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超声波解堵深度试验研究

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超声波 深度 试验 研究
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中国石油大学(华东)硕士学位论文超声波解堵深度试验研究姓名:刘晋伟申请学位级别:硕士专业:油气田开发工程指导教师:孙仁远20090401摘要我国油藏类型繁多而复杂,开采过程中采用多种工艺技术以及增产措施,导致各种矛盾日益突出,油层受到各种各样的伤害,使油田开发难度增加。超声波作为一种投入小、无地层伤害、效果好的解堵方法,给油藏开发带来了希望。本文对超声波解除地层堵塞的原理、影响因素、解堵范围进行了初步探讨,通过文献的调研,对超声波解堵范围进行讨论。首先通过试验研究了超声波在平板模型、长管模型、人造岩心中的衰减情况,其中平板模型和长管模型分别装水和砂。试验发现在各个模型中水的衰减系数随着测量距离增加而增大,衰减系数要比理论值要大,而且模型越d,中超声波的衰减很剧烈,在于发生了严重的频散现象,没有测得频率。在人造岩心中超声波的衰减受到了超声波功率、频率以及岩心孔隙度的影响,超声波功率越大、频率越高、岩心孔隙度越大,衰减越大。通过衰减的研究为超声波作用范围提供了参考。试验通过对粘土污染后的人造岩心进行了解堵试验。通过对不同渗透率、不同长度、不同孔隙度的人造岩心进行不同功率、不同时间的作用,研究了岩心参数和超声波参数对解除堵塞的影响。试验证明超声波解除地层堵塞的距离约为7着,进行了正交试验,研究岩心参数和超声波各参数对解堵的影响大小,试验认为超声波的功率是影响超声波解堵的最关键的因素,从而优化了超声波解堵需要的参数。关键字:超声波,衰减,解堵,作用距离il of is of in to of to to do to in he of is in nd,of is he of in is t is in in is in in in is of a of f.of in is by of it is of of is he of of of of by is by to he in is to of is to t is of is he is to on of it is is 呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,本论文不包含其它人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得中国石油大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名: 塞!期: 年 月 日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版和电子版),使用方式包括但不限于:保留学位论文,按规定向国家有关部门(机构)送交学位论文,以学术交流为目的赠送和交换学位论文,允许学位论文被查阅、借阅和复印,将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名:一型重鱼一一指导教师签名: 罩:盘圣日期:日期:年年月月日日中国石油大学(华东)硕士学位论文1.1研究目的及意义第一章 引言我国的油藏类型多而复杂,在开采过程中容易受到各种各样的伤害,对油田的正常生产影响很大,必须采取多种解堵、增产工艺措施。酸化、压裂是解除油层污染的有效方法,近年来得到了长足的发展。物理法解堵技术具有无伤害、成本低、见效快、可多次处理、可与其它工艺措施复合等优点,因而受到油田企业的青睐。超声波解堵技术是以物理、化学作用为基础,在处理地层时,不向地层引入流体,无造成污染的外来因素,不会再次对油层产生伤害,它几乎可用于油田开采的全过程,而且工艺简单,操作方便,经济效益高。据国外资料报道,利用超声波处理油井和油层,可提高原油产量40%'50%,提高采收率10%以上,其成功率可达80%以上【1‘3】,因而具有广阔的应用前景。大功率超声波处理油层不同于传统的小功率超声波传播,不能采用线性化处理,解堵深度的研究尽管受到关注,但研究不够深入,不能有效地指导现场试验。本课题采用平板模型、长管填砂模型、岩心模型等多种模型,研究功率超声在其中的衰减规律;对污染岩心,采用不同参数的超声波处理,研究解堵效果与超声波处理参数、岩石性质之间的关系,探索影响超声波解堵深度的因素,并对超声波解堵参数进行了优化。通过研究,以期为超声波解堵的现场试验提供理论依据,为超声波解堵技术的大规模推广应用创造条件。1.2油层污染对油气田开发的影响油井堵塞是油气层伤害的表现之一。在进行钻井、完井、采油、增产、修井等各种作业时,储集层近井地带流体(包括液流、气流或多相流)产出或注人能力有任何障碍出现时,油气层伤害也就随之产生了。不论是钻井、采油、注水开发,还是在提高采收率的各种作业中,油井堵塞问题都是普遍存在的。对油井堵塞类型进行分类可以更好地、更经济地、更有针对性地制定解堵措施。根据造成堵塞的原因将堵塞类型分为:地层敏感、有机物沉积、无机盐析出、颗粒运移、乳化堵塞和细菌堵塞以及开发过程中产生的其他堵塞物。其中,地层敏感又有水敏、盐酸酸敏、其他酸酸敏、盐敏和速敏等。无机盐沉淀又细分为铁盐(e()堵塞和一章引言】。(1)无机垢引起的堵塞无机垢又简称垢。油田最常见的垢是碳酸钙、石膏、硫酸钡、铁垢、氯化物垢、硅垢等等。垢通常是不相配伍的水混合后或者是打乱了水的热力学平衡而形成的沉淀物。外来流体与储层岩石作用产生五敏损害。研究表明,五敏侵入深度可达2到61。(2)有机沉积物引起的堵塞有机沉积物是压力和温度降低时重烃(石蜡或沥青)沉淀而形成的产物。这是蒸馏的一种形式。它们通常位于油管、孔眼或地层中。尽管地层中有机沉积物的形成机理很复杂,但其主要的机理是由于流动系统中压力或温度变化。井筒的冷却或者注入冷的施工液体都可以产生有机沉积物。常见的有机沉积物有石蜡、沥青质、焦油。(3)界面堵塞界面堵塞指存在于油水界面、固液界面和两(多)相界面上的界面张力,它能在地层多孔介质中产生阻止流体流动的乳化、润湿和水锁作用,可导致严重的堵塞问题。常见的界面堵塞包括:乳化液、润湿性改变、水锁。(4)外来颗粒堵塞外来颗粒是指除了自然发生运移的颗粒如粘土或微粒外,在钻井、完井、修井、增产措施以及二次或三次采油都能向地层引入外来颗粒。外来颗粒可堵塞地层孔隙喉道,使近井地带发生伤害。常见问题有:孔隙中桥塞、孔眼中堵塞以及高固化液体向天然裂缝及支撑裂缝系统中的大量滤失。钻井液、完井液等各种工作流体以及压井流体和注入流体往往含有有害颗粒、杂质、岩屑、砂子等固相污染物质。它们先在正向压差作用下进入井周围储层堵塞孔喉,然后在井壁附近沉积成泥饼。据相侵入深度达2到5别地层侵入达10入越深对储层损害越大【5】。(5)酸反应及其产物引起的堵塞酸化增产时会引起许多堵塞问题,如:油管上的伤害物质进入地层;表面活性剂使油藏变为油湿,特别是缓蚀剂,它还能引起乳化堵塞;水锁;当注人大量酸液时产生沥青或石蜡沉积【6】。油田常规的解堵技术消除堵塞方法基本分为两大类:一类是物理解堵技术,它是通过物理手段改变堵塞2中国石油大学(华东)硕士学位论文物的形态和分布,改善油流通道阻力;另一类是化学解堵技术,它是通过分析研究不同堵塞物的化学性质和分布规律,采用不同的化学洗井方法溶蚀、携带、消除堵塞物,降低通道阻力,以提高原油产量。后来又出现了微生物解堵技术。(1)物理解堵法①超声波解堵技术超声波是一种机械波,其重要特性在于其功率。传播介质不同,其传播速度也不同(传播速度=波长×频率),频率越高,波长越短,介质质点所获得的机械能就越大,所产生的加速度也就越大,从而使得介质中的压力具有很大的瞬时变化。超声波对流体和地层的作用大致可分为三个方面,即机械作用、空化作用和热作用。可以解除因蜡、含油污水、颗粒聚合物产生的污染,进而恢复油层渗透率,还具有降低原油粘度、提高油层的渗透率作用,是一种先进的物理采油新方法【刀。如图1.1就是超声波处理油层的示意图,它说明了超声波采油技术在现场的使用情况。器图11of 艺简单,设备人员少,不损害地层,无环境污染,适用范围广等许多优点受到石油界的广泛重视。国外在60,70年代将超声波采油技术投入现场应用,以前苏联、美国为代表的国家在90年代初更是进行大面积的推广应用,可使油井产油量提高40%'-'国内在70年代开始了该技术的探讨,90年代初,开展了大量的室内实验对超声波的采油机理进行研究,取得不错的成绩。但在现场应用方面报道很少【9】。江苏油田经过几年的研究,终于研制成功大功率容量的新型超声设备,换能器功率3第一章引言容量在100℃条件下工作,最大有效处理深度为2650m,为国内最深。同时开展了大量的室内试验研究,优选了处理工作参数,加上优化选井选层,大大提高了处理效果,措施有效率84%,投入产出比达1:10.8,该技术在江苏、四得了显著的增产效果和经济效果19]。②电液压解堵技术液压冲击法是通过在井内液体中高压放电产生的压力脉冲定向传播,选择性处理注入水波及差的油层,从而达到增产原油和降低含水的目的。其物理实质是高压击穿充满井内的局部介质,在液体中,脉冲放电具有很高的能量密度,在容积很小的放电孔道内迅速释放出大量能量,产生大密度的高压等离子体,继而形成强大的冲击波。可以清除油层孔道的乳化液珠、无机固体、有机固体等沉积物,疏通孔道,解除孔喉堵塞。电液压处理油层的第二个作用机理是造缝。将油层岩石视为非连续均匀材料,用材料力学和断缝力学理论来分析脉冲波的造缝机理。在高速加载(冲击)条件下材料的断缝强度明显降低,最大断裂应力一般低于静水柱压力载荷的疲劳强度。脉冲作用使非连续均匀的岩石内产生相对撕裂的剪切应力,当局部的剪切应力超过疲劳强度时就会产生微裂缝或宏观裂缝并高速扩展,直到冲击应力与岩石的疲劳应力相平衡时才会停止。这种高压脉冲波的传播距离超过200m,其作用可达到远井地层‘10】。岩芯的处理效果不仅与放电功率有关,而且与岩芯的原始渗透率有关【11】。机械作用是解除地层堵塞的主要机理之一【121。③射流解堵技术高压射流是一种可控转速的高压旋转射流解堵工具。用油管将该工具连同过滤器、单向阀、扶正器一起送至井下射孔段顶部后,地面水泥车开泵加压15"-'30加有防膨剂、防蜡剂、粘土稳定剂及活性剂的高压水通过油管、单向过滤器进入旋转射流发生器,通过喷嘴产生多股径向高压水射流,驱动工具旋转,同时地面作业车缓慢下放油管,使工具在射孔段边下行边旋转,径向喷出的多股旋转射流不断冲击炮眼并作用于地层,一方面使地层堵塞物松动脱落,随液体排出,同时使岩石裂缝延伸扩大并产生新的微裂缝;另一方面可降低原油粘度,改善原油流动性能,提高原油采出程度,从而达到深穿透解堵、增产、增注的目的【10】。④冲击波解堵随着油田开发的深入,钻井、作业、洗井污染时有发生,长期注水也对地层造成一定程度的伤害,导致油层不同程度堵塞。冲击波解堵技术是一种兼顾物理和化学综合作4中国石油大学(华东)硕士学位论文用的解除油层污染措施,可以在一定程度上克服压裂、酸化及其它物理或化学方法的适应性差、费用高及井底残酸污物难以排尽等问题。冲击波解堵利用冲击弹在井下有规律地(分阶段)燃烧,产生高能量的冲击波并以一定的增压速度加载于地层,在近井地带形成5~15效提高井筒附近地层的渗流能力。火药燃烧产生的气体一部分溶解形成酸液,另一部分以气泡形式存在液体中,气泡的成长或崩溃过程中会产生一系列反应,气泡破裂时产生瞬时高压,能粉碎一定尺寸的微粒,使污垢被溶解、分散而得到解除。而燃烧放出的大量热量可溶解近井地带的蜡质和沥青质、降低原油的粘度,井筒中液体震荡形成的脉冲波能有效地清除近井地层孔道和炮眼中的胶质和其他固相沉积物的堵塞,从而达到解堵、增产、增注的目的【”】。火药燃烧产生的气流,一部分直接由井底向井口冲击,另一部分以冲击波的形式迅速进入地层,随即返回井底向井口冲击,因此在近井地带形成负压区,在负压作用下,近井油层孔道内的堵塞物会由地层排出,也达到解堵目的【l 41。⑤高能气体压裂高能气体压裂是一项用于油气层改造的新兴压裂技术,亦称爆燃压裂、可控脉冲压裂或多缝压裂。它利用特定的火药或推进剂在油气井的生产层段进行可控燃烧,迅速产生大量的高温高压燃气,爆炸时火药燃烧释放出大量热量,在绝热条件下使气体温度达千度以上[14】,对井壁及地层形成脉冲加载来压裂油气层,可以形成自井眼呈放射状展开的多条径向裂缝,有效地穿透在钻井、完井过程中形成的污染带,清除油气层堵塞物,并尽可能沟通地层中的天然裂缝,从而改善地层的渗透性,达到增产增注的目的。高能气体压裂技术突出的特点和优势是:(1)无需用大型昂贵的压裂设备和车辆以及大量的压裂液和支撑剂等,费用低廉。(2)工艺简便易行,周期短,基本不受场地限制,对油层无污染,无污水返排问题。(3)压裂增产机理独特,连通天然微细裂缝的可能性较大。(4)技术适应面广。即可用于油、气、水井的近井地带解堵,又可用来形成新裂缝,也能与其它增产措施结合形成综合增产措施。尤其适用于气井和不宜采用水力压裂或酸化的水敏及酸敏油气层。(5)可通过优化系统设计,控制压力一时间(程,达到保护套管的目的。从总体而言,由于高能气体压裂加载速率较高,从而决定了其适用地层为脆性岩层,而不适用蠕变性较强的塑性地层,在泥岩地层中反而可能产生“压实效应"[10]云质灰岩、白云岩和泥质含量较低的砂岩不适用的岩性是泥岩、泥质含5第一章引言量较高的泥灰岩和泥砂岩等。此外胶结疏松的砂岩地层压裂后可能引起严重出砂问题,因此选层时应慎重对待【15】。⑥蒸汽吞吐解堵法【4】蒸汽吞吐解堵法利用地面加热装置将水加热成水蒸汽,再注入施工层段,热量使稠油结蜡升温,粘度降低,流动性增强,从而解除堵塞。改进的蒸汽吞吐法添加辅助化学剂如降粘剂、防膨剂等功能助剂以进一步增强解堵效果。该技术适用于解除单项的有机沉积引起的近井地带堵塞,解堵效果明显,但是热能利用率低,有效期短。(2)化学解堵法化学增产处理就是油井射孔后靠酸液的化学溶蚀作用以及向地层挤酸时的水力作用来提高地层的渗透性能。其目的在于解除钻井和完井(射孔孔眼压实带)等造成的地层污染堵塞,恢复地层的天然渗透能力,改造低渗透层,打开油流入井通道【161。.①热化学解堵热化学解堵技术(解除气井蜡质堵塞、毛细管“液锁”堵塞的有效方法。它对地层无污染,施工简单,成本低廉。在发热剂中添加合适的延缓剂和分散剂,通过调整延缓剂浓度控制反应时间,可以对不同井况和井深进行精确施工。热化学技术利用亚硝酸盐与铵盐溶液在油层中的放热放气反应以及配方中所添加的降粘剂,能有效地解除有机沉淀淤积或油垢引起的深部堵塞。热化学处理剂由发热剂、延缓剂、分散剂等组成。发热剂在延缓剂的控制下发生热化学反应:伍‘=2个+2 (1—1)离子式:删=Ⅳ2个+2日20+Q (1为发热量,可由化学热力学数据求得,即:篓羊蚪篙篇0篙魍。一 l= . q 温热水和氯化钠盐水。其中盐水对大多数产层无损害,大量的氮气可以提高气井压力,并在较大压力冲击作用下冲洗气层,把堵塞物和溶解垢一起举升到地面。亚硝酸钠和氯化铵溶液混合后,通过调节延缓剂的浓度来控制反应速度,通过分散剂分散堵塞物㈣。②常规酸液解堵6中国石油大学(华东)硕士学位论文常规酸液解堵法是一种常用的解堵措施。在近井地带地层注入盐酸(碳酸盐岩储层)或盐酸氢氟酸混合液(砂岩储层)可溶蚀无机颗粒及造岩矿物,但酸液反应速度快,有效作用距离短,对低渗透率储层的解堵效果不佳。该技术适用于解除单项的无机物沉淀及岩石碎屑堵塞,是目前油田普遍使用的方法【4】。⑨低伤害缓速酸由于酸能够溶解地层矿物及钻井或修井作业时漏入底层的泥浆等外来物质,所以被用于油气井增产措施。溶解上述物质所获得的增产程度取决于很多因素,其中包括选用的酸处理工艺。常用的酸处理工艺为:酸洗、基质酸化以及压裂酸化。由于较小规模的酸化措施有可能极大的提高油井产能,所以通常在经济上酸化是有吸引力的。另外,运用该措施的风险也是不能忽视的,基质酸化涉及复杂的化学和传输现象,这极有可能消除了一种伤害却产生另外的伤害。常用的酸化药剂主要有四种:无机酸、有机酸、复合酸(有机+无机)、低碳混合有机酸。无机酸酸化药剂主要适用低渗、连通性差,并且油层富铁矿物含量低和胶质、沥青质、蜡低的油井。有机酸酸化适合有机质(胶质、沥青质、蜡)造成的地层堵塞。复合酸酸化可以起到解除有机、无机堵塞的作用,但是不能解决乳状液堵塞造成的液锁、水锁伤害。低碳混合有机酸能够解除乳状液堵塞、粘土膨胀、水锁伤害以及有机沉淀。(3)微生物解堵法【181微生物解堵技术是目前国内外发展较迅速的一项提高原油采收率的高新生物技术,以其工艺简单、投资少、见效快、无污染等特点而越来越受到人们的重视。它是指利用微生物对有机物污染进行解堵。其代谢产生的生物表面活性剂,可改善原油与岩石、原油与水、水与岩石的界面特性,促进原油流动,增加产能。微生物与石蜡的代谢物(有机酸如乳酸、丁酸等,表面活性剂如糖脂、中性脂等,有机溶剂如乙醇、丁醇等)均具有很高的表面活性,能激活和清洗岩石表面的固解物,降低油水界面的张力,疏通井底油层的孔隙通道,从而降低残余油饱和度,达到增加产量提高原油采收率的目的。微生物菌体可以被油层中的颗粒吸附,使颗粒周围的极性增强,颗粒与岩石作用力减弱,从而清除一些杂质对岩石孔道的堵塞,起到疏通孔道,提高渗透率的作用,从而提高油井产能。2005年大庆油田采油一厂现场施工微生物解堵15口井。有效井数14口,解堵初期有效率达到93.3%,该14口井解堵后油井产液量、产油量均有不同程度的增加。14口井解堵前平均单井日产液7.21t,产油2.0t,含水73.2%,沉没度422.89m,泵效25.09%;7第一章引言解堵后初期平均单井日产液15.3t,产油4.43t, 含水69.9%,沉没度485.58m,泵效46.04%。解堵前后对比单井日增液8.07t,增油2.43t,沉没度上升62.69m,泵效提高20.96%,累计增液20189t,累计增油4500t,平均有效期达到238天,最长有效期达到450天【19】。1.4超声波衰减检测方法【20】测量衰减系数的方法很多下面介绍几种。1、光学法光学法测量超声波吸收是经典方法,它的优点是光路系统与超声波相互独立,即光束不扰乱声场,测量原理依然是基于超声光衍射效应。声强不大时,衍射光与声强成正比,这时只出现正负一级衍射光谱,因此,只要检测出一级衍射光强的变化便可以知道光束所通过这部分介质中声强的变化。测量过程中,激光源扩束后经过透镜形成平行光,呗光栏截去部分后形成窄束平行光通过超声场,零级条纹呗屏蔽后,只让一级衍射光谱射入光点倍增管光电接收窗。通过前级放大、滤波后送人记录器,记录器驱动同步马达带动超声水槽在垂直光束方向上水平移动。声源产生高频振荡信号作用在换能器上。当记录器工作时可带动超声水槽移动。这时记录的强光亦随着发生改变。这样就可以得到衰减系数。此法亦可以测量透明固体试样的超声衰减。此时,声脉冲衍射的光强波形的高度与声强成正比。利用光学法还可以对某些不透明样品进行声吸收测量,不过这时将样品放在声源换能器与光束之间,液槽与光路垂直而且固定不动,测量样品浸入前后第一级衍射光强的变化。这种比较方法要求样品与液体的声阻抗率相近,以免在样品上发生声反射。光学法测量声吸收要由光电接受装置测量光强。一般来说,这种装置比较复杂,对环境也要就无杂散光影响。2、脉冲法利用脉冲法校准换能器可以不必字消声室自由声场中进行,而且脉冲法最为使用。原理简单,适用与固、液、气多重介质以及不同吸收系数的各种样品材料。基本脉冲法包括移板法、多次反射法和比较法。移板法即移动反射板以改变声程的距离,记录不同声程处的反射声脉冲的高度。利用示波器上测量的脉冲幅值来计算声衰减系数。它只适用与液体介质。多次反射法则使反射板固定不动,或者利用固体试样的两个平面端面,使声波脉冲在两者之间来回多次反射。它适合于吸收较小的固体、液体8中国石油大学(华东)硕士学位论文介质。比较法可以克服上述两者情况引起的误差,在相同的机械装置条件下,分别测量标准介质与被测介质的脉冲幅值来计算吸收系数。脉冲法的测量特点是可以使用很高的频率。3、超声干涉仪法利用驻波原理精确测量声波在媒质中的传播速度的仪器。它也能用来测量媒质中的声衰减系数,但准确度不高。它有变程干涉仪和定程干涉仪两种基本类型。变程干涉仪主要由辐射压电晶片和一块可移动的刚性反射板组成,两者严格平行,中间充满待测流体媒质,两者距离可以精密地调节。为了避免温度、静压等因素对声速的影响,根据要求的测量准确度,还须采用恒温装置甚至恒压措施。晶片被激发后向媒质发射平面超声波,经反射板反射,使得晶片和反射板间发生声波的干涉而形成驻波。这时晶片的辐射阻抗随晶片和反射板间的距离而周期地变化。改变这两者间的距离时,就可发现晶片的电参量(电流或端电压)将随距离周期性变化,在一系列特定距离上相间出现一系列极大值和极小值。根据驻波原理,相邻两次极大值(或极小值)之间所移动的距离就等于声波的半个波长。精确测定从某一极大(小)值开始,到达其后出现咒个极大(小)值时反射板所移动的总距离三,就可求得声波的波长A=2L/n,再利用精确测定的声波频率值万就可求得媒质的声速Zf/n。因为频率的测量准确度可以极高,所以变程干涉仪测量声速的准确度主要限于长度测量的准确度,目前最高约达104~10。5的准确度。在上述变程干涉仪的基础上,曾有过多种改进,例如,用一接收晶片代替反射板,并且利用接受晶片输出电压的极值来进行测量,就是所谓双晶片干涉仪,适用于测量衰减较大的媒质。变程干涉仪不适用于固体媒质。定程干涉仪把辐射晶片和反射板(或接收晶片)间的距离保持为固定值,而连续调变发射声波的频率。这时可发现晶片的电参量将在一系列特定频率上相继出现极大值和极小值。根据相邻两个共振频率之差可求得声速仅为104~10‘5的数量级。但因距离为常数,测量声速变化的准确度却只受频率测量准确度的限制,故可大为提高,达10。的数量级。用共振曲线的形状还可求得媒质在频率厂时的声衰减系数为0c=尢f/中测量准确度也不高。定程干涉仪的原理可用于固体媒质,把辐射晶片贴在固体试样的一个端面,另一端面任其自由或贴上接收晶片就可实现测量,但应考虑所贴晶片对共振频率的贡献而加以修正,故计算公式将较复杂。9第一章引言1.5超声波解堵深度研究国内外进展1.5.1国外研究进展声波经典吸收理论是在1 9世纪建立的,量研究表明:超声吸收的经典理论只能对单原子气体给出正确描述,而对其他所有情况,实验值总是大于理论值1211。2]研究了各向同性的多孔岩石中,固体与饱和流体之间变形关系的理论。引起粘滞摩擦损耗。根据无限介质中传播的平面波,将出现两类膨胀波(纵波)和一类旋转波(横波)。两类纵波中,快纵波与地震勘探中的纵波相同;慢纵波是一种扩散波,主要出现在各种介质的分界面附近(包括不同流体饱和固体之间的分界面以及流体和流体饱和多孔介质之间的任何分界面),衰减非常明显。20世纪60年代,美国科学家首先进行了超声波油井增产的研究,并且在俄克拉荷马州华盛顿县的油井中进行了超声采油的矿场试验,试验取得了一定的成效[231。室内实验结果表明:在适当参数的超声波作用下,可使原油通过砂岩时的流速增加241。1977年5苏联在卡拉让巴斯油田的218号探井上进行了超声诱喷试验。该油田油层压力低,无工业性油流。向井下放入超声波换能器,超声波处理1 15h,油井开始自喷【251。1979年,后,于影响因素的复杂性导致经典理论模型一直没有研究出来。国外根据声波辐射过程的基本理论,进行了相应的理论分析及初步实验【26璐】。最近过实验研究多孔介质中的堵塞形成和超声波解堵并建立微观理论模型计算微粒所受超声波作用力,分析计算出孔隙壁上沉积微粒脱落条件【30】。1.5.2国内研究进展孙仁远等【31】研究了超声波对多孔介质中单相和两相流动的影响,结果表明,超声波作用能够改善油水的流态,但从李伟瞰1等人对超声波作用范围的研究来看,这种作用对于油层的作用范围是有限的,20究表明超声波采油仍然存在一定的局限性,关键是声波能量向油层辐射效率太10中国石油大学(华东)硕士学位论文低。主要原因是超声波作用仅限于井筒内,只有少量进入油层【331。超声波采油技术则是通过声波处理生产油井、注水井及近井油层,使油层中流体的物性及流态发生变化,改善井底近井油层的流通条件及渗透性,解除采油井、注水井的堵塞及油井防垢、除垢、防蜡,提高采液量、原油产量和注水量,降低原油的粘度,提高原油、水在多孔岩石中的渗透率【34弓7】。利用超声波处理油井和油层,可以提高原油产量40%.50%,提高采收率10%以上,其成功率可达80%,增产期可长达半年以上.超声波采油的原理是:当大功率的超声波进入油层中时,油层中的毛细管直径就会随着超声波的作用发生时大时小的变化.当毛细管直径发生变化时,其表面张力、毛细管力也随之变化,当毛细管半径变大时,表面张力以半径的平方倍缩小,毛细管力以半径的立方倍缩小,这就使原来毛细管力和重力的平衡关系被打破束缚在毛细管中的残余油,由于力的平衡关系被打破,就会在重力与超声波的振动作用下流入井中。此外,在大功率超声波的作用下,油层还会裂开,形成裂缝,提高原油的渗透率。超声加速原油通过多孔介质时的最佳参数是:工作频率为20强为170引。严炽培【39】等人研究了超声波对多孔岩样渗流速度的影响。结果表明:多孔岩样被泥浆等污染后,经超声波作用,使油层的渗透率恢复到原来的61%'孙仁远嗍等人研究了超声波对岩石渗透率的影响。研究表明:超声波作用可以提高多孔岩石渗透率3倍以上,停止超声作用后,还有明显的滞后效果。邵长金【41】等人研究了超声波热效应对渗透率的影响。结果表明,超声热效应在提高多孔介质渗透率的影响。结果表明,在低温条件下能显著提高多孔岩心渗透率,与振动作用相比不可忽略。随着温度的升高,作用逐渐减弱。在高温条件下,起主要作用的是机械振动作用,热效应作用不明显。20世纪90年代,中国科学院成都传感器研究所研制出了可用于油田井下的大功率超声波采油机,并在玉门、大庆等油田现场进行了超声波采油技术的试验,使作用油田油层物性明显好转,流动系数、流度比、比层系数渗透率等均有大幅度提高,取得了比较理想的效果【42】。杨永超等【431从超声波的性质出发,对超声波油层解堵作用归纳为机械作用、空化作用和热作用。通过现场试验得出如下结论:除因地层造成的堵塞污染效果显著超声波解堵试验表明,对于油藏物性好、渗透率高、地层压力高的地层,利用超声波技第一章引言术解除近井地带堵塞、污染后增产效果极为显著,如区渗透率为0.12隙度达到26.3%,地层压力24.3藏物性好,超声波解堵后,日产液由19.4t,日产油由2.9t,日增液9.增油6.3t,累计增油743t。(2)解除因井下作业造成的堵塞污染效果显著由于我国油田出砂井逐渐增多,为了保证油井正常生产,出砂后普遍采取挤固砂剂防砂工艺,但挤固砂剂后油层渗透率变差,如31721井、31727井均因挤固砂剂使油藏堵塞而造成产量下降。31721井挤固砂剂前日产液15.水35%,1995年9月发现该井出砂严重进行固砂,挤固砂剂后日产液只有8.5t,通过分析认为该井挤固砂剂后近井地带油层堵塞,渗透率下降,因该井含水一直不高,故决定对其实施超声波解堵。超声波处理后,日产液由原来的9.4t,日产油由5.5t,累计增油585t,取得了显著的增产效果。杨吉生等脚】研究发现,当换能器位于套管中心时,只有中心频率.厂分别为11.5,21.0、30.5、39.6、49.0于某一特定频率,换能器只有离开套管中心位置时,才可能向油层辐射能量。对f=27.0为换能器在不同位置上是以某种概率出现的,以换能器向油层辐射的总能量将服从一定的概率分布。张永发等【45】通过在胜利、辽河两油田油样中超声波粘度、声速及吸收衰减的理论与实验研究,得出结论:当温度升高时,原油的粘度、声速和声衰减系数都呈下降趋势.粘度随温度的变化,胜利油田油样呈指数规律,辽河油田油样呈多项式规律;声速随温度的变化规律则均为线性的;关于声衰减系数,温度越高,其值变化越缓慢:温度越低,其值变化越急剧。通过对油样粘温关系、声衰减系数与超声波频率关系、声速与温度关系、声速方次与温度关系实验数据的拟合及分析,得到了超声波在原油中的声衰减系数公式的修正公式。2006年,刘扬、狄鹏等人利用超声波功率50出频率5"一40徐庄油田实施
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