声波低频驱油测井技术

低频声波驱动采油技术 中国石油大学（华东）地球资源与信息学院 问题的提出？ 储集层在采液及注水后的变化 1、压力下降；天然气析出；地层能量下降。 2、孔隙通道堵塞，渗透率下降。其原因主要有： 钻井泥浆及固井液渗滤 ; 射孔高温使骨架烧结 ; 石蜡、沥青、胶质析出 ; 采油和注水使用化学试剂； 问题的提出？ 储集层开发后期变化导致： 在采油井 ， 石油 、 天然气单井产量和采液量下降； 在注水井 ， 则储集层的吸水能力下降； 使不同储集层段在渗透性上的差异更加明显 ， 即非均质性更为突出 ，尤其是会使高渗透层段的注入水单层突进 ， 油井的水淹更加严重 ， 有可能降低对整个油藏的石油驱排系数和最终的采收率； 另外 ， 由于储集层非均质性加剧 ， 也增加了后期开发的难度 。 解决问题方向： 恢复地层能量和压力；恢复渗透率 。 超声清洗的物理机理 为了恢复和改善长期开采后的储集层的渗透性能 ，在上个世纪中期就提出过超声采油的各种技术方案和进行过相关的机理研究 。 但是直到 21世纪初期 ， 由于对声波采油的机理的认识和具体工艺方案的选择都还 存在一些问题 ， 因此用超声方法采油还只是在工业试验的规模上进行 ， 还没有形成独立而且有明显经济和市场效益的技术门类 。 主要技术问题是： 声波信号与储集层的孔隙介质以及孔隙中流体的作用机理十分复杂 ，而且储集层以及储集层只所含流体 （ 石油 、 天然气 、 水 ） 的差异十分显著 。 因此 ， 对声波采油工艺参数的选择 （ 声波信号的频段 ， 作用时间的长短 ， 声波信号的强度或功率 ） 和在井下获得较大功率的声波信号都很困难 。 另外 ， 即使在某口井或某个油气区中作业成功 ， 当井下条件和区域性储集层或储集层内流体条件改变时 ， 则其作用效果可能会有明显差异 。 目前能够在工业试验和一定规模上进行的是用低频次声冲击储集层以改善其渗透性能和用超声频段的声波信号对邻近井筒的储集层进行清洗的方法 。 超声清洗的物理机理 超声清洗的机理是应用超声的 空化作用 。 空化 是液体中产生空穴的一种特别的物理现象 。 在静压力为 由于交变声压为 如果 o， 在液体的某些局部区域会出现瞬时的负压区 ，于是液体中可能出现空穴或气泡 ， 空穴或气泡中可能有该液体的蒸汽或者空气 ， 这些空穴或气泡在声场作用下会随声压增加而变大 ， 而且发生振动 。 当液体中的声压达到一定数值时 ， 空穴或气泡会闭合破裂 。 超声清洗的物理机理 如果空穴中是空气 ， 则空气会空穴的破裂的过程中从液体中被排出 ， 即除气 。 空穴或气泡中如果是蒸汽 ， 则在空穴或气泡的破裂的过程中由于在局部产生瞬时的高温和高压 ， 其所激起的蒸汽流和同时产生的激波对固体 （ 例如岩石骨架 ） 表面的污染物 （ 例如石油或某些胶体 ） 产生强烈的冲刷作用 ， 使其脱离固体 ， 这种激波的振动还可能使固体表面的污染物薄层由于疲劳而脱离固体表面 ， 同时 ， 微小的气泡还可以钻进固体 （ 岩石骨架 ） 的裂缝或孔隙通道 ， 使其表面的污染物脱落 ， 从而达到对这些部位的清洗 。 除此之外 ， 附着在储集层孔隙通道或射孔孔眼表面的被油包裹的固体颗粒 （ 砂粒或岩屑 ） ， 由于油被超声乳化 ， 脱离固体颗粒 ， 从而使粘附在孔隙和孔眼表面的污染物脱离 。 超声清洗的物理机理 超声清洗是能够以较快的速率对几何形状复杂的各种孔道的表面进行清洗 ， 而且不破坏储集层的结构 。 超声清洗还可与其他清洗方法 （ 例如过热蒸汽清洗 、 化学清洗和压裂 ） 同时进行 ， 也能够增加这些方法的效果 。 超声清洗所用的地面和井下设备比较简单和施工容易 。 超声清洗的施工及联合清洗 超声采油的基本思路是通过对储集层 井间孔隙通道的清洗以恢复和改善储集层和井间的渗透流动能力 ， 而其主要过程是清洗储集层和井间的所有孔隙通道 。 因此 ， 要考虑选择合适的声学参数 （ 声波信号的工作频率 、强度或功率 ） ， 以使在储集层中产生足够的空化作用 。 超声清洗的基本工作参数 超声清洗的基本工作参数 空化阈 使液体发生空化作用的声压值称为空化阈，记为 前面提到，只有当超声在液体中产生低于液体的静压力 压” 可能产生空化。 使液体空化的最小声压值（绝对值）称为空化阈 ，记为 由于空化现象和沸腾现象类似，因此空化阈 点 ）间有以下经验关系： p T) + 式中： 对值）的单位为大气压（ 1 100 从上式可见，当液体的温度为沸点时，在其静压下即可空化（汽化）。 当液体的温度在沸点 生空化的条件是液体中产生幅度为 ”声压。 液体温度越高，其中所含气体越多，越容易产生空化。 液体的空化阈与所含气体（例如空气）的多少有关。例如，自来水的空化阈约为 自来水除气后，其空化阈增加为 波信号的频率为 10 液体的空化阈还与其黏度有关，越粘稠的液体越不容易发生空化。 超声清洗的基本工作参数 表 1 某些液体的空化阈和粘度（声波信号破裂为 25 液体名称 粘度 * ，NS/速 V， m/s 密度 ， kg/化阈 氟二甲苯 79 1370 氯化碳 26 1595 油 324 810 压器油 * 80 880 甲基酞酸脂 463 1176 油 440 880 麻 油 468 921 米 油 463 914 榄 油 431 912 麻 油 477 969 意：粘度的单位为 NS/ (N/ =惯上，用“泊”（ P）为单位； 1泊 = 1P= 从表 1可见，液体的空化阈 增加，而且有以下经验关系： 0.8( 5) 超声清洗的基本工作参数 在进行井下超声作业时，井内和储集层中的液体并不完全相同，井筒内通常是压井液，一般情况下是泥浆或混油的水，而储集层的孔隙通道内则是水和石油的混合物，石油在水中呈悬浮或乳化状态。 而空化作用一般是在水中发生，石油的粘度大，甚至可以达几百至几千泊，在这样的液体中难以产生空化作用。 而在储集层孔隙通道的液体中，空化作用与水中的气体（空气或游离的天然气）含量有关。 随井深加增加或井液密度增加，井筒和储集层孔隙通道中的液体的静压力 体发生空化作用的空化阈升高，清洗的效果变差。 经验指出，在稠油井和在 4000声清洗的效果变差。 超声清洗的基本工作参数 声波信号的频率和强度 液体的空化阈除了与液体的粘度、含气量等液体本身的因素有关以外，还与声波信号的频率有关。 表 2 水在不同频率下的空化阈 频率， 化阈 Pc, 明 化出现在边界面上 观察到 化出现在除气水中 化出现在自来水中 225 30300 超声清洗的基本工作参数 声波信号的频率和强度 水（可推论到一般液体）的空化阈随声波信号的频率升高而增大。因此，为了提高清洗效果，不采用过高的频率。 空化后产生的气泡在声压的作用下，其半径会发生周期性变化： 在声压趋向负值时，气泡半径增大；而声压趋向正值时其半径变小。 气泡半径的这种周期性变化称为谐振，其频率与气泡的原始半径 体的密度及表面张力等有关。 例如，在水中气泡的半径为 谐振频率为 00 实验表明只有外加声波信号的频率 253 9 哈 76 58 哈 93 75 低频声波驱油测井应用效果 在二连油田的应用 井 号 施工后日曾液 (t) 施工日增油 (t) 有效期 (d) 36 36 36 84 84 4 4 低频声波驱油测井应用效果 在延长油田的应用 蓝天 1、 2、 3井 作业前三口井总产量约 业后，两口井增产接近 100%，一口井增产到 6T。 靖边 1252井 对主力油层进行过二次压裂，并开发第二油层，应用 种措施作业结果均降产，电爆震作业后增产 50%以上。 安塞 168井 1998年 5月完井，初产 1T，仅射孔后产量 次压裂后 1T，二次压裂后无效果。作业前产量 业后 延 55井 延长七里村油矿延 55业前产量 业后产量 1T；延长七里村油矿延 55业前产量 业后产量 1T。 建 议 储层堵塞后果： 在油气田开发后期阶段，不论是采液井还是注水井，邻近井的储集层的孔隙通道往往会发生淤塞，使其渗透率下降，导致石油天然气单井产量和采液量下降；在注水井中则是储集层的吸水能力下降。而且由于部分储集层的堵塞使井剖面上不同的储集层段在渗透性上的差异更加明显，即储集层的非均质性更为突出，尤其是会使高渗透层段的注入水单层突进，油井的水淹更加严重，