩心解堵试验研究。试验表明,该发生器能够明显地解除地层 堵塞,提高地层的渗流能力。 关键词:哈特曼声波发生器;机械结构;解堵增注 中图分类号:献标识码:A ()A Ji—ue o/57061,a of as of on in of in he of re—mo…P 由于钻井、完井、压裂、注气、注水和井下作业等 对地层造成了污染和损害,地层中流体细菌的滋生 以及地层本身的结垢和结蜡,导致了地层孔隙堵塞, 地下流体流动通道关闭,渗流阻力增大,严重影响了 油井产能和水井的吸水能力。如何有效地防止油层 污染,成为当前采油工作者所面临的重要课题。 1 机械结构 哈特曼(波发生器是指以高速 流体为动力源,在机械装置中产生振动同时激发 声波的一种声波发生装置,主要由圆形喷腔和谐 振腔2部分组成,圆形喷腔和谐振腔保持同轴 线,圆形喷腔末端带有一个长方形的窄缝喷口 与谐振腔保持正对位置。喷腔是流体激发源,属 于激发系统;谐振腔是一种机械式的共振腔,用 来反射高速流体,达到与来流相碰撞的目的,属 于能量反馈系统。哈特曼声波发生器结构示意 如图1。 收稿日期:2008—05—26 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)“声波防蜡降粘及解堵增产技术研究”(2006部分研究成果 作者简介:宋 硕(1982~),男,安徽宿州人,硕士研究生,从事油气田开发研究工作,E—63.石油矿场机械 2009年1月 3 1一圆形喷腔;2一高速喷嘴;3谐振腔 图l 哈特曼声波发生器结构示意 2 发声机理 圆形喷腔一谐振腔系统是哈特曼式声波发生器 的基本振动系统,流体进入喷腔后,由于喷口的截面 积急剧收缩,流体会以极高的速度喷出,喷出的流体 在喷口前形成一个扩散区域,该区域内流体压力呈 现出周期性的变化。当周期变化的流体射入喷口正 前方的谐振腔内,就形成了一个谐振系统,谐振腔内 流体的压力会越来越高并最终反馈出来,反冲流体 与入射流体相互碰撞,在垂直与对称轴方向上形成 声波振荡,从而产生了声波。研究表明,当喷腔的射 流频率与谐振腔的本征频率一致时,能够发出强烈 的高频振动声波,甚至为超声波口 ]。 3声波解除地层堵塞机理 声波在含油地层内对原油和岩石的作用主要表 现在机械效用、空化效用和热效用3个方面。由于 地层流体存在粘滞性,在流经孔道时会在孔道中形 成附面层,减小空隙半径,导致毛管流动半径变小, 渗流能力降低,若油层流体内含有的细小固体物质 吸附在附面层上,就会造成油层的堵塞。当声波作 用于油层时,原油流体及储油岩层随声波一起振动, 由于油水及岩石物质密度不同,所以各自产生的振 动加速度和振幅也不同,致使2种相态的物质界面 产生相对运动,并出现撕裂趋势,从而使原油与岩石 的亲和力减弱,破坏、剥落附面层,使原油脱离砂岩。 当声波的强度和频率达到一定值时将产生空化现 象,在地层的裂缝或孔隙表面发生空化爆炸,可以将 粘附在孔隙或裂缝表面的颗粒炸掉,被流动着的流 体迅速带走,从而达到油层解堵的目的 引。 4室内解堵试验 4.1试验装置及仪器 试验装置主要包括电动机、螺杆泵(理论排量 3.16 m。/h)、循环水箱、调频器和哈特曼声波发生 器,如图2。 图2声波解堵试验装置框图 试验循环液为自来水。 4.2试验方法及步骤 试验采用现场提供的普通泥浆进行人造岩心污 染,岩心采用石英砂和地层砂按1:3的比例混合 均匀后制造。岩心污染前先测出一组渗透率;然后 用泥浆在高压容器内对岩心污染15 渗透率;最后进行声波解堵措施处理后再测一组 渗透率。对这3组岩心渗透率测量结果进行比较, 可以分析出泥浆对岩心的污染程度和声波解堵措施 的效果。 4.3解堵效果及评价 在试验室内对岩心渗透率的测量采用水测方 法,为了防止驱替过程中对岩心的污染,驱替水均使 用蒸馏水。由达西定律计算出所测岩心渗透率,解 堵效果可以用下式评价,即 式中,;忌 为污染后渗透率(或原 始渗透率), m ;是:为解堵后渗透率, m。。 解堵试验结果如表1。 表1 泥浆污染及解堵试验数据 岩心号 直径 / 伤 解 c 7O 7O 7O 7O 81.2 87.0 91.1 87.2 167.0 122.8 97.4 248.3 51.4 71.1 61.3 58.3 \\ 4 1 3 6 9 1 6 6 弘∞ O O O O O 0 5 4 2 O O 1 加 O O 0 O 6 6 1 4 9 5 1 3 粥 1 1 O 1 第38卷第1期 宋硕,等:哈特曼声波发生器解堵增注试验与应用研究 由表1可以看出,利用哈特曼声波发生器振荡 处理后岩心渗透率均有大幅度的增加,相对与污染 后的岩心平均增加了158.9 ,相对与原始岩心平 均增加了60.5 。说明利用哈特曼声波发生器处 理地层,可有效地解除地层堵塞,恢复地层渗透率。 5 现场应用 该项技术先后在孤东油田六区、七区和八区共 试验油水井艺成功率100 ,解堵有效率 100 。其中,油井解堵试验4口井,均为地层堵塞 不供液停产井,措施后平均单井日增液20 t,日增油 5.4 t,平均单井有效期139 d。注水井解堵试验6 口井,措施后均收到了较好的降压增注效果,平均单 井油压下降1.46 均单井日增水55.2 m。, 平均单井有效期243 d,最长的达423 d。由此可以 看出,采用物理法声波进行油水井解堵能取得明显 的效果,表现为油井增液、增油,水井注入压力下降, 注水量增加。现场应用情况如表2~3。 表2油井解堵现场数据 表3水井解堵现场数据 6 结论 用于深度堵塞油水井的解堵。 1) 哈特曼声波发生器能够较好地解除泥浆污 染、泥质粉砂、无机垢和机械杂质等造成的油水井近 井地层堵塞。 2) 该装置结构简单,成本低廉,施工方便,且 激发源可以直接使用油田用水。 3)该方法既能达到地层解堵的目的,又可以 避免采用化学解堵方法对地层及油管和套管造成的 伤害。 4) 由于该装置作用频率几乎在超声波范围, 所以能量衰减快,声波在地层内传播距离较近,不宜 参考文献: [1]路斌.流体动力式发生器在采油工业中的应用研究 物理学和高新技术,2004,33(4):278—281. 建国.喷注式声波增注器的实验研究石 油矿场机械,2001,30(5):8斌,张建国,关继腾,等.喷注边棱式声波发生器的 研究石油矿场机械,2002,31(3):27—31. 博仲.波场采油北京:石油工业出版社,1996. 张建国,靳宗宾,杨炳华,等.哈特曼声波发生器解堵 深度的理论计算石油矿场机械,2008,37(1o): 36
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