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人工地震采油技术的研究与应用

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人工 地震 采油 技术 研究 应用
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人 工 地 震 采 油 技 术 的 研 究 与 应 用苏 长 群 1  孙 利 1  王 正 坤 1  吕 洪 奇 2  董 长 兵 1(11 中 原 油 田 分 公 司 采 油 二 厂   21 中 原 油 田 分 公 司 采 油 一 厂 )摘   要   人 工 地 震 采 油 技 术 作 为 三 次 采 油 的 新 技 术 , 以 其 技 术 含 量 高 、 投 入 少 、 产 出 高 、 工艺 简 单 、 对 抽 层 和 环 境 无 污 染 而 受 到 日 益 广 泛 的 重 视 。 本 文 通 过 对 人 工 地 震 采 油 的 研 究 , 剖 析了 人 工 地 震 采 油 的 原 理 及 影 响 因 素 , 通 过 实 验 研 究 并 总 结 了 人 工 地 震 采 油 的 适 用 条 件 和 范 围 ,并 具 体 阐 述 了 人 工 地 震 采 油 的 施 工 工 艺 , 该 技 术 在 现 场 应 用 中 取 得 了 较 了 的 效 果 。关 键 词   人 工 地 震   扫 描 激 振   幅 频 特 性   三 次 采 油   提 高 采 收 率1  人 工 地 震 采 油 机 理人 工 地 震 采 油 技 术 , 就 是 在 不 影 响 油 水 井 正常 生 产 的 前 提 下 利 用 地 面 人 工 震 源 所 建 立 起 来 的波 动 场 , 以 频 率 很 低 的 机 械 波 的 形 式 传 到 油 层 , 进而 对 油 层 大 面 积 振 动 处 理 , 从 而 达 到 多 口 井 增 产 、增 注 的 一 种 物 理 采 油 方 法 。111  理 论 基 础11111  机 械 波 对 地 层 有 很 强 的 穿 透 能 力人 工 震 源 在 地 面 作 垂 直 震 动 , 能 使 地 下 深 处的 油 层 产 生 一 定 幅 值 的 受 迫 振 动 , 已 被 许 多 实 验所 证 实 。11112  共 振 可 以 提 高 振 动 效 应在 人 工 地 震 采 油 实 践 中 , 通 过 井 下 振 动 测 试发 现 , 在 井 深 百 米 内 , 振 幅 呈 陡 直 线 急 剧 衰 减 , 当井 深 超 过 200m 后 , 衰 减 就 相 当 缓 慢 了 。 当 振 动 频率 和 介 质 的 固 有 频 率 相 等 时 , 即 产 生 共 振 , 共 振 时能 量 可 大 大 提 高 。11113  振 幅 对 颗 粒 运 移 的 影 响研 究 认 为 , 频 率 一 定 , 振 幅 不 同 时 , 颗 粒 运 移的 速 度 和 距 离 不 同 。 由 实 验 可 知 , 在 较 低 的 振 幅 范围 内 随 着 振 幅 的 增 加 , 颗 粒 运 移 并 不 很 显 著 。 在 较高 的 振 幅 下 , 颗 粒 运 移 速 度 明 显 加 快 , 运 动 距 离 也明 显 增 加 。11114  频 率 对 颗 粒 运 移 的 影 响振 幅 一 定 , 即 波 动 压 力 的 振 幅 不 变 , 频 率 不 同时 , 颗 粒 运 移 的 速 度 和 距 离 不 同 。 在 一 定 的 频 率 范围 内 , 频 率 增 加 , 颗 粒 运 移 的 速 度 和 距 离 都 增 大 ,但 颗 粒 运 移 的 速 度 和 距 离 与 频 率 的 关 系 并 不 是 呈线 性 增 加 。112  人 工 地 震 采 油 原 理11211  震 动 可 以 降 低 原 油 粘 度机 械 波 使 孔 隙 里 的 原 油 连 续 不 断 地 受 到 拉 伸和 压 缩 , 由 于 剪 切 力 的 作 用 降 低 了 分 子 间 的 作 用力 , 破 坏 了 原 油 的 流 变 结 构 , 使 原 油 粘 度 降 低 。11212  机 械 波 可 以 降 低 液 体 的 表 面 张 力 , 增 加 原油 的 流 动 性 。机 械 波 通 过 地 下 介 质 传 播 到 储 油 层 的 上 覆 盖层 , 由 于 径 向 距 离 的 差 异 , 在 油 层 横 向 产 生 微 小 附加 压 力 梯 度 , 这 种 附 加 压 力 梯 度 会 减 小 油 层 液 体的 表 面 张 力 , 促 进 其 流 动 。 此 外 , 超 低 频 简 谐 震 动对 油 层 的 粘 — — 弹 介 质 反 复 作 用 的 后 果 造 成 其 应变 积 累 。 停 振 后 油 层 介 质 的 积 累 应 变 会 松 驰 而 转变 为 应 力 , 其 应 力 的 释 放 过 程 会 使 液 体 流 速 的 增加 保 持 一 段 时 间 。 因 此 , 震 源 震 动 和 停 振 一 段 时 间后 , 均 会 促 进 液 体 向 低 压 区 流 动 。11213  震 动 有 利 于 清 除 油 层 堵 塞 , 提 高 地 层 渗 透率 。震 动 可 使 沉 积 在 孔 隙 表 面 的 污 染 物 缓 慢 地 剥离 , 分 散 在 液 体 中 被 带 走 ; 还 有 可 能 使 某 些 导 骈 生微 小 裂 缝 , 或 使 其 较 致 密 的 地 方 变 得 有 些 疏 松 , 导致 绝 对 渗 透 率 提 高 。11214  震 动 可 能 改 变 岩 石 表 面 的 润 湿 性 , 减 小 渗流 通 道 中 的 “ 贾 敏 效 应 ” , 降 低 残 余 油 饱 和 度 。机 械 震 动 通 过 多 孔 介 质 或 裂 隙 性 介 质 时 还 可激 发 产 生 超 声 波 , 机 械 震 动 和 超 声 波 破 坏 了 吸 附在 孔 隙 表 面 上 的 表 面 膜 , 降 低 了 流 体 对 岩 石 表 面19  第 27 卷                       内 蒙 古 石 油 化 工                            的 粘 附 力 , 改 变 了 岩 石 的 润 湿 性 ; 而 表 面 膜 破 坏后 , 使 同 样 的 孔 隙 尺 寸 允 许 流 体 通 过 的 截 面 积 增大 , 并 且 震 动 后 的 动 摩 擦 力 也 小 于 静 态 液 相 与 岩石 的 摩 擦 力 , 这 样 , 不 仅 减 小 了 “ 贾 敏 效 应 ” , 使 “ 死油 区 ” 中 的 原 油 在 较 小 的 压 差 下 进 入 渗 流 通 道 , 降低 残 余 油 饱 和 度 。 而 且 由 于 这 部 分 原 油 的 迁 移 , 储层 流 体 也 会 按 密 度 差 异 而 重 新 分 布 。11215  震 动 对 水 驱 油 的 影 响震 动 可 以 使 原 油 出 现 乳 化 现 象 , 进 而 降 低 水驱 压 力 , 大 幅 度 提 高 油 水 两 相 的 渗 透 率 , 提 高 原 油采 收 率 。2  适 用 条 件 和 范 围211  振 动 处 理 油 层 技 术 适 应 于 构 造 比 较 简 单 、 区块 比 较 完 整 、 油 层 连 通 性 好 、 原 油 粘 度 中 等 的 油藏 。212  选 择 油 层 渗 透 率 要 慎 重 。 实 验 室 研 究 发 现 ,振 动 处 理 特 低 渗 透 率 和 渗 透 率 较 高 的 岩 芯 效 果 均不 好 (见 表 1) , 存 在 一 个 振 动 处 理 的 最 佳 渗 透 率范 围 。 应 合 理 选 择 油 层 渗 透 率 。表 1 振 动 处 理 不 同 渗 透 率 岩 芯 效 果 对 比岩 芯 号 质 量 (g) 含 水 饱 和 度 (% ) 振 动 处 理 采 收 率 (% ) 与 未 振 动 比 增 加采 收 率 (% ) 岩 芯 渗 透 率(10- 3)T - 19 68. 2137 9. 49 40. 67 1. 01 14. 82T - 30 62. 9049 8. 45 42. 23 2. 24 30. 00T - 34 68. 9798 6. 00 41. 94 0. 32 150. 07213  对 单 井 有 效 厚 度 大 于 14m , 且 油 层 供 液 能 力较 好 的 油 井 , 有 效 率 相 应 高 一 些 , 有 效 期 也 相 应 长一 些 。214  油 井 以 不 出 砂 或 含 砂 量 较 低 为 宜 。 可 用 于 低产 低 能 区 块 及 注 蒸 汽 开 采 已 接 近 经 济 许 可 线 的 稠油 区 块 。3  主 要 装 备 及 施 工 工 艺311  设 备 组 成低 频 振 动 法 处 理 油 层 工 艺 的 矿 场 施 工 设 备 ,主 要 包 括 人 工 震 源 设 备 和 振 动 监 测 与 分 析 系 统 。不 管 是 国 外 还 是 国 内 的 震 源 机 , 其 工 作 原 理 基 本桢 , 只 是 监 测 系 统 所 用 的 仪 器 和 施 工 方 法 稍 有 差别 。 振 动 监 测 与 分 析 系 统 由 井 下 监 测 与 分 析 子 系统 和 振 动 地 面 公 害 监 测 与 分 析 子 系 统 组 成 。井 下 监 测 与 分 析 子 系 统 通 过 扫 描 激 振 和 生 产动 态 监 测 , 优 化 激 振 频 率 和 扰 动 力 , 认 识 波 场 沿 井深 的 衰 减 特 征 。振 动 地 面 公 害 监 测 与 分 析 子 系 统 通 过 测 量 周围 结 构 物 的 自 振 特 性 和 振 动 效 应 , 以 及 自 激 振 点向 各 方 向 不 同 距 离 的 加 速 度 和 衰 减 情 况 , 找 出 最大 加 速 度 和 相 应 的 地 震 强 度 , 以 评 价 发 生 振 动 公害 的 可 能 性 。312  振 动 参 数 的 确 定31211  最 佳 振 动 频 率 的 确 定通 常 用 扫 频 激 振 寻 找 最 佳 振 动 频 率 。 其 方 法是 : 由 地 面 起 振 机 作 扫 频 振 动 , 下 入 井 内 的 拾 振 器自 下 而 上 地 定 点 测 量 , 拾 振 器 拾 录 的 讯 号 , 经 电 缆传 输 、 放 大 器 放 大 、 示 波 器 监 视 、 磁 带 机 记 录 , 再 送频 谱 分 析 仪 进 行 频 谱 分 析 。 每 测 一 点 , 振 采 机 作 变频 振 动 , 这 样 有 利 于 确 定 与 地 层 共 振 时 的 频 率 。 根据 不 同 井 深 测 得 的 振 动 信 号 幅 频 特 性 曲 线 , 找 出其 幅 值 中 的 峰 值 , 即 为 最 佳 振 动 频 率 。 如 图 1, 其频 率 在 10. 3 和 10. 7H z 时 幅 值 出 现 峰 值 , 即 为 该井 的 最 佳 振 动 频 率 。 由 于 地 层 的 非 均 质 性 , 最 佳 传递 频 率 可 能 是 一 个 窄 带 。31212  振 动 扰 动 力 (激 振 力 )的 确 定振 动 扰 动 力 F 的 计 算 方 法 为F = m r (20)21000式 中 : m — — 两 偏 心 转 子 的 质 量 , kg;r— — 偏 心 转 子 的 重 心 到 轴 心 的 距 离 ,m ;29                      人 工 地 震 采 油 技 术 的 研 究 与 应 用               第 27 卷  X— — 偏 心 转 子 的 转 速 , r m — — 振 动 产 生 的 扰 动 力 , 场 实 验 中 , 在 没 有 进 行 振 害 测 试 之 前 , 扰 动力 不 能 超 过 350. 2. 3  振 动 时 间 和 周 期 的 确 定振 动 时 间 和 振 动 周 期 的 确 定 以 油 井 产 量 变 化为 依 据 。 一 般 振 动 开 始 后 , 油 井 产 量 逐 渐 增 加 , 直到 产 量 达 到 最 高 , 见 效 井 效 果 有 明 显 下 降 时 , 可 停止 振 动 。 从 开 始 振 动 停 止 振 动 期 间 为 振 动 时 间 。 停止 振 动 后 , 产 量 要 逐 渐 下 降 , 当 产 量 下 降 到 最 高 产量 的 三 分 之 二 时 , 可 开 始 再 次 振 动 。 从 停 止 振 动 到再 次 开 始 振 动 期 间 为 停 振 时 间 。4  效 果 评 价 方 法411  可 对 比 井 : 指 振 前 没 有 进 行 增 产 措 施 的 正 常井 。412  见 效 井 的 确 定 : 油 量 上 升 的 井 ; 油稳 定 、 动 液 面 上 升 的 井 ; 振 前 对 比 递 减 幅 度变 小 的 井 。413  见 效 时 间 段 的 划 分 : 连 续 五 天 见 效 的 井 。5  现 场 应 用2001 年 5 月 , 中 原 油 田 在 文 51 北 块 首 次 进行 先 导 实 验 。 该 块 标 定 采 收 率 33. 7% , 采 出 程 度25. 7%。 主 力 含 油 层 位 沙 二 下 , 储 层 物 性 较 差 , 非均 质 性 强 , 平 均 空 隙 度 19. 88% , 渗 透 率 65. 6×10- 3, 油 藏 埋 深 2250~ 2800m , 地 层 原 油 密 度0. 6769~ 0. 7536g m 3, 地 层 原 油 粘 度 为 0. 01~ a· s, 油 藏 温 度 91~ 100℃ , 原 始 地 层 压 力22. 86~ 28. 36M 震 源 井 影 响 区 域 共 有 油 水 井井 数 285 口 , 开 井 166 口 。 其 中 油 井 162 口 , 开 井102 口 ; 注 水 井 123 口 , 开 61 口 。 注 采 油 井 数 比 为1∶ 1. 32, 日 产 液 4578t, 日 产 油 338t, 综 合 含 水92. 6% , 平 均 动 液 面 1273m , 日 注 水 量 7860m 3。选 择 文 51- 97 作 为 震 源 井 , 根 据 该 井 的 幅 频特 性 曲 线 , 找 出 其 幅 值 中 的 峰 值 , 选 择 最 佳 振 动 频率 为 10. 5~ 11. 2H z, 选 择 激 振 力 为 300 行两 个 周 期 的 振 动 增 产 实 验 , 统 计 震 区 半 径 2围 内 102 口 油 井 , 第 一 周 期 累 计 振 动 212 小 时 , 实施 地 震 后 日 产 液 基 本 稳 定 , 日 产 油 增 10t, 含 水 下降 3 个 百 分 点 , 日 产 气 上 升 2000m 3 d。 第 二 周 期累 计 振 动 268 小 时 , 震 后 产 液 基 本 稳 定 , 日 产 油 上升 6t 左 右 , 含 水 下 降 1 个 百 分 点 , 日 产 气 增8000m 3 d。6  结 论611  人 工 谐 波 地 震 采 油 技 术 可 以 提 高 油 气 藏 的采 收 率 , 效 果 较 显 著 。6. 2  该 技 术 工 艺 简 单 , 投 入 少 、 产 出 高 、 对 油 层 和环 境 无 污 染 。6. 3  该 技 术 适 用 范 围 广 , 作 用 半 径 大 , 为 油 田 整体 开 发 效 益 的 提 高 提 供 了 一 个 有 效 的 途 径 。参 考 文 献〔 1〕 王 仲 茂 主 编 1 振 动 采 油 技 术 1 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 ,200015〔 2〕 马 建 国 1 油 气 增 产 新 技 术 1 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 ,1998: (35- 47)f Se u S i  W L v H D ic o il is fo r o il he w se of t mo t, le in w h t po fo r o en t. T he p le r of es le s on en t, m of lt as is on o il sw o il 作 者 简 介 : 苏 长 群 , 助 理 工 程 师 , 1997 年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 油 藏 工 程 专 业 , 现 在 中 原 油 田 分 公 司采 油 二 厂 地 质 大 队 从 事 油 田 开 发 工 作 , 地 址 (457532) : 河 南 省 濮 阳 市 , 电 话 : (0393) 4843334。收 稿 日 期 : 2002 年 1 月 5 日39  第 27 卷                       内 蒙 古 石 油 化 工                            
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