聲波采油技術(shù)

二聲波采油技術(shù)

定義：用聲波處理油層，實(shí)際上是將聲波作用于固體和液體，即作用于多孔介質(zhì)巖石骨架和孔隙中的飽和流體(石油、水和天然氣)，使多孔介質(zhì)在波動(dòng)作用下發(fā)生某些有利于流體在其中流動(dòng)的變化，從而達(dá)到提高油井產(chǎn)量和油層原油采收率的目的。

分類：根據(jù)對(duì)油層的作用方式不同，聲波采油技術(shù)可分為超聲波采油技術(shù)、水力振蕩解堵技術(shù)、井下低頻電脈沖采油技術(shù)，及低頻振動(dòng)處理油層工藝。發(fā)展背景隨著二次采油的不斷進(jìn)行，油層條件變差，開采難度日益增加。

三次采油：聚合物驅(qū)，（提高原油采收率，采油成本較高、注入困難、對(duì)油層有不同程度的傷害、產(chǎn)出水處理困難）聚合物驅(qū)的應(yīng)用范圍有所限制若水驅(qū)采收率按30％～40％計(jì)算，聚合物驅(qū)可以提高采收率10％～15％，則聚合物驅(qū)后仍有半數(shù)原油遺留于地下，需要采用其他四次采油技術(shù)進(jìn)行開采。

物理法采油技術(shù)國(guó)內(nèi)外許多室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)都已表明，利用物理場(chǎng)作用于油藏，可以大大地提高原油采收率，聲波采油技術(shù)就是其中方法之一。聲波采油技術(shù)作為聲波采油技術(shù)，以其適應(yīng)性強(qiáng)、具有明顯的“增油控水效應(yīng)"、工藝簡(jiǎn)單成本低、對(duì)油層無(wú)污染以及與¨化學(xué)驅(qū)”優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)等特點(diǎn)及特殊的性質(zhì)，適合于對(duì)油層進(jìn)行無(wú)傷害處理，在油氣田開采中可以發(fā)揮可觀的作用。發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代，美國(guó)就開始了聲波采油技術(shù)的研究，并且得到了成功和較快的發(fā)展。

60年代是聲波采油技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)試行階段。美國(guó)西佛吉尼亞大學(xué)進(jìn)行了提高原油通過巖層的滲透率的聲波方法試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，在聲波的作用下，原油通過毛細(xì)管的速度顯著增加。這些實(shí)驗(yàn)的成功，為美國(guó)超聲采油技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

70年代，前蘇聯(lián)首先發(fā)展了大功率電力超聲油井處理裝置，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了成功。聲波處理地層的成功為前蘇聯(lián)油田的開發(fā)展示了廣闊的前景。

80年代，前蘇聯(lián)在曼格什拉克、西西伯利亞、格魯吉亞、韃靼等油田進(jìn)行了更深入的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，同時(shí)也探討了將聲波與酸化、壓裂等常規(guī)的增產(chǎn)增注措施結(jié)合起來的可能性。隨著采油技術(shù)的日益成熟，聲波采油設(shè)備的進(jìn)一步完善，前蘇聯(lián)也開始形成了一套聲波處理油井油層的工藝方法并確定了各種聲波設(shè)備的適用范圍為更加合理地處理各類油層，提高處理效果提供了科學(xué)依據(jù)。

90年代，聲波采油技術(shù)及采油聲學(xué)已經(jīng)形成一門新興學(xué)科。美、前蘇聯(lián)在這一領(lǐng)域的研究十分活躍，在較大范圍內(nèi)開展聲波驅(qū)油、解堵、降粘等項(xiàng)目的機(jī)理研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均見到了較好的效果。

發(fā)展歷程

我國(guó)率先進(jìn)行探索的是華北油田。該油田于1981年在南馬莊進(jìn)行了聲波破乳、降阻的冷輸抽油試驗(yàn)。隨后又做了聲波增產(chǎn)試驗(yàn)，見到了良好效果。后來，大慶石油管理局與成都換能技術(shù)研究所共同研制成功了超聲驅(qū)油系統(tǒng)的首臺(tái)樣機(jī)。這是聲波采油技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，填補(bǔ)了我國(guó)聲波采油領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。1987年冬及1990年在玉門油田用此樣機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。經(jīng)過測(cè)井證明，油田物性明顯好轉(zhuǎn)、流動(dòng)系數(shù)、流度比、地層系數(shù)以及滲透率等均大幅度提高。隨后，遼河、華北、吉林等油田也發(fā)表了各自的調(diào)研報(bào)告。尤其是近幾年來包括聲波采油等一些物理采油技術(shù)已作為推廣項(xiàng)目在油田應(yīng)用，由此引起全國(guó)各油田普遍重視。各油田結(jié)合自己的特點(diǎn)，開展聲波采油技術(shù)的研究與實(shí)際應(yīng)用，聲波采油在我國(guó)已顯示了廣泛的應(yīng)用前景。一）聲波的性質(zhì)及作用原理

聲波的性質(zhì)：

質(zhì)點(diǎn)有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)稱為波動(dòng)。波在傳播方向上能傳遞能量，在波穿過的地方，波發(fā)生周期性地振動(dòng)。聲波是縱波，能在任何介質(zhì)中(氣體、液體和固體)傳播。聲波的穿透能力很強(qiáng)，可以很容易地穿過電磁波無(wú)法穿透的油、水層。聲波的方向性好，能定向傳播。聲波的傳播速度和能量衰減與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。聲波作用原理：

首先是它的機(jī)械作用，聲波能迫使介質(zhì)做激烈的機(jī)械振動(dòng)，并產(chǎn)生強(qiáng)大的單向力作用。其二是空化作用，當(dāng)在聲波作用下，液體發(fā)生共振時(shí)，在聲波稀疏階段，小泡迅速漲大；在聲波壓縮階段，小泡又很快地湮滅，在湮滅瞬間，泡內(nèi)的溫度和壓力可達(dá)幾千度和幾千乃至幾萬(wàn)個(gè)大氣壓。從而導(dǎo)致流體的一些性質(zhì)發(fā)生變化。第三就是聲波的熱作用，聲波穿過介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)吸收一定的聲能，引起局部高溫，這對(duì)于降粘熔蠟有一定的作用。聲波的這些特點(diǎn)和物理作用為聲波采油技術(shù)提供了理論依據(jù)。

從上述的聲波作用原理中可以看到聲能是研究聲波傳播的最重要的因素。因?yàn)槁暡l率和油層有關(guān)性質(zhì)(滲透率)與聲能在地層中衰減直接相關(guān)。二）聲波在油層中的傳導(dǎo)和衰減特征1聲波在油層中的一維傳導(dǎo)1）物理模型和假設(shè)條件

假設(shè)油層是由無(wú)數(shù)根直流管沿x方向平行排列組成，流管內(nèi)充滿流體，管壁部分和流管之間△x的一段流管和其中的流體做為研究對(duì)象。所取單元體如圖所示。

圖2－1物理模型示意圖

為了使問題簡(jiǎn)化，必須對(duì)介質(zhì)及聲波的作用過程做出一些假定，這些假定條件是：(1)介質(zhì)的初始?jí)簭?qiáng)和初始密度都是常數(shù)。(2)聲波傳播時(shí)，介質(zhì)中稠密和稀疏過程都是絕熱的。(3)假設(shè)在介質(zhì)中傳播的是小振幅聲波，各聲學(xué)參量都是一階微量。(4)只考慮一維情況。(5)假設(shè)聲壓在多孔介質(zhì)骨架中的波動(dòng)與其在孔隙流體中的波動(dòng)情況相同，即完全可以通過研究聲場(chǎng)中的流體來研究油層。2）一維傳導(dǎo)時(shí)聲波衰減特征①聲波頻率對(duì)能量衰減的影響聲波頻率對(duì)聲壓衰減的影響聲波頻率對(duì)振速衰減的影響

即聲波頻率越高，流體中的聲壓衰減得越快，振速隨距離衰減得越快。因此在地層中傳遞的聲波，其能量隨距離逐漸減小，而聲波頻率越高，聲波能量衰減得越快，即低頻率的聲波能量在地層中能傳遞得遠(yuǎn)一些。要處理近井5～6m范圍的區(qū)域，可選擇頻率為50Hz的聲波；要處理距井底l2m以外的區(qū)域，選擇頻率為10Hz的聲波。②油層滲透率對(duì)聲波衰減的影響滲透率對(duì)聲壓衰減的影響

滲透率對(duì)振速衰減的影響

在滲透率

圖中可以看出，在滲透率高地層中流體的振動(dòng)速度及聲壓的衰減速度要比滲透率低的地層中衰減的速度慢。即：同一頻率的聲波在不同滲透率的地層中傳播時(shí)，聲波能量、聲壓和振動(dòng)速度在較高滲透率的地層中衰減得慢。③流體粘度對(duì)聲能衰減的影響流體粘度對(duì)聲壓衰減的影響

流體粘度對(duì)振速衰減的影響

聲波的能量、聲壓和振動(dòng)速度在較高粘度的地層中要比在低粘度的地層中衰減得快。即流體粘度越高，聲波在其中衰減得越快。2聲波在油層中的徑向傳導(dǎo)1）物理模型和假設(shè)條件將如前所述聲波的一維傳導(dǎo)假設(shè)條件中，改成“考慮徑向滲流情況”，假設(shè)流體滲流符合達(dá)西定律。2）徑向傳導(dǎo)時(shí)聲波衰減特征①聲波頻率對(duì)能量衰減的影響徑向流條件下頻率對(duì)聲壓衰減的影響

徑向流條件下頻率對(duì)振速衰減的影響

從圖中可以看出，在地層中頻率為10Hz的聲波的聲壓和振速要比50Hz的聲波的聲壓和振速衰減得慢。

沿徑向傳播的聲波能量、聲壓和流體振速要比沿一維方向衰減快得多，這是由于在徑向傳播的情況下，能量的衰減除了由流體與壁面的摩擦作用引起的那部分外，還應(yīng)包括由于波陣面的面積隨傳播距離成正比擴(kuò)張而引起的波強(qiáng)的衰減量。②油層滲透率對(duì)聲能衰減的影響

徑向流條件下滲透率對(duì)聲壓衰減的影響徑向流條件下滲透率對(duì)振速衰減的影響對(duì)同一頻率的聲波在不同滲透率的地層中傳播時(shí)，聲波能量、聲壓和流體振速在較高滲透率的地層中要比在低滲透率的地層中衰減得慢。這與一維情況所得結(jié)論一致。

聲能、聲壓和流體振動(dòng)速度在徑向情況要比一維情況衰減幅度大。③流體粘度對(duì)聲波徑向傳播的影響徑向流條件下流體粘度對(duì)聲壓衰減的影響徑向流條件下流體粘度對(duì)振速衰減的影響由圖中可以看出，聲壓和頻率在流體粘度大的地層中衰減的快。

徑向流條件下，聲波在地層中的衰減特征與一維情況下一致，只是聲壓和流體振動(dòng)速度衰減幅度要比一維情況下的大。3聲速在油層中傳導(dǎo)的影響因素

1）溫度對(duì)聲速的影響

兩種混合液中聲速的表達(dá)式為：分析聲速表達(dá)式可知，隨著溫度增加，混合液的聲波傳播速度降低。2）壓力對(duì)聲速的影響含氣原油中聲速與壓力關(guān)系曲線密度為0.959g/m3的原油中聲速與壓力關(guān)系曲線

曲線表明，在較重原油中，聲速幾乎隨壓力呈線性增加；對(duì)于含氣原油(輕質(zhì)原油)在較低壓力時(shí)，聲速隨壓力的增加而下降，在較高壓力時(shí)，聲速隨壓力的增加而呈線性增加。3）流體飽和度對(duì)聲速的影響縱波聲速vP，衰減品質(zhì)因素QP與飽和度的關(guān)系對(duì)于縱波而言，在低飽和度時(shí)，砂巖中聲波衰減隨飽和度增大而增大；在部分飽和時(shí)，能量損失加大；在完全飽和時(shí)能量損失較小；如圖所示，當(dāng)飽和度大于80％時(shí)，衰減隨飽和度增加又開始下降，出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰值。4）重度對(duì)聲速的影響聲速與重度關(guān)系曲線圖中給出了在0.7MPa以及22.8～80℃之間聲速與重度之間的關(guān)系曲線。圖中曲線表明，不論在低溫還是高溫下，聲速隨重度的增加而遞減。三）超聲波采油技術(shù)超聲波采油技術(shù)是利用超聲波的振動(dòng)作用、空化作用等作用于油層，解除近井地帶地層的污染和堵塞，以增加油井產(chǎn)量。1超聲波的作用及作用效應(yīng)

1）超聲波的作用

①線性的交變振動(dòng)作用

這是指超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，引起介質(zhì)粒子作交變振動(dòng)產(chǎn)生作用。如其位移振幅度為A，則振速振幅為，加速度振幅為，它將引起介質(zhì)中應(yīng)力或聲壓作周期性變化，從而產(chǎn)生一系列的次級(jí)效應(yīng)。

②激波作用

大振幅振動(dòng)在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)形成鋸齒形波面的周期性激波，在波面處造成很大的壓強(qiáng)梯度，因而能產(chǎn)生局部高溫廟墳等一系列特殊效應(yīng)。③定向作用

振動(dòng)的非線性會(huì)引起一些贏流定向力，其中最主要的是沿聲的傳播方向的輻射壓強(qiáng)，此外還有可以在粒子之間引起相互靠近的伯努利力，由粘度的周期性變化而引起的直流平均粘滯力等等，這些直流力可以使流體介質(zhì)產(chǎn)生一定的方向作用、凝聚作用等力學(xué)效應(yīng)。④空化作用

這是僅能在液體介質(zhì)中出現(xiàn)的一種重要的基本作用，在聲場(chǎng)中，液體中的氣泡可以逐步生成和擴(kuò)大，然后突然破滅。在這急速的氣泡崩潰過程中，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、但很強(qiáng)烈的激波。因此，就可以產(chǎn)生一系列次級(jí)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等，在液體中進(jìn)行的超聲處理技術(shù)，幾乎大多數(shù)都與空化作用有關(guān)。2）超聲波對(duì)油層的作用

①解除地層堵塞

由于超聲波具有極強(qiáng)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(dòng)，從而破壞、剝落附面層，使“粘著’’的顆粒脫落。當(dāng)超聲波的強(qiáng)度和頻率達(dá)到一定值時(shí)將產(chǎn)生空化現(xiàn)象，在地層的裂縫或孔隙表面發(fā)生重復(fù)空化爆發(fā)，這些爆發(fā)所引起的瞬時(shí)主靜壓，也可將粘附在孔隙或裂縫表面的顆粒炸掉，被流動(dòng)著的流體迅速帶走，達(dá)到油層解堵的目的。超聲波在油層內(nèi)的空化作用還可消除氣阻現(xiàn)象。這是由于空化作用是以油層內(nèi)的氣核為對(duì)象，氣核在拉伸期間膨脹而具有一定的速度。并靠著慣性達(dá)到最大值，在壓縮期間迅速減小，直至崩潰，從而消除氣阻。②使油層產(chǎn)生微裂縫

石油、巖石和水的聲特性阻抗是不同的，當(dāng)超聲波在飽和石油和水的地層內(nèi)傳播時(shí)，不同介質(zhì)內(nèi)的聲波之間發(fā)生耦合作用，在自由界面或兩種介質(zhì)的交界處產(chǎn)生新波，這種新波本身之間或新波與母波之間產(chǎn)生干涉作用，形成應(yīng)力集中的現(xiàn)象，稱為會(huì)聚效應(yīng)。會(huì)聚效應(yīng)造成不連續(xù)的應(yīng)力分布，可在巖石抗拉強(qiáng)度較小處形成微裂縫而不破壞整個(gè)巖層的結(jié)構(gòu)。③提高油層的滲透率

A、降低毛管壓力

油層未受聲波擾動(dòng)時(shí)，受力平衡；當(dāng)受到超聲波作用時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一些直流定向力，破壞油層原有的壓力平衡，使毛管半徑發(fā)生時(shí)大時(shí)小的變化。當(dāng)毛管半徑變大時(shí)，表面張力就以半徑的平方形式縮小，毛管壓力就以半徑的三次方形式縮小，這就使原來毛管力和重力的平衡關(guān)系被打破，束縛在毛細(xì)管中的殘余油就會(huì)在重力與聲波的振動(dòng)作用下流入井內(nèi)。B、提高滲流能力

a、強(qiáng)聲場(chǎng)在液體中傳播時(shí)，液體介質(zhì)吸收波的能量而使流體溫度升高，粘度降低，滲流性增強(qiáng)。b、強(qiáng)聲場(chǎng)在液體中傳播時(shí)，由于介質(zhì)吸收了波的能量和動(dòng)量，流體會(huì)產(chǎn)生非周期性流動(dòng)，形成聲流。聲流通常具有渦旋性質(zhì)。由于無(wú)聲場(chǎng)作用時(shí)地下滲流呈指進(jìn)形狀，毛細(xì)管中心處的流速遠(yuǎn)大于管壁處的聲流速度，渦旋所產(chǎn)生的逆于滲流方向的聲流速度可以忽略，而在邊界處聲流引起的流動(dòng)與流體滲流方向一致，減弱了指進(jìn)現(xiàn)象的發(fā)生，使整體運(yùn)動(dòng)速度得到提高，從而提高了流量。④降低流體的粘度A、解聚降粘

解聚作用：是指高分子化合物的流體，在高額高強(qiáng)度的超聲波作用下作強(qiáng)迫機(jī)械振動(dòng)，使分子具有較大的加速度，形成分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在分子的慣性作用下，高分子化合物的分子鍵斷裂，大分子被粉碎。結(jié)果致使原油粘度降低，提高原油在地層中的流動(dòng)速度，有利于提高水驅(qū)效率及采收率。提純煤油和水的相對(duì)滲透率與含水飽和度關(guān)系曲線1一不存在超聲波作用；2一在超聲波作用下石油和水的相對(duì)相滲透率與含水飽和度關(guān)系曲線1一不存在超聲波作用；2一在超聲波作用下煤油石油當(dāng)烴類液體和水在多孔介質(zhì)中共同流動(dòng)時(shí)，在超聲波作用下，水和烴類液體的相對(duì)滲透率比自然狀態(tài)下的高；相同含水飽和度下，烴類液體的相對(duì)滲透率比水的相對(duì)滲透率增加值大；

石油（極性烴類液體）的相對(duì)滲透率增加值比煤油（非極性烴類液體)的相對(duì)滲透率增加值大。B、熱降粘

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、邊界的摩擦作用及空化作用在氣泡崩潰期間都會(huì)釋放出大量的熱。如果聲場(chǎng)強(qiáng)度高(超過0．1kW／m2)，則井筒內(nèi)有50％的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。熱作用的結(jié)果可以提高流體的溫度，降低原油粘度。粘度越低，流體中分子之間的相互作用力就越小，流體流動(dòng)阻力也就越小。2主要儀器設(shè)備及工藝流程

1）主要儀器、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，其連接方式為地面聲波——超聲波發(fā)生器、傳輸電纜和井下大功率電聲轉(zhuǎn)換裝置(發(fā)射型換能器)等三大部分組成，見圖1一三相四線交流電源；2一-聲波發(fā)生機(jī)電源；3一聲波發(fā)生機(jī)；4一輸出監(jiān)測(cè)脈沖波形、電壓；5一電纜絞車；6－井口滑輪；7一電纜；8－套管；9一換能器；l0一油層2）儀器主要技術(shù)參數(shù)

目前油田上應(yīng)用的超聲波處理裝置基本上都是采用380V／220V，50Hz電源提供咆能，處理油層時(shí)輸出的聲波頻率為15～33kHz，但輸出功率差別較大，為4～30kW。3)施工原理

施工時(shí)將井下?lián)Q能器用普通射孔電纜送至油層部位，由相應(yīng)的電源提供電能，地面發(fā)生機(jī)產(chǎn)生脈沖波、超聲波和電功率振蕩信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)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，提高近井地帶地層滲透性的目的。4)施工注意事項(xiàng)

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；處理層段應(yīng)充滿液體；聲強(qiáng)必須達(dá)到0.7W／cm2以上，頻率以15～20kHz為最佳。3技術(shù)特點(diǎn)1)獨(dú)特的作用方式。超聲波具有很強(qiáng)的穿透力，在處理油層時(shí)可進(jìn)入電磁波無(wú)法穿透的物質(zhì)——油、水和地層，并將能量傳遞給這些物質(zhì)。2)獨(dú)特的作用原理。超聲波采油是通過超聲波的振動(dòng)作用，使毛管半徑發(fā)生時(shí)大時(shí)小的變化，破壞毛管力和重力的平衡關(guān)系，使得毛細(xì)管束縛的殘余油在重力與超聲波的振動(dòng)下流入井中，而且超聲波具有降粘、熔蠟的作用。3)超聲波在地層中的傳遞速度快、油井反應(yīng)迅速，見效快。4)應(yīng)用范圍廣。4選井選層原則

1)油層生產(chǎn)過程中的堵塞層。采油井中，一般處理中高滲地層，這些地層初期有一定的產(chǎn)能，但隨著開采時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)量下降較快，對(duì)這些井進(jìn)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。2)嚴(yán)重污染油氣井層。因結(jié)垢、結(jié)蠟造成堵塞的油井；鉆井或其它作業(yè)過程中發(fā)生污染的油水井。3)對(duì)水、酸有敏感性的油層。4)距水線較近而長(zhǎng)期不能實(shí)施壓裂增產(chǎn)措施的井。四）水力振蕩解堵采油技術(shù)

水力振蕩解堵技術(shù)就是利用液體的振動(dòng)原理在井底產(chǎn)生壓力脈沖，并直接作用于油層，以解除油田鉆井、開采及修井過程中，井下和地層液體乳化、粘土顆粒運(yùn)移、沉淀物析出及機(jī)械雜質(zhì)堵塞等對(duì)地層造成的污染，恢復(fù)近井地帶地層滲透率，改善其流體的流動(dòng)狀況，達(dá)到提高水井注水量、增加油井產(chǎn)量的目的。1水力波在油層內(nèi)的作用效應(yīng)

水力波可在流體內(nèi)建立起振動(dòng)場(chǎng)，以強(qiáng)烈的交變壓力作用于油層，對(duì)巖石孔隙介質(zhì)產(chǎn)生剪切作用，使巖石孔隙表面的粘士膠結(jié)物被振動(dòng)脫落，解除孔喉堵塞。當(dāng)壓力波幅度和強(qiáng)度達(dá)到或接近巖石破裂壓力時(shí)，地層近井地帶就會(huì)形成裂縫網(wǎng)，隨著波動(dòng)的深入，逐漸撐開地下深處的裂縫。水力波對(duì)油層流體的物性和流態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響，可改變固液界面動(dòng)態(tài)，克服巖石顆粒表面原油的吸附親合力，使油膜脫落、破壞或改變微孔隙內(nèi)毛管力的平衡，克服毛管力的束縛滯留效應(yīng)，從而減弱液阻效應(yīng)，減少流動(dòng)阻力。與此同時(shí)，振動(dòng)波也會(huì)對(duì)地層中的原油產(chǎn)生影響。在交變應(yīng)力的作用下，可以改變?cè)徒Y(jié)構(gòu)，降低其粘度，加速原油向井底的流動(dòng)速度。此外，振動(dòng)波還可提高儲(chǔ)層的驅(qū)油效率，縮短驅(qū)油的持續(xù)時(shí)間。2主要裝備及工藝流程

1)主要裝備施工流程由地面設(shè)備和振動(dòng)管柱兩部分組成，其中地面設(shè)備為一臺(tái)泵車、一臺(tái)儲(chǔ)液罐車、一部修井機(jī)。振動(dòng)管柱由井口、油管、扶正器、振蕩器組成。1一振動(dòng)器；2一扶正器；3一油管；4一套管；5、9、l2一閥；6、8一壓力表；7一井口；l0一流量計(jì)；ll一泵車；l3－罐車；14--測(cè)調(diào)儀器；l5－傳感器2)工藝過程

施工時(shí)，先起出原井管柱并進(jìn)行沖砂，然后用油管下入振蕩器，利用泵車向振蕩器輸送高壓流體，對(duì)需解堵的層由下至上逐一處理。處理注水井也可按此流程進(jìn)行，但在正常情況下，可利用注水井原有注水流程的水壓力進(jìn)行振蕩處理，并在套管上接好放溢流管線。

3)施工注意事項(xiàng)

嚴(yán)重漏失井、水淹井、套管外竄槽井、地層壓力低的注水井不易進(jìn)行振蕩處理。3技術(shù)特點(diǎn)

1)現(xiàn)場(chǎng)施工所用設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、易于推廣。施工人員不易接觸毒品、易燃、易爆品，工作安全。2)效率高、適用性強(qiáng)，尤其是在不能上常規(guī)改造措施的井或上常規(guī)改造措施無(wú)效的井上應(yīng)用，對(duì)提高產(chǎn)能及降低油井含水等有特殊作用。3)費(fèi)用低廉、增產(chǎn)幅度較大、經(jīng)濟(jì)效益好。

4水力振蕩器工作原理Hehmholtz腔形結(jié)構(gòu)體示意圖

水力振蕩器振蕩作用是在Helmholtz空腔內(nèi)發(fā)生的，見圖。當(dāng)一股穩(wěn)定的連續(xù)高壓水射流由噴嘴射d1入，穿過一軸對(duì)稱腔室，經(jīng)噴嘴噴出時(shí)，由于腔室內(nèi)徑D比射流直徑大得多，因此，腔內(nèi)流體的流動(dòng)速度遠(yuǎn)小于中央射流速度，在射流與腔內(nèi)流體的交接面上存在劇烈的剪切運(yùn)動(dòng)，在交接面附近存在一個(gè)速度梯度很大的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)因剪切流動(dòng)而產(chǎn)生渦流。由于是軸對(duì)稱的圓孔射流，故渦流將構(gòu)成封閉的圓環(huán)，渦流以渦環(huán)的形式生成和運(yùn)動(dòng)。射流剪切層內(nèi)的有序軸對(duì)稱擾動(dòng)（如渦環(huán)等）與噴嘴d2的邊緣碰撞時(shí)，產(chǎn)生一定頻率的壓力脈沖，在此區(qū)域內(nèi)引起渦流脈動(dòng)（這也是一種擾動(dòng)）。從d2噴出的射流其速度、壓力均呈周期性化，從而形成脈沖射流。這種流體動(dòng)力振蕩的產(chǎn)生，不需加任何外界控制和激勵(lì)條件，故稱自激振蕩。5振蕩頻率的選擇

由水力振蕩器產(chǎn)生的壓力振蕩波作用在油層部位，將在油層孔道中傳播。由于實(shí)際流體具有粘性，流體質(zhì)點(diǎn)與孔道壁面間存在摩擦阻力，而使壓力波的能量逐漸損失。

不同的壓力波，能量損失的速度也不一樣。因此，必須選擇合適的振蕩頻率，以處理不同情形的近井地層。根據(jù)波的傳播特性，頻率高的壓力波其能量衰減很快，滲入地層孔道的距離較短，其優(yōu)點(diǎn)是能量較集中。當(dāng)振蕩頻率較低時(shí)，能量損耗較慢，滲入地層的深度變大，但是其能量不集中，不利于波動(dòng)對(duì)近井地帶固體沉積物及堵塞物的消除?；谶@樣的情況，考慮到中、低滲油層機(jī)械雜質(zhì)堵塞一般發(fā)生在近井壁周圍，因此，一般的設(shè)計(jì)頻率為4kHz。這種振蕩波的有效滲入深度可達(dá)O.1m左右，再加上射流對(duì)井筒壁的沖刷作用，能達(dá)到消除近井地層污染的目的。6．工作液的選擇及選井方法1）工作液的選擇

①低粘度、低密度。②不與地層及地層流體反應(yīng)生成沉淀物。③不與地層流體發(fā)生乳化。④能降低界面張力。⑤不使地層粘土膨脹。目前，現(xiàn)場(chǎng)使用的工作液有清水、注入水、活性水、原油、活性原油和復(fù)配工作液等。選擇工作液類型應(yīng)根據(jù)油層性質(zhì)及油層流體性質(zhì)不同而取舍。

2)選井方法

油井:

①油層近井地帶存在堵塞、污染。②地層表層損害，近井地帶壓力損失大。③油層近井地帶存在液阻效應(yīng)，滲流阻力大。④原油粘度高，流動(dòng)性差。水井：

①地層滲透性較好，由于泥漿等二次污染造成井壁附近后期堵塞的井。②地層泥質(zhì)含量較低的井。③轉(zhuǎn)注初期吸水能力強(qiáng)，但在注水過程中，由于水質(zhì)不合格造成后期堵塞的井。④轉(zhuǎn)注后不吸水或吸水較差的井。⑤在酸化或壓裂過程中，由予排液不及時(shí)造成近井地帶堵塞的井。五）低頻振動(dòng)處理油層工藝低頻振動(dòng)處理油層工藝就是利用彈性振動(dòng)能量作用于油層，增加油的相對(duì)滲透率及毛管滲流和重力滲流速度，促使原油中的原始溶解氣及吸附在地層中的天然氣進(jìn)一步分離，達(dá)到提高采收率的目的。1主要設(shè)備

由人工振源設(shè)備和振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)構(gòu)成。

人工振源設(shè)備由可調(diào)頻起振機(jī)和可調(diào)重儀器構(gòu)成。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，即井下監(jiān)測(cè)與分析子系統(tǒng)和振動(dòng)地面公害監(jiān)測(cè)與分析子系統(tǒng)。井下測(cè)試儀器流程圖地面測(cè)試儀器流程圖

井下監(jiān)測(cè)與分析子系統(tǒng)通過掃描激振和生產(chǎn)態(tài)監(jiān)測(cè)，優(yōu)化激振頻率和擾動(dòng)力，認(rèn)識(shí)波動(dòng)場(chǎng)沿井深的衰減特征。

振動(dòng)公害監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)通過測(cè)量周圍結(jié)構(gòu)物的自振特性和振動(dòng)響應(yīng)以及自激振點(diǎn)向各方向不同距離的加速度和衰減情況，找出最大加速度和相應(yīng)的地震強(qiáng)度，以評(píng)價(jià)發(fā)生振動(dòng)公害的可能性。2參數(shù)選擇

振動(dòng)時(shí)間和周期的確定以油井產(chǎn)量變化為依據(jù)。一般振動(dòng)開始后，油井產(chǎn)量逐漸增加，直到產(chǎn)量達(dá)到最高時(shí)，可停止振動(dòng)，從開始振動(dòng)到停止振動(dòng)期間為振動(dòng)時(shí)間。停止振動(dòng)后，產(chǎn)量要逐漸下降，當(dāng)產(chǎn)量下降到最高產(chǎn)量的2／3時(shí)，可開始再次振動(dòng)。從停止振動(dòng)到再次開始振動(dòng)期間為停振時(shí)間，這樣振動(dòng)時(shí)間和周期即已確定。3振動(dòng)公害監(jiān)測(cè)

低頻振動(dòng)處理方法有可能對(duì)附近設(shè)備設(shè)施造成損害。當(dāng)外加頻率與設(shè)備設(shè)施的固有頻率相同時(shí)會(huì)形成共振現(xiàn)象，很容易使設(shè)施設(shè)備超過疲勞極限而損壞。（應(yīng)控制起震設(shè)備的烈度級(jí)別）另外，低頻振動(dòng)波對(duì)人身有損害。由于低頻振動(dòng)發(fā)生的是大功率次聲波，其振動(dòng)頻率約為2～18Hz，所以它對(duì)人體的心、肺、肝、脾、眼、口、耳及中樞神經(jīng)都具有一定的損害性。原因在于其頻率與人體固有頻率相同。當(dāng)形成共振時(shí)，振幅會(huì)增大，如果超過限度就會(huì)造成器官的傷害。4適用對(duì)象

1)振動(dòng)處理油層技術(shù)適應(yīng)于構(gòu)造比較簡(jiǎn)單、區(qū)塊比較完整、油層連通性好、原油粘度中等的油藏。2)試驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)處理特低滲透率和滲透率較高的巖心效果均不好，存在一