電脈沖增產(chǎn)技術(shù)

1、電脈沖增產(chǎn)技術(shù)-高聚能電爆震匹電脈沖增產(chǎn)技術(shù)-高聚能電爆震匹1=1電爆震發(fā)展?fàn)顩r電爆震技術(shù)是采用電脈沖產(chǎn)生水錘效應(yīng)作用 于油層的一種純物理方法。國際發(fā)展?fàn)顩r：美國于上世紀(jì)70年代便開展了電脈沖采油技術(shù) 的研究，但未見有產(chǎn)品報道。前蘇聯(lián)于1975年開展電脈沖采油技術(shù)工作，并 取得較好的應(yīng)用效果，某些油田還將該技術(shù)作為修井 過程的常規(guī)手段。俄羅斯和烏克蘭均有產(chǎn)品出售（國內(nèi)也有引進(jìn)）, 其最大儲能1.5kJ國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r：主要有井下儲能式和陸地儲能式兩種。井下儲能式能量和功率偏小，陸地儲能式設(shè)備復(fù) 雜、龐大，不方便攜帶。中科院電工所從1986年開始進(jìn)行電脈沖采油技 術(shù)的研究工作。地礦部物化探所，清華大

2、學(xué),西安交通大學(xué)、河南 油田等也相繼開展過類似的研究工作，并取得了較好 的試驗效果。.各單位的樣機僅僅有進(jìn)行過不多于20 口油 井實驗的報道。.未見到各單位產(chǎn)品的中等規(guī)模作業(yè)（單臺設(shè) 備150 口油井以上的作業(yè)量）的報道。.尚未發(fā)現(xiàn)設(shè)備在大量作業(yè)中的問題。.產(chǎn)品在參數(shù)選取上尚不夠先進(jìn)，基本上參照 了俄、烏兩國的設(shè)備參數(shù)，適用作業(yè)油井的范 圍小。.河南油田進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性研究。.進(jìn)口俄、烏兩國的設(shè)備在使用上有不配套的 問題。.進(jìn)口設(shè)備的耗材供應(yīng)和設(shè)備維護困難。.進(jìn)口設(shè)備至少在技術(shù)服務(wù)上跟不上。 .使用進(jìn)口俄、烏兩國的設(shè)備也未見大量作業(yè) 的報道。.進(jìn)口設(shè)備的指標(biāo)和參數(shù)并不先進(jìn)。電爆震的組成和工作

3、原理地面電源控制柜.高壓直流電源.高聚能電容器.能量控制開關(guān).能量轉(zhuǎn)換開關(guān)整套設(shè)備分為地面部分和井下部分。高壓直流電 源、高聚能電容器、能量控制開關(guān)和能量轉(zhuǎn)換開關(guān)組 裝成井下部分。電纜車送井下部分到油層位置并連接 地面電源控制柜口 .地面電源控制柜將井場220V工頻電源經(jīng)整流 再逆變成600V、1000HZ中頻電源?？?.由射孔電纜車將中頻電源送給井下中頻升壓 變壓器口 .高壓硅堆將中頻變壓器的輸出再整流成30kV 直流高壓?？?.直流高壓經(jīng)厄流圈給高聚能電容器充電。口 .待高聚能電容器充電到能量控制開關(guān)的工作 閾值時，能量控制開關(guān)導(dǎo)通，傳遞電容器中的儲能給能量轉(zhuǎn)換開 關(guān)?？?.能量轉(zhuǎn)換開關(guān)將

4、電容器中電能轉(zhuǎn)換成液體中 的機械能（沖擊波能量）電爆震的技術(shù)基礎(chǔ)高聚能電爆震的技術(shù)基礎(chǔ)是脈沖功率技術(shù).脈沖功率技術(shù)是在瞬間獲得高功率的一門專 項技術(shù).脈沖功率技術(shù)是當(dāng)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科之一.脈沖功率技術(shù)主要應(yīng)用于國防高科技領(lǐng)域.通過不同的物理原理可以將高功率電脈沖轉(zhuǎn) 換為電子束能、激光能量、微波能量、熱能、等離子體能量.電爆震將高功率電能轉(zhuǎn)換為機械能作用于油層電爆震的技術(shù)原理一液電效應(yīng)口在高壓強電場作用下，液體中的電極會發(fā)射電子，電離電極附近的液體分子。口 .電極發(fā)射的電子和液體中被電離出的電子被 電極間強電場加速電離出更多的電子。口 .在液體分子被電離的區(qū)域形成等離子體通 道?？?.隨著電

5、離區(qū)域的擴展，在電極間形成放電通 道，液體被擊穿。電爆震的作用機理脈沖放電功率可達(dá)MW量級，產(chǎn)生的沖擊波速度達(dá) 10004000m/s沖擊波產(chǎn)生的壓力沖擊波是一個包含許多頻率的寬帶脈沖波，其能量密度很高，高頻部分形成陡峭的波陣面陡峭的波陣面與近井地帶的油層相互作用后，衰 減為“二次脈沖”低頻聲波，向介質(zhì)發(fā)射新的應(yīng)力波沖擊波在油層巖石和流體上產(chǎn)生的加速度高達(dá) 約3000倍的重力加速度。在放電通道周圍，放電電流激起上萬高斯的瞬變 磁場，變化的磁場在油層導(dǎo)電流體中建立電場和電流， 強電磁場對油層介質(zhì)產(chǎn)生強生強烈的極化作用。對油層巖石的的造縫作用對于油層巖石，由于長期的地質(zhì)力學(xué)作用和成井 時的射孔、壓

6、裂作用，存在著斷層、裂縫、層理和微 裂隙，是非連續(xù)介質(zhì)。在沖擊聲波的作用下，巖石及液體這些非連續(xù)介 質(zhì)各自的質(zhì)點以大于重力加速度3000多倍的加速度作 激烈的振動。在高加速沖擊條件下，材料的斷裂強度和疲勞強 度都遠(yuǎn)小于靜態(tài)，當(dāng)沖擊力超過巖石的疲勞強度時， 就會造成新的微裂縫或宏觀裂縫。對油層巖石的的造縫作用在巖石中產(chǎn)生的裂縫隨沖擊波的速度高速向前 擴展，直到?jīng)_擊力的強度與巖石的疲勞強度平衡為止。對油層巖石的的造縫作用在巖石中產(chǎn)生的裂縫隨沖擊波的速度高速向前 擴展，直到?jīng)_擊力的強度與巖石的疲勞強度平衡為止。在此剪切力作用下會產(chǎn)生如下效果：巖石顆粒表面的粘土膠結(jié)物被振動脫落?？缀沓涮顦驙钫惩廖⒘?/p>

7、松動或遷移，從而解除 孔喉道堵塞，擴大孔喉半徑和孔隙的連通性。改變固液界面動態(tài)，克服巖層顆粒對原油的吸附 親和力，使油膜從顆粒表面脫落。改變孔隙中油、水、氣界面的動態(tài)，克服毛細(xì)管 的束縛滯留效應(yīng)，使油珠、油柱狀分散的剩余原油重 新分布、聚集和利于排出。反復(fù)轉(zhuǎn)換的壓力波與應(yīng)力波能夠改造油層原有 裂縫，可能產(chǎn)生新的裂縫。沖擊波在油層介質(zhì)不同位置上壓差的方向和大 小交替變化，使液體由滯留區(qū)向排液活動區(qū)流動。降低油水界面的張力。提高地層滲透率作用（電磁場和聲場的共同作 用）流體飽和多孔介質(zhì)中液、固相分界面存在著偶電 層，只有在壓力超過地層表面靜電場所造成的阻力時， 液體的運動才能發(fā)生。外加電場或彈性波

8、場，可以改 變地層表面電場的分布，減少阻力。多孔介質(zhì)的孔隙形狀和大小各異，流體流動有死 區(qū)，外加彈性波?？梢詼p小死區(qū)和附面層厚度，使?jié)B 流速度提高，滲流量增加。電磁脈沖的控水增油作用瞬間變化的放電電流所產(chǎn)生的強電磁脈沖使油、 水的分子強烈極化甚至電離，使原油分子的平均動能 增加，從而達(dá)到稀釋作用，有利于原油的流動。由于水分子是極性分子，在強電磁場作用下，水 分子會根據(jù)電位梯度和壓力梯度所產(chǎn)生的電流隨流體 運動方向運動，從而起到控水作用。清除地層污染作用彈性沖擊波在飽和多孔介質(zhì)中傳播時會使多孔 介質(zhì)時而被壓縮，時而被擴張，造成孔道直徑大小變 化，引起毛管力的變化，可使固態(tài)顆粒逐步通過孔道 排出。

9、空化作用可以破碎聲場中的固態(tài)物質(zhì)、多孔巖石 表面的泥餅、振動松動后的堵賽物和其它固結(jié)物。這些物質(zhì)粉碎后被抽吸、推擠到井筒，達(dá)到疏通 油流（水流）通道，改善油（水）層近井地帶的滲 透性。電爆震的作用結(jié)果造縫機理實驗1實驗材料選擇人造巖芯和天然巖芯：將0.3875mm和1.1625mm的石英砂用環(huán)氧樹脂和 無水乙醇以及乙二胺膠結(jié)，加力200kN，60C下烘干制 成圓柱形巖心天然巖芯采用石英砂巖電容器儲能169J 每分鐘作用6次，共作用20次造縫機理實驗部分巖芯在約30次的作用后產(chǎn)生明顯裂紋或炸 裂用3.0MPa壓力將密度為1.25X 103kg/m3的泥漿經(jīng) 15h壓入人造巖芯后20#機油通過該巖

10、芯是的滲透率降 低了 49%，再經(jīng)電脈沖作用后滲透率恢復(fù)66.7%。提高滲透率實驗常壓下對兩塊被污染的巖石處理的結(jié)果如表提高滲透率實驗電脈沖作用下巖心滲透率的變化情況不同壓力下對被污染巖石處理的結(jié)果如表電爆震作業(yè)范圍適用油井電爆震技術(shù)適用于油水井除垢、降粘、解堵、增 滲、增產(chǎn)、增注、改善油藏開采效果、提高原油采收 率。適用油藏地質(zhì)條件在處理變形具有脆性破壞特性的致密巖石效果 較好，如灰質(zhì)白云巖、粉砂巖；變形具有不可逆特性 的巖石 砂巖的效果稍差；對于縱向具有非均質(zhì)性質(zhì)的地層，井下放電處理 效果最好的是低滲透、致密性地層。因此，該技術(shù)主 要適用于產(chǎn)量遞減比較快、油藏動用程度差、油井供 液能力低、

11、裂縫連通性差、注水水竄嚴(yán)重、水驅(qū)油效 率低及原油乳化物堵塞嚴(yán)重的區(qū)塊。詵井原則電爆震技術(shù)對地層的處理具有選擇性，可優(yōu)先改 造對注水效果不明顯的油層部位，達(dá)到增油降水的目 的。在放電處理石灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖時，若與酸化工 藝配合進(jìn)行，在酸的作用下，在巖石內(nèi)形成通道，進(jìn) 而改善地層的滲透性。地層膠結(jié)好，油層受到污染堵塞，孔隙度小于 30%，滲透率大于0.001 p m2，含油飽和度大于10%， 原油粘度小于10000mPa s。油井具有一定的地層能量。油井靜壓高于區(qū)塊平 均靜壓，靜壓上升而產(chǎn)量不增加，或者與相同條件的 鄰井相比產(chǎn)量明顯偏低。(一般初期具有一定產(chǎn)能，但 產(chǎn)量下降較快的地層效果較好)。試

12、井解釋表明油層有污染。如因結(jié)垢、結(jié)蠟造成 堵塞，以及在鉆井或其它作業(yè)中污染造成減產(chǎn)的 油水井。對注水井，一般選擇不吸水或吸水能力下降的井。對水、酸有敏感性的油氣層。油層以礫巖、砂礫巖、砂巖、石灰?guī)r為主。井內(nèi)液面離油層頂部高度不大于500m，液面 低于20米時應(yīng)在套管內(nèi)灌水補充液柱高度。油層溫度小于100C。電爆震施工工序起出井下所有油管、油桿。下通井規(guī)，熱洗，刮蠟等，以保證下井儀器通行 無阻(如需要)。探砂面，沖砂至人工井底(如需要)，磁定位測定 射孔段。連接電纜車與電爆震解堵儀器。將儀器送至井下欲處理的射孔段最下端。(儀器下 放速度控制在50m / min以下，當(dāng)儀器進(jìn)入目的層段 時，放慢儀

13、器，下放速度約為10m / min。)放電作業(yè)由最下層開始，每3050cm為一個處理 段，自下而上逐級處理，每段放電2050次。處理完畢起出井下儀器，上提速度控制在80m / min 以下。(8)下洗井管柱徹底洗井，排出振松擊碎的堵塞物，將 井筒內(nèi)雜質(zhì)清洗干凈。按要求下生產(chǎn)管柱，完井。對于儲層膠結(jié)疏松，出砂嚴(yán)重，固井質(zhì)量差，套 管嚴(yán)重變形，斜井以及含油飽和度低、距油水邊界近 的井不宜采用該技術(shù)。電爆震與其它采油技術(shù)的比較酸化.微生物.各種物理方法超聲波水力振動人工地震二次壓裂高能氣體壓裂與化學(xué)方法的比較：.電爆震屬于物理方法，與化學(xué)方法最大的區(qū) 別是不會對地層產(chǎn)生任何污染。.電爆震產(chǎn)生的能量是

14、油層中液體向遠(yuǎn)井地帶 傳送，不需要其它介質(zhì)。.酸化解堵后的堵塞物是要依靠地層能量排 除。.電爆震解堵后的堵塞物依靠自己的作用就能 排出。與微生物采油方法的比較：.微生物在溫度較高、鹽度較大、重金屬離子 含量較高的油藏條件下易于遭到破壞。.微生物產(chǎn)生的表面活性劑和生物聚合物有造 成沉淀的危險。.原油的某些物性對微生物有毒性.理論上還有爭議，試驗結(jié)果還不能做出明確 的解釋.國內(nèi)常用MEOR適用的油層條件還有:滲透率 N30X10-3p m2;地層水礦化度W 150000mg/L;原油黏度W 4000mPa s。與超聲波的比較：.作業(yè)工序基本相同。.占用井場時間短.超聲波的傳輸距離小吸收衰減系數(shù)散射

15、衰減系數(shù) 20kHz超聲波向地層滲入的有效深度不超過3cm電爆震釋放能量有爆炸的特征，具有陡峭的壓力脈沖 前沿，能量密度最高。與水力振蕩的比較：.同為聲波技術(shù)，但電爆震在近井地帶的強度和能量密度高得多。.水力振蕩造不了新縫。.水力振蕩的功率小.水力振蕩的頻率低，傳輸距離遠(yuǎn)與高能氣體壓裂的比較：高能氣體壓裂的能量高，能量可控度差。.高能氣體壓裂能量釋放相對較慢，能量密 度小。.爆炸物對油層可能對油層構(gòu)成污染.有可能損壞巖層骨架。與二次壓裂的比較：.電爆震替代不了壓裂，但比同層的二次壓裂 有優(yōu)勢。.壓裂是靜壓，基本上沿原裂縫伸展，造新縫 的可能小。.電爆震產(chǎn)生的沖擊波是各項同性，可能造成 新裂縫與

16、人工地震的比較：人工地震設(shè)備大、耗能多。.從地面將地震波傳到油層，方向性差，能量 利用效率低。.電爆震本身就是一個人工震源，直接放到油 層，且與油層平行的震源，能量利用效率高。WXEB電爆震的特點指標(biāo)和參數(shù)選取1電容器儲能E = CV放電周期T=2nLC電能轉(zhuǎn)換W=I2R與陸地儲能式電爆震的比較：陸地儲能式電爆震設(shè)備龐大，電路復(fù)雜，不利于施工。.陸地儲能式電爆震能量轉(zhuǎn)換效率低。.陸地儲能式電爆震能耗高、耗散的能量對設(shè)備本身造 成嚴(yán)重的傷害。.陸地儲能式電爆震電容量大，放電回路電感大，放電 回路的電阻大。放電周期長，功率小。.設(shè)備安全性低。與俄、烏兩國的電爆震比較：口技術(shù)規(guī)范與配套設(shè)備更結(jié)合國內(nèi)

17、情況。口 .技術(shù)服務(wù)更及時、便利?？?.損耗部件和配件容易獲得?？?.俄烏產(chǎn)電爆震的放電電壓額定2.5kV，儲能電 容量510MF，在其它條件相同時，功率要小許多倍。與國內(nèi)其它電爆震的比較：口設(shè)備長期應(yīng)用中的問題已解決，與油田配套設(shè) 備的兼容性高?？?.單臺設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過200 口井的考驗，技術(shù)成 熟度高。口 .采用了正確的高聚能方式，儲能密度高?？?.放電功率比其它設(shè)備高48倍?？?.產(chǎn)生的沖擊波峰值壓力更高。在延長油田的應(yīng)用:藍(lán)天1、2、3井作業(yè)前三口井總產(chǎn)量約0.9T，作業(yè)后，兩口井增 產(chǎn)接近100%，一 口井增產(chǎn)到6T。靖邊1252井，對主力油層進(jìn)行過二次壓裂，并開發(fā)第二油層， 應(yīng)用KC

18、l洗井，三種措施作業(yè)結(jié)果均降產(chǎn)。電爆震作 業(yè)后增產(chǎn)50%以上安塞168井2019.5年成井，初產(chǎn)1T，僅射孔后產(chǎn)量0.3T，初 次壓裂后1T，二次壓裂后無效果。作業(yè)前產(chǎn)量0.5T， 作業(yè)后1.0T延長七里村油礦延55-2，作業(yè)前產(chǎn)量0.4T，作業(yè)后產(chǎn) 量1T延長七里村油礦延55-7,作業(yè)前產(chǎn)量0.2T，作業(yè)后產(chǎn) 量1T電爆震作用無效井分析也有不少電爆震處理無效井，主要原因有油井自身缺 乏能量、施工工藝不符合要求、選井不合理、注水井 減產(chǎn)、欠注、非近井堵塞等原因。電爆震副作用分析油層套管中材料鋼級最低的是H-40，其抗內(nèi)壓 額定值在15MPa以上，抗擠壓強度額定值在10MPa以上. .5kJ電爆

19、震對套管產(chǎn)生的沖擊波強度折合成 靜壓 6.602MPa。.對電爆震作用后的套管進(jìn)行磁粉探傷檢驗， 未發(fā)現(xiàn)套管壁有損傷痕跡.電爆震不但沒有造成井壁損傷，反而清除了 井壁上的垢物，對固井質(zhì)量也未造成破壞，不會破壞水泥環(huán)及 引起竄槽現(xiàn)象。結(jié) 論電爆震能夠使油井增產(chǎn)，注水井增注。電爆震的作用能夠使油井穩(wěn)產(chǎn)。電爆震對油井沒有副作用。電爆震還應(yīng)用于原油脫水、破乳、油管 清砂等石油領(lǐng)域。超聲波采油技術(shù)一、超聲波采油機理近年來，超聲波技術(shù)在采油過程中的應(yīng)用范圍不斷擴 大，主要有超聲波驅(qū)油超聲波防垢、超聲波除垢、超 聲波防蠟、超聲波降粘冷輸?shù)软梼?nèi)容?？墒褂途霎a(chǎn)、 水井增注，提高原油采收率，延長油井設(shè)備的使用壽

20、 命，縮短停井時間，提高有效采油時率。特別是在油 田開發(fā)中晚期，聲波采油用于二、三次采油，提高最 終采收率是很有前途的方法之一。因此，受到采油工 程技術(shù)人員的普遍重視。很多油田開始應(yīng)用這項技術(shù) 井在超聲波采油機理的研究方面取得了一些重要的成 果。在油、水井井筒周圍，在開發(fā)生產(chǎn)過程中受到各種污 染，從鉆井到完井直至采油、注水。各種增產(chǎn)措施不 斷實施，如射孔、酸化、壓裂、檢系、防砂、事故處 理時，使油、水井受到外來固相侵入、水敏性損害、 酸敏損害、堿敏損害、微粒運移、結(jié)垢、細(xì)菌堵塞等 損害，造成油氣、水層的滲流空間的改變，有效滲透 率降低。比如，試油過程中由于污染造成孔隙喉道堵 塞，而且在長期采油

21、過程中，該區(qū)是一個壓力及溫度 的拐點，因此，也成為許多礦物質(zhì)及原油中某些組分 的相交點，由溶解變?yōu)槲龀?，往往產(chǎn)生一些沉淀結(jié)垢， 使孔隙喉道變窄或堵塞；液體中攜帶的團相顆粒在喉 道變窄的情況下更易形成堵塞，使產(chǎn)量下降。超聲波 處理油層，是將大功率超聲波換能器下放到油層位置， 在機械、空化、熱、聲流等功能作用下，使堵塞物疏 松脫落，隨液體排出油井。超聲波是機械彼的一種， 它具有波動的一般特性，即具有振動及傳送能量的性 質(zhì)。媒質(zhì)內(nèi)存在聲場時，媒質(zhì)顆粒可作機械振動。超 聲波應(yīng)用于采油領(lǐng)域，振動是關(guān)鍵因素，對油層能產(chǎn) 生一定的物理作用。超聲波對流體和地層的作用主要 有以下幾種。（一）機械振動作用超聲波是

22、彈性介質(zhì)中機械振動的傳播者。在傳播過程 中，彈性粒子的振幅、速度發(fā)生顯著變化，從而產(chǎn)生 攪拌、松動、邊界摩擦、分散、疲勞損壞、微裂隙、 去氣、聲流成霧、解聚、沖擊破碎及熱作用等。（1）機械振動可以破壞堵塞顆粒與儲層巖石之間的凝 聚力。由于不同介質(zhì)的聲阻抗不同，所以，在超聲波 的機械作用下，不同聲阻抗介質(zhì)的聲反射、振動速度 的不同以及彈性介質(zhì)的波動，都會破壞堵塞顆粒與巖 石之間的凝聚力。在超聲波的破壞作用下，堵塞顆粒 與儲層巖石發(fā)生剝落，使“粘著”的顆粒脫離，起到 解堵的作用。流體都有粘滯性，并存在著不同的流體 層。在近壁處從速度為零的壁面到速度分布均勻的液 體層，稱之為附面層。如果把巖石中的孔

23、隙看做筆直 的毛細(xì)管，從油藏物理學(xué)中的毛管滲透定律可知，附 面層的存在對儲層毛管孔隙的有效半徑影響很大，隨 著附面層的形成，毛管流動孔徑變小，滲流量降低， 機械振動作用破壞附面層，產(chǎn)生松動作用。超聲波使 介質(zhì)作激烈的機械振動，在地層中傳播吮作用距離相 對較遠(yuǎn)，并隨距離的增加能量逐漸衰減。對近井地帶 可使孔隙或孔隙喉道內(nèi)附著的較強的堵塞物疏松脫 落。對于地層深部可使附著力較弱的堵塞物脫落。脫 落的堵塞物隨其后的排液排出地層，起到疏通泄油通 道，提高產(chǎn)量的作用。（2）機械振動使毛細(xì)管孔徑發(fā)生變化，降低孔隙內(nèi)表 面張力，導(dǎo)致毛細(xì)管的脹縮。在未受聲波振動前，巖 柱壓力（外壓）和油藏壓力（內(nèi)壓）及巖層骨

24、架所承 受的壓力（外壓與內(nèi)壓的壓差）處于平衡狀態(tài)。在超 聲波的作用下，平衡受到破壞，聲壓的變化導(dǎo)致毛細(xì) 管內(nèi)外壓差的變化。由于超聲波的周期性作用，毛細(xì) 管孔徑隨壓差發(fā)生周期性的脹大和縮小。毛細(xì)管脹大 時，使得近井地帶的原油進(jìn)入孔隙，毛細(xì)管縮小時， 孔隙體積變小，有利于把油擠入井內(nèi)。這種現(xiàn)象從下 面的定量分析中看的更清楚。（3）機械振動產(chǎn)生的沖擊壓力使地層巖石產(chǎn)生微裂 縫。因為聲波具有振動和傳遞能量的物理性質(zhì)，當(dāng)聲 波在井下作用于油層后，儲油層及其中的流體會隨聲 波一起振動。由于油、水及巖石的密度不同，水聲特 性阻抗不同，所以各自產(chǎn)生的振動加速度也不同。巖 石表面對超聲波產(chǎn)生反射，背向聲源的發(fā)散

25、波與面向 聲源的會聚波在巖石中形成一個壓力稀疏區(qū)，兩種不 同方向的波產(chǎn)生相反方向的應(yīng)力，致使兩種相態(tài)物質(zhì) 界面產(chǎn)生相對移動。振動達(dá)到一定強度，就會有撕裂 的趨勢，迫使原油與巖層的親和力減弱，使原油脫離 巖體。當(dāng)振動超過巖石的強度極限時，在巖面抗裂強 度較小處，產(chǎn)生疲勞微裂縫，而不破壞整個巖層的結(jié) 構(gòu)，從而改變了泄油剖面，兩種作用使原油順利流入 井筒。（4）邊界摩擦對流體產(chǎn)生局部加熱作用。邊界摩擦的 局部加熱作用是超聲波熱效應(yīng)的來源之一。在流體與 固體的分界面處，由于振動速度的巨大差異，使超聲 波的能量通過傳熱和粒滯的機構(gòu)而大大地轉(zhuǎn)換成熱 量。邊界摩擦化發(fā)生在局部，并且較激烈，往往會產(chǎn) 生局部高

26、溫。對于粘度較大的原油，吸收系數(shù)大，所 造成的局部溫升是十分可觀的。（5）降低原油粘度，提高滲流速度。原油是一種含蠟 質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等多種高分子化合物的流體。在高 頻、高強度的超聲波作用下，機械振動使大分子具有 較大的加速度，形成分子間的相對運動。由于分子的 慣性，使得分子鏈斷裂，大分子被粉碎，尤其在空化 狀態(tài)下，這種解聚作用更為明顯。對于原油中的高分 子化合物，解聚作用使其充分地被粉碎，降低原油粘 度。當(dāng)然，這需要在高聲強和長時間的作用下才能發(fā) 生。振動產(chǎn)生的高溫也可以降粘。超聲波在傳播介質(zhì) 內(nèi)部的吸收，不同介質(zhì)的分界面處、邊界處的摩擦作 用和空化作用在氣泡崩潰期間會釋放出大量的熱。如 果

27、聲場強度高，則井筒內(nèi)有大量的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?熱作用的結(jié)果可以提高原油的溫度，降低原油的粘度。 粘度越低，流體中分子之間的相互作用力就越小，流 體流動阻力就越小，有利于提高原油在地層中的流動 速度，有利于提高水驅(qū)效率和采收率。前蘇聯(lián)通過室 內(nèi)試驗觀察到：原油在聲強為8100kw/m2,頻率為 20Hz4. 5MHz的聲場中，粘度下降20%30%。下 降后的粘度是否回升恢復(fù)，取決于被處理原油的物性、 聲處理所使用的強度及時間。當(dāng)處理聲強不能使被處 理原油達(dá)到空化狀態(tài)或者僅能達(dá)到弱空化狀態(tài)，則下 降粘度只能保持五六個小時。含蠟越高，含膠質(zhì)、瀝 青質(zhì)越多的原油經(jīng)過聲處理后，其粘度下降變化越大。 當(dāng)聲

28、處理強度大于100kw / m2時，被處理的原油可達(dá) 到強烈空化狀態(tài)，下降后的原油粘度不再逆轉(zhuǎn)。華北 油田做了原油超聲波處理降粘的室內(nèi)試驗。給出了任 丘原油加超聲波處理與不加超聲波處理的粘溫曲線對 比。試驗過程如下：取509凍油樣兩份，一份用JC- 3型超聲波處理機，加150W的聲功率處理13分鐘， 超聲迅速溶化了凍凝原油井升溫至80 r。然后自然冷 卻降溫。用NCG-2型超聲粘度計測量各溫度測點下對 應(yīng)的粘度，并將各點連成曲線。另一份凍樣用熱水溶 化并使油液升溫至80 r，也用同樣的方法測出它的粘 溫曲線。從粘溫曲線上可以看出，經(jīng)超聲處理過的原 油，各溫度下的粘度下降了 25%30%。（二）

29、空化作用超聲波的空化是由流體中的正弦聲波所產(chǎn)生的聲波張 力在流體中形成充氣或充氣空穴的過程。也就是指在 超聲波作用下，液體中空泡成長和崩潰的過程，以及 伴隨發(fā)生的一系列聲壓變化現(xiàn)象。聲波在液體媒質(zhì)中 傳播時，氣泡發(fā)生響應(yīng)，使原有的或新生的小氣泡產(chǎn) 生共振現(xiàn)象。液體各部分時而受壓，時而受拉。在聲 波周期的擴張階段，在聲壓足夠大時，聲場中的拉力 使氣泡膨大；在聲波周期壓縮階段，使氣泡縮小，突 然劇烈爆破，大的氣泡經(jīng)過一次破滅后，分裂成新的 小氣泡，再重復(fù)此過程。這種微小氣泡（或空腔）迅 速形成和崩潰，會伴有激波產(chǎn)生，對周圍產(chǎn)生聲波作 用。理論研究表明，在空腔崩潰的局部空間，可以產(chǎn) 生高壓過105M

30、Pa和高溫達(dá)104C。還可以引起一系列 的次級作用，如發(fā)光、發(fā)聲、電離、化學(xué)反應(yīng)等?？?化作用在流體高壓時受到抑制，但由于溶解氣的存在 和流體內(nèi)顆粒污染卻能促進(jìn)空化現(xiàn)象的發(fā)生。（1）空化作用引起聲壓變化，消除氣阻。幾乎所有的 液體在常溫常壓狀態(tài)下都含有溶解氣或氣泡形成的氣 體。原油在地層壓力條件下溶解了更多的碳?xì)錃怏w。 在交錯復(fù)雜的油層孔隙中，這些氣體以氣核形式存在 于孔隙中，由于液體中很難存在穩(wěn)定的氣泡，所以， 這些氣核一般附著在巖石表面上。計算氣核在毛細(xì)管 孔道中所受毛管力可知，大量存在的氣核對油體流動 具有很大的阻礙作用，稱為氣阻。當(dāng)氣核的本征頻率 與聲頻相近而發(fā)生共振時，氣核發(fā)生強烈振

31、動。大量 氣核在聲場中迅速結(jié)合，形成大的氣泡，不斷擴大的 氣泡迅速脫離毛細(xì)管孔道而達(dá)到疏通的目的。同時， 在空化作用下，氣核在拉伸周期內(nèi)膨脹而具有一定的 速度，并靠著慣性達(dá)到最大半徑再快速地縮小，直至 崩潰，從而消除流阻。由于油體壓強較大，氣核半徑 較小，消除氣阻需要高強度、高頻率的超聲波。（2）空化作用在氣核崩潰時形成激波，大振幅振動在 媒質(zhì)中傳播時形成的鋸齒形技為周期性激波。在波面 處造成很大的壓強梯度，因而能產(chǎn)生局部高強高壓等 一系列特殊效應(yīng)?？栈罎ⅲㄓ绕湓诘皖l下）在理想 情況下，液體中最大壓強可達(dá)上萬兆帕。氣泡內(nèi)的氣 體由于泡熱壓縮，溫度也可達(dá)數(shù)千度（C），崩潰時 產(chǎn)生的激波對周圍產(chǎn)

32、生強烈的沖擊力，大大地加強了 超聲波的機械作用。在地層裂縫或固體表面發(fā)生重復(fù) 空化爆發(fā)，這些爆發(fā)所引起的瞬時高壓將粘附在地層 表面的粒子炸掉。由于交替的和橫向的液體流動，粒 子迅速地被從表面帶走。同時，在小空間的孔隙內(nèi)， 激波的產(chǎn)生能擴大巖石的孔隙半徑，增強微裂隙作用。 崩潰間產(chǎn)生的局部高溫是由聲能轉(zhuǎn)化而來的，對于提 高油層溫度，增加流動性具有很好的效果。由于空化 作用需在較強的聲壓下才能形成，故近井地帶作用明 顯。（3）主化作用可以減小原油的相對分子質(zhì)量。聲波作 用于原油，會使原油分子結(jié)構(gòu)在劇烈的振蕩作用下， 周期性地排列組合。空化作用可以使原油分子鍵斷裂， 使其相對分子質(zhì)量減小，從而降低原

33、油粘度，提高原 油的流動性。聲波作用于油層，原油發(fā)生的強烈空化 效應(yīng)還會使局部瞬時形成高溫高壓，促進(jìn)氧化一還原 反應(yīng)、高分子物質(zhì)的聚合或解聚，使膠結(jié)的瀝青質(zhì)分 子鍵斷裂等化學(xué)效應(yīng)，達(dá)到油層解堵的目的。（4）空化作用可以產(chǎn)生一系列次級效應(yīng)。在聲場中， 液體中的氣泡逐步生成、擴大，然后突然破滅。在氣 泡急速崩潰過程中，氣泡內(nèi)出現(xiàn)高溫高壓，氣泡附近 的液體中也形成局部的強烈激波，產(chǎn)生一系列的次級 效應(yīng)，如化學(xué)效應(yīng)、聲致發(fā)光、分散作用和乳化作用 等，它們都對地層產(chǎn)生相應(yīng)的作用。（三）熱作用油體流動時的阻力主要由油體間的摩擦表現(xiàn)出的粘性 引起的。粘度越小，濃度越低，油體中分子碰撞機會 越小，油體流動的阻

34、力越小。因此，提高油氣滲流速 度的主要措施之一是提高油體溫度，降低粘度。超聲 波的熱作用是一種綜合效應(yīng)，有吸收引起的整體加熱、 邊界面處的局部加熱和形成激波時的波前處的局部加 熱等。主要表現(xiàn)在以下三個方面。（1）超聲波在傳播介質(zhì)內(nèi)部的吸收，使得聲能轉(zhuǎn)化為 熱能。（2）在不同介質(zhì)的分界面處，邊界摩擦使油體溫度升 高。（3）空化作用在氣泡崩潰瞬間釋放出大量的熱能，局 部溫度可達(dá)攝氏上千度。頻率越高，吸收效果越好， 邊界摩擦越激烈；強度越大，空化作用越強，熱效應(yīng) 越顯著。因此，只有施加高頻、高強度的超聲波才能 取得明顯的效果。（四）反向流動作用起聲波傳遞方向具有與油層液體流動方向相反的特 性。室內(nèi)研

35、究結(jié)果證明了這樣一個機理，即在井底油 層中建立的聲場，無論是強聲場還是弱聲場都可以對 地層產(chǎn)生振動作用。在振動作用下，原油的分子不斷 進(jìn)行排列組合，大分子部分弱共價鍵及氫鍵破裂，使 其通過多孔介質(zhì)的能力大大提高。地層中聲波產(chǎn)生的 振動也使石油沿著反射波的路線向井底的聲源方向流 動，向井孔聚集，使油井增產(chǎn)，形成聲學(xué)中的蔡特金 圖。室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，加上方向相反的聲場后，滲流速 度提高30%。這證明在井底油層部位放置的大功率聲 源促進(jìn)了孔隙中的原油迎著聲波輻射方向朝井底聲源 流動。與滲流方向相反的井底輻射聲波可以促進(jìn)地層 中原油的滲流和聚集。如果將聲波發(fā)生器下入井下， 由于振動作用和空化作用，使媒質(zhì)的

36、細(xì)小顆粒作機械 振動，同時由于聲波具有比電磁波更強的穿透性，因 此，它很容易地進(jìn)入電磁波無法穿透的地層和地層中 的油和水。不管是脈動的沖擊波還是連續(xù)的振動波， 都會明顯地改變流體的物性和流態(tài)，當(dāng)聲波作用于飽 和的油水層時，流體在近井的孔隙結(jié)構(gòu)中作周期性的 相對運動。這樣運動愈靠近井內(nèi)孔眼聲源愈強烈，導(dǎo) 致流體加速向聲源流動。另外，由于強烈的振動，使 地層中的一部分固體顆粒發(fā)生分化作用，從而使地層 縫隙擴大，破壞了微粒的橋堵作用，疏通了堵塞渠道， 使地層滲透率提高，減少了流動阻力。（五）聲流作用聲流是強聲場在液體中傳播時，由于媒質(zhì)吸收了波的 能量和動量，流體產(chǎn)生非周期性流動形成的。聲流通 常具有

37、渦旋性質(zhì)。由物體振動所引起的流體運動，在 物體周圍某一層內(nèi)是有旋的，而經(jīng)過一個較大的距離 就迅速變?yōu)閯萘?。用式計算有旋流穿透聲附面層厚度?石油大學(xué)孫遠(yuǎn)仁等人在微觀試驗中，發(fā)現(xiàn)了超聲波聲 流作用的存在。試驗發(fā)現(xiàn)：在微觀仿真模型中央部分 大孔隙中的油已成為水驅(qū)殘余油，然而在超聲彼的聲 流作用下，這部分油能夠被驅(qū)走。超聲波的聲流作用 使油層流體產(chǎn)生強烈流動，不斷地沖洗出油孔道，達(dá) 到疏通孔隙，提高滲透率的目的。同時，由于聲波的 渦旋性，能使含油死區(qū)的油流出。聲流現(xiàn)象可以看出， 在水驅(qū)結(jié)束時，大孔隙的中心部位是連續(xù)的水流，稱 為流核。在與孔壁接觸的地方滯留了一部分油，形成 停滯區(qū)。這部分油就是殘余油

38、。在超聲波的作用下， 在大孔隙中出現(xiàn)方向相反的渦流，它們在聲場的主軸 方向上產(chǎn)生一個合力，導(dǎo)致流體沿聲波傳播方向流動， 結(jié)果使停滯區(qū)的死油流出，減少了停滯區(qū)的面積，提 高了驅(qū)油效率。聲流的主要特點是：由于聲波與流體內(nèi)的物質(zhì)非均質(zhì) 性，諸如平滑界面和固體顆粒等的相互作用而產(chǎn)生穩(wěn) 定的旋轉(zhuǎn)流。由聲流引起的流體激蕩不如由其引起的 空化作用來的強烈，但是聲流對于清除表面上的粘附 顆粒卻非常有效。聲流可以在較低的聲強下和較之空 化作用所需的更寬范圍內(nèi)的頻率下產(chǎn)生。（六）提高地層滲透率流體流經(jīng)孔道時，由于其粘滯性，會在孔道中形成附 面層。附面層的存在對儲展毛管孔隙的有效半徑影響 很大。隨著附面層的形成，毛

39、管流動半徑變小，滲流 量降低。若油層流體內(nèi)含有的細(xì)小團體物質(zhì)吸附在附 面層上，就可造成油層的堵塞。由于超聲波具有極強 的穿透能力，可以穿透附面層，并引起油層的固體介 質(zhì)和液體介質(zhì)的非同相振動，從而破壞、剝落附面層， 使用面層的顆粒脫落，從而提高滲透率。由于超聲波 的作用，物質(zhì)要發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化，從而 使物質(zhì)某些性質(zhì)發(fā)生變化。例如，強烈的振動使地層 中一部分固體發(fā)生分散作用，從而使地層縫隙擴大， 破壞微粒的橋堵，疏通了堵塞渠道，使?jié)B透率提高。 在聲波作用下測量巖心滲透率的變化，發(fā)現(xiàn)聲波作用 開始以后，經(jīng)過幾秒鐘巖心的滲透率便提高了。提高 的幅度取決于巖石的初始滲透率。初始滲透率越低的

40、巖石，經(jīng)聲波處理后提高的幅度越大，最高的可以提 高數(shù)十倍。用脈沖波處理的效果比用連續(xù)波處理的效 果大幾倍。1970年，美國西弗吉尼亞大學(xué)的弗伯克教 授和汪愛誠博士做了超聲加速原油通過含油砂巖的試 驗。試驗結(jié)果是，在常壓下，采用工作頻率為20kHz， 聲功率為70W的超聲輻射，可使原油通過砂巖的流速 增加29倍，當(dāng)給系統(tǒng)加壓到55X104Pa時，超聲 可使流速增加2倍。前蘇聯(lián)在頻率為57kHz，聲強為 0. 81. 2kw / m2的聲場作用下分別測定了自來水、 表面活性劑、煤油與車用潤滑油的滲透率。試驗結(jié)果 是：當(dāng)流體的滲透方向與聲波輻射的方向相同時，三 種流體的滲流速度在聲場下分別提高了 2

41、5%，50%， 80% ；當(dāng)方向相反時，聲波使混合油通過砂巖的滲流 速度提高了 30%。聲波可以以很高的速度在油水和地 層中傳播。聲波在水中的傳播速度是1 4001500m/ s，在原油中的傳播速度是13001400m/s。例如，中 國科學(xué)院聲學(xué)所測定的任丘油田原油，在50r油溫下 的聲速是1360m/s。因為超聲波在含油氣地層中的傳 播速度極快，所以當(dāng)大功率的油井聲波輻射器下入枯 竭井、低滲透低產(chǎn)井、停噴井中，對井底油層進(jìn)行聲 波輻射誘噴處理，一般作用幾個小時后，油井便恢復(fù) 自噴出油，低產(chǎn)井產(chǎn)量大幅度上升。這與常用的三次 采油方法相比，處理后的見效速度快得多。二、工藝流程設(shè)備及施工原理主要儀

42、器、設(shè)備超聲波處理油層系統(tǒng)由地面設(shè)備和井下儀器兩部分組 成，包括地面聲波一超聲波發(fā)生器、傳輸電纜和井下 大功率電聲轉(zhuǎn)換裝置等三大部分。施工原理施工時，將井下?lián)Q能器用普通射孔電纜送至油層部位， 由相應(yīng)的電源供應(yīng)電能，地面超聲波發(fā)生器產(chǎn)生脈沖 波、超聲波和電功率振蕩信號，經(jīng)電纜傳輸給大功率 發(fā)射型換能器。換能器將電功率振蕩信號轉(zhuǎn)換成機械 振動能聲波，經(jīng)流體介質(zhì)(油水混合物)耦合進(jìn)入油層，達(dá)到解除污染、堵塞，改善近井地帶地層 滲透性的目的。主要工藝流程選井、選層原則油層生產(chǎn)過程中的堵塞層。在采油井中，一般處 理中、高孔滲地層。這些地層初期有一定的產(chǎn)能，但 隨著開采時間的延長，產(chǎn)量下降較快，對這些井進(jìn)

43、行 處理，效果較好。在注水井中，一般處理沒有吸水能 力或吸水能力下降的井。有嚴(yán)重污染的油氣水層的油、水井，即因結(jié)垢、 結(jié)蠟造成堵塞的油井或其他作業(yè)(包括壓裂、酸化、 化學(xué)防砂、化學(xué)清蠟等)過程中發(fā)生污染的油、水井。對水、酸有敏感性的油層。距水線較近或因固井質(zhì)量差、易竄槽等原因長期 不能實施壓裂增產(chǎn)措施的井，或其他不適用常規(guī)水力 壓裂的地層。多層合采，需選層處理，分層處理難度大，其他 措施無法一次性處理的油、水井。套管變形，通徑大于90mm，套管外漏無法進(jìn)行 常規(guī)措施的井。采用常規(guī)工藝開采的低產(chǎn)、瀝青質(zhì)含量較高的稠 油井。超聲波處理油層施工程序超聲波處理油層的工藝比較簡單。遼河油田茨榆坨采 油廠

44、總結(jié)了以下聲波處理油層技術(shù)施工程序，有一定 的代表性。準(zhǔn)備測定措施前油井動液面等動、靜態(tài)資料。起出井下生產(chǎn)管柱。通井。用直徑140mm通井規(guī)通至射孔井段以下，同 時驗證套管的損壞情況及通過能力，根據(jù)具體情況確 定施工方案。清砂。若砂面掩蓋射孔井段，則徹底清除至人工井 底。聲波處理接儀器操作規(guī)程檢查內(nèi)外線路，如電壓合乎要求， 則按順序開機。開動絞車，用電纜將換能器下到預(yù)定位置。按預(yù)先設(shè)計的處理層段，以及根據(jù)各層段處理點確 定的換能器下井深度及各處理點處理時間進(jìn)行作業(yè)。處理完后從井內(nèi)取出換能器，靜置沉淀48小時。按開發(fā)方案要求下入完井生產(chǎn)管柱。開井生產(chǎn)，錄取油井生產(chǎn)動、靜態(tài)資料，與措施前 對比，判

45、明聲波處理油層技術(shù)的施工效果。施工注意事項氣油比過高的油層不適宜進(jìn)行超聲波處理。井上要有相應(yīng)的電源。處理層段充滿液體。對超聲波處理油層技術(shù)的認(rèn)識大慶、新疆、華北等油田開展超聲波采油技術(shù)的試驗 研究和現(xiàn)場應(yīng)用，取得了重要成果。同時，對超聲波 采油技術(shù)有了更深人的認(rèn)識。對于由泥漿浸泡、壓井、結(jié)蠟及其他原因造成的 近井地帶地層污染堵塞的井，采用超聲波技術(shù)解堵效 果好；對于油層物性好，油層厚度大，出油能力差及 動靜態(tài)資料不符的井，適當(dāng)延長超聲波處理時間，可 獲得更好的處理效果；注水井經(jīng)超聲波處理后，必須 對注入水水質(zhì)加以控制，否則會影響到超聲波處理的 有效期。對于低滲油田，超聲波處理油井的效果與油層自

46、 身條件密切相關(guān)。油層滲透性越低，原油粘度越大， 超聲波在油層內(nèi)的衰減越快。與高滲透層相比，在相 同施工技術(shù)參數(shù)下，超聲波處理的效果越差，反之則 超聲波處理油井的效果較好。因此，對于不同油層條 件的井，應(yīng)該采取不同的參數(shù)。對于在開發(fā)過程中， 污染半徑較大的特低滲透油層，利用超聲波解堵的適 應(yīng)性和應(yīng)用方法，有待于進(jìn)一步研究和完善。（3）利用超聲被處理注入水，改善水質(zhì)，提高注水井 吸水量，防止油層次生堵塞，是可行的。并且超聲波 增注系統(tǒng)控制范圍大，增注效果維持時間長，工藝簡 單，管理方便。但超聲波增注機理及增注參數(shù)的確定 還需進(jìn)一步研究。（4）新疆油田試驗研究證明，超聲波對進(jìn)行防砂、堵 水后油產(chǎn)量

47、大幅度下降的井效果顯著。對壓裂過的地 層，壓裂有效期過后進(jìn)行處理仍然有效。對井深大于 2500m或膠結(jié)致密，滲透性極差的地層效果較差。原 因是井越深，地層成巖演化越深，地層膠結(jié)致密，破 裂壓力大，進(jìn)一步改善滲透率的潛力小，另外，地層 深度增加，電聲效率降低。（5）利用超聲波波清、防垢效果顯著。污水介質(zhì)經(jīng)超 聲波處理后，對其內(nèi)在性質(zhì)及成垢特性產(chǎn)生明顯影響。垢層疏松。通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)未經(jīng)超聲波處 理，其析出垢物結(jié)構(gòu)致密，經(jīng)超聲波處理后，其析出 垢物結(jié)構(gòu)疏松，且內(nèi)部有大量空洞，與器壁親和力減 弱。界面張力下降。經(jīng)原中國石油天然氣總公司油田油 氣評價中心通過四點取樣測試，經(jīng)超聲波處理后，介 質(zhì)的

48、界面張力顯著下降。懸浮垢粒變小，數(shù)量增多。經(jīng)超聲波作用后，水中 垢粒較超聲波作用前多，而且粒度變小。故超聲波作 用大大加快了垢物在水中的析出并使之懸浮于水中， 起到防止器壁板結(jié)垢物的作用。經(jīng)超聲波處理后，結(jié)垢特性恢復(fù)原態(tài)的平均時間為 96120小時（用FG -I500型超聲儀）。超聲波防垢的綜合指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)化學(xué)防垢，且有防 腐作用。（6）超聲波處理油層技術(shù)與壓裂、酸化、擠液、蒸汽 吞吐等常規(guī)增產(chǎn)工藝相比有四個不同點。壓裂、酸化、擠液是將污染物擠壓進(jìn)地層深部，易 形成二次污染，而超聲波處理可將污染物排出地層。壓裂、酸化、擠液等工藝分層處理比較困難，往往 造成孔隙度高的地層被處理開，而孔隙度低的地

49、層收 不到效果，使地層的動用程度受到影響，而且有時將 高含水層壓開，造成水淹油層，而超聲波處理油層有 靈活的分層能力，深度誤差只有10cm，可準(zhǔn)確地選 定處理層位。壓裂、酸化、擠液等工藝對固井質(zhì)量不好，套管變 形、破損的井施工困難，甚至無法施工，而超聲波技 術(shù)只要換能器下人即可正常處理。壓裂、酸化、擠液等工藝動用設(shè)備多，施工人員多， 工藝復(fù)雜，費用高，而超聲波技術(shù)只需一臺絞車、四 五人即可，工藝簡單，費用低。此外，超聲波處理油 層技術(shù)還有施工周期短、安全、無地面污染、占用施 工場地小等優(yōu)點，為油田增產(chǎn)、增注提供了一個先進(jìn) 的、簡單可行的新方法。應(yīng)當(dāng)說明，超聲波處理油層 增產(chǎn)技術(shù)雖然有其他增產(chǎn)措

50、施無法相比的優(yōu)點，但這 種方法不能取代其他方法。比如常規(guī)壓裂可以造較長 距離的縫，但任何振動的方法都辦不到，所以，一定 要根據(jù)油層的具體情況，合理地選擇使用。振動采油技術(shù)和發(fā)展趨勢國內(nèi)外振動采油技術(shù)的研究及展望由于油層的非均質(zhì)性，油水粘度、毛管力和重力 的影響，使水驅(qū)采收率很低（一般為30%-40%），大量 的原油仍滯留在地下，于是采用以化學(xué)手段為主的三 次采油來提高采收率?；瘜W(xué)驅(qū)油包括聚合物驅(qū)油、表 面活性劑驅(qū)油、堿性驅(qū)油、三元復(fù)合驅(qū)油以及混相驅(qū) 油，還有C02驅(qū)、烴類氣驅(qū)和熱力驅(qū)（包括蒸汽驅(qū)、火 燒油層等）。化學(xué)驅(qū)提高采收率雖然很有效，但需向油 層注入化學(xué)劑，使得成本過高，限制了其大規(guī)模的

51、應(yīng) 用。另外，影響化學(xué)驅(qū)的因素很多，化學(xué)驅(qū)還會造成 油層結(jié)垢、油層堵塞、設(shè)備腐蝕和影響采出原油品質(zhì) 等負(fù)面影響。振動（地震）采油作為一種主要的物理 法來提高采收率，具有設(shè)備投入少、操作費用低、作 用面積大、作用效果好等特點，一直受到重視和研究， 并可望成為一種聚合物驅(qū)后的進(jìn)一步提高采收率技 術(shù)。振動采油方法的起源最初發(fā)現(xiàn)振動對油井產(chǎn)量和采收率有影響的是 對一些自然現(xiàn)象的觀察。1938年，在前蘇聯(lián)老格羅茲 尼油田的天然地震中發(fā)現(xiàn)油井產(chǎn)油量提高的現(xiàn)象。 1948年，前蘇聯(lián)北高加索 StarogroznenSkye油田， 在一次地震后產(chǎn)量增加了 45% 。1981年，Osika公布了達(dá)吉斯坦一次4.

52、8級地震后，距震中300km的 Kolod油田產(chǎn)量出現(xiàn)異常情況，其中5號井產(chǎn)量從 51.8m3/d增加到73.6m3/d，162號井的儲層壓力增 加了 10%15%，130號井的液面上升了 9m，然后逐漸回 到原位。在美國佛羅里達(dá)州的一口井（深52m）中水位劇烈 變化（廣2m），這是由附近奔馳的火車引起 的。1964年阿拉斯加地震的全球性水文地質(zhì)效應(yīng)調(diào)查表 明，此次地震對井下液面位置產(chǎn)生了明顯影響，使加 拿大、英格蘭、丹麥、比利時、埃及、以色列、利比 亞、菲律賓群島、西南非和澳大利亞北部等地區(qū)的井 下液面發(fā)生了明顯變化。1993年，加利福尼亞的Unders 地震使得該地區(qū)的含水層壓力出現(xiàn)了明顯

53、變化，地震 觀察結(jié)果表明，流體壓力隨振動增長了 3.3倍， 并 按指數(shù)規(guī)律衰減，持續(xù)時間為幾天至幾周。我國在20世紀(jì)70年代發(fā)生海城、唐山2次大地 震之后，遼河、大港、勝利油田的部分油井石油產(chǎn)量 明顯增加。有人曾在臺灣用固定深度216m、松散的粉 砂巖與砂質(zhì)粉砂巖中的傳感器，測量到孔隙水壓力對2 次局部地震（震級6.2和7.0，距震中6km和8km）的響 應(yīng)。在一段最長（24s）時間內(nèi)，孔隙水壓力最大增量 為27%，地震波擾動后感應(yīng)的孔隙壓力下降50%的時間 為幾秒到207s 。以上分析表明，振動（地震）會使油層的水動力學(xué) 系統(tǒng)受到影響，油藏壓力和井下液面發(fā)生變化；會使 油層滲透率顯著增加，油

54、井產(chǎn)液量成倍增長；會使孤 立的剩余油滴啟動、聚集、運移和重新分布，油井產(chǎn) 油量增加、含水率下降、廢棄的油井重新出油。振動 作用面積大小及效果隨位置發(fā)生變化，使多口油井受 效，受效井產(chǎn)量有升有降。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀利用振動采油技術(shù)已發(fā)展了多形式的增產(chǎn)設(shè)備， 包括機械式擊打地層、利用偏心輪裝置產(chǎn)生對套管壁 第 的振動壓力、水力沖擊振蕩器、高頻水聲多孔發(fā)生器、 磁致伸縮換能器、壓電陶瓷換能器、電容振蕩器和熱 聲組合激勵超聲設(shè)備等等，這些設(shè)備的研制可使地層 內(nèi)的流體與地層骨架引起共振。近30a來，振動采油 已成為一門新興學(xué)科，美蘇兩國在振動采油技術(shù)方面 遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他國家。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)50年代開始就聲

55、波采油機理進(jìn) 行了大量的室內(nèi)外研究，60年代，又進(jìn)行了大規(guī)模的 現(xiàn)場試驗。首先，在低滲透、低產(chǎn)和低能井區(qū)進(jìn)行了 水力脈沖聲波處理，獲得理想效果。70年代，前蘇 聯(lián)又發(fā)展了大功率電力超聲油井處理裝置，并在現(xiàn)場 應(yīng)用中取得成功。80年代，前蘇聯(lián)在西西伯利亞等 4個油田進(jìn)行了更深入的現(xiàn)場試驗，采用壓電式超聲設(shè) 備，其電聲效益比磁致伸縮超聲設(shè)備大，可達(dá)50%90%， 換能器直徑為（p42mm，可在不壓井、不提油管的情況 下進(jìn)行作業(yè)，可大幅度降低作業(yè)成本、提高經(jīng)濟效益。美國早在20世紀(jì)50年代也開始了聲波采油技術(shù) 的研究，近2030a來，這方面的研究一直沒有中斷。 1954年博丁申請了 “提高采油量的聲

56、波系統(tǒng)”專 利（US.2667932）。60年代，美國西弗吉尼亞大學(xué)的 弗伯克教授進(jìn)行了提高原油通過巖層滲透率的聲波方 法實驗，為美國超聲波采油技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 美國塔爾薩大學(xué)布蘭登博士還申請了 2 3項聲波 采油專利。1964年在俄克拉何馬州的一口低產(chǎn)井上 進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，平均增產(chǎn)0.92t/d，有效期持續(xù)la。 美國休斯敦SPOR公司也研制了井下聲波發(fā)生裝置，并 且試驗成功。所以60年代美國就把聲波采油技術(shù)納入 三次采油新技術(shù)的范疇。我國從20世紀(jì)50年代開始，國內(nèi)石油大學(xué)和西 安石油大學(xué)也曾對振動采油技術(shù)作過一些研究，這些 研究均建立在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上。在感性認(rèn)識和理論 推測上，目

57、前正處于研究階段。振動采油機理研究10頁a）振動波作用于油層，地層內(nèi)流體及儲集巖層隨 之一起振動，由于油、水及巖石物質(zhì)密度不同，所以 各自產(chǎn)生的振動加速度和振幅也不同，致使2種相態(tài) 物質(zhì)界面產(chǎn)生相對運動，達(dá)到一定強度就會撕裂，從 而使原油和巖層的親和力減弱，使原油脫離巖石表面。 而水和油的界面則在高頻振動波的機械振動作用下形 成油包水或水包油形乳狀液。油層內(nèi)毛細(xì)管在振動波 的機械振動作用下，其直徑會發(fā)生時大時小的變化， 當(dāng)毛細(xì)管膨大時，其表面張力減小，導(dǎo)致管內(nèi)流體流 動。由理論推斷，在彈性場內(nèi)的滲流速度可增加100 倍，已得到證實。如，在頻率為310kHz、強度200kW/m2 的簡諧振動場內(nèi)

58、，水和油通過膠結(jié)砂巖巖心的滲流速 度增加了 19倍。b）當(dāng)高頻振動波作用于油層時，其脈沖壓縮波使 油層巖石的應(yīng)力發(fā)生時大時小的變化。在壓縮時，應(yīng) 力強度可達(dá)上千個大氣壓，一張一弛使巖層每秒鐘內(nèi) 承受著上萬次甚至更高的沖擊振幅，當(dāng)超過巖石的疲 勞強度極限時，就可以使巖層產(chǎn)生疲勞裂縫，從而改 善油層泄油剖面，即為振動波壓裂原理。c）振動波具有較強的穿透能力，它能夠很容易進(jìn) 入電磁波，無法進(jìn)入油、水層。此時，地層流體也會 隨著振動波快速往復(fù)振動，從而可以疏通油流通道， 提高地層滲透率。例如，石油大學(xué)利用原油進(jìn)行流動 試驗時，在超聲波的作用下比不加超聲波時其滲透率 提高 402.8%。d）在振動波場中

59、，原有分子結(jié)構(gòu)在劇烈振蕩作用 下進(jìn)行周期性排列組合，尤其是其空化作用可以使原 油分子鍵斷裂，使其分子量減小，從而降低原油粘度， 已有實驗證明可以降粘40%。同時在振動波的作用下 可以使非牛頓流體變成牛頓流體。e）由于高頻振動波的振蕩及空化作用，使石蠟在 未凝結(jié)之前就形成極細(xì)的微粒，懸浮于原油流體中， 低其固化溫度。此外，振動波場的熱效應(yīng)還可以使固 結(jié)的蠟變軟和熔化，而起到清蠟的作用。f）振動波的防垢解堵作用。由于振動波具有極強 的穿透能力，可以穿入垢層微粒，使巖垢每個質(zhì)點都 能得到巨大的加速度，由于垢的組成物質(zhì)不同，其彈 性模量也不同，則聲阻擾、振動速度及加速度也不同， 從而在界面上產(chǎn)生強烈的

60、剪切力，使垢層變?yōu)槲⒘?而從附著介質(zhì)上脫落。g）水井增注，利用沖擊振動作用，可以改善吸水 剖面，提高注水效率，由石油大學(xué)研制的水力振蕩器 在全國十幾個大油田近200多口注水井使用均取得了 顯著效果，經(jīng)振蕩器處理后有些井的注水量成倍增加。h）提高油田最終采收率，振動波具有機械振動 作用、空化作用、熱作用且其穿透力強和在液體、固 體介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)、傳播方向性好等特點，所以振 動波處理油層能夠疏通和降低毛細(xì)管的張力，提高滲 透率，改變油層流體的性質(zhì)和流態(tài)，促進(jìn)油氣水的流 動，提高油層的泄油能力和最終采收率。振動采油技術(shù)的不足油層距震源距離油層距震源距離遠(yuǎn)，受到的有效振動能量小、振 動單一。油層距