声波采油技术

1、声波频率对声压衰减的影响声波频率对声压衰减的影响声波频率对振速衰减的影响声波频率对振速衰减的影响 即即声波频率越高声波频率越高，流体中的，流体中的声压衰减得越快声压衰减得越快，振速随距离衰减得越快振速随距离衰减得越快。 因此在地层中传递的声波，其能量随距离逐渐减小，而声波频率越高，声波因此在地层中传递的声波，其能量随距离逐渐减小，而声波频率越高，声波能量衰减得越快，即能量衰减得越快，即低频率的声波能量在地层中能传递得远一些低频率的声波能量在地层中能传递得远一些。 要处理要处理近井近井56m范围的区域，可选择频率为范围的区域，可选择频率为50Hz的声波；要处理距井底的声波；要处理距井底l2m以以

2、外的区域，选择频率为外的区域，选择频率为10Hz的声波。的声波。渗透率对声压衰减的影响渗透率对声压衰减的影响 渗透率对振速衰减的影响渗透率对振速衰减的影响 在渗透率 图中可以看出，在图中可以看出，在渗透率高渗透率高地层中流体的地层中流体的振动速度及声压振动速度及声压的衰减速的衰减速度要比渗透率低的地层中度要比渗透率低的地层中衰减的速度慢衰减的速度慢 。 即：即： 同一频率的声波在不同渗透率的地层中传播时，同一频率的声波在不同渗透率的地层中传播时，声波能量、声波能量、声压和振动速度在较高渗透率的地层中衰减得慢。声压和振动速度在较高渗透率的地层中衰减得慢。流体粘度对声压衰减的影响流体粘度对声压衰减

3、的影响 流体粘度对振速衰减的影响流体粘度对振速衰减的影响 声波的声波的能量、声压和振动速度能量、声压和振动速度在在较高粘度的地层中要比在低粘度较高粘度的地层中要比在低粘度的地层中衰减得快的地层中衰减得快。即流体。即流体粘度越高粘度越高，声波在其中，声波在其中衰减得越快衰减得越快。 径向流条件下频率对声压衰减的影响径向流条件下频率对声压衰减的影响 径向流条件下频率对振速衰减的影响径向流条件下频率对振速衰减的影响 从图中可以看出，在地层中频率为从图中可以看出，在地层中频率为10Hz的声波的声压和振速要比的声波的声压和振速要比50Hz的声波的声波的声压和振速衰减得慢的声压和振速衰减得慢。 沿径向传播

4、的声波能量、声压和流体振速要比沿一维方向沿径向传播的声波能量、声压和流体振速要比沿一维方向衰减快得多衰减快得多，这是由，这是由于在径向传播的情况下，能量的衰减除了由流体与壁面的摩擦作用引起的那部分外，于在径向传播的情况下，能量的衰减除了由流体与壁面的摩擦作用引起的那部分外，还应包括由于还应包括由于波阵面的面积随传播距离成正比扩张而引起的波强的衰减量波阵面的面积随传播距离成正比扩张而引起的波强的衰减量。 径向流条件下渗透率对声压衰减的影响径向流条件下渗透率对声压衰减的影响 径向流条件下渗透率对振速衰减的影响径向流条件下渗透率对振速衰减的影响 对同一频率的声波在不同渗透率的地层中传播时，对同一频率

5、的声波在不同渗透率的地层中传播时，声波能量、声压和声波能量、声压和流体振速在较高渗透率的地层中要比在低渗透率的地层中衰减得慢流体振速在较高渗透率的地层中要比在低渗透率的地层中衰减得慢。这与一维。这与一维情况所得结论一致情况所得结论一致 。 声能、声压和流体振动速度在径向情况要比一维情况衰减幅度大声能、声压和流体振动速度在径向情况要比一维情况衰减幅度大。径向流条件下流体粘度对声压衰减的影响径向流条件下流体粘度对声压衰减的影响 径向流条件下流体粘度对振速衰减的影响径向流条件下流体粘度对振速衰减的影响 由图中可以看出，由图中可以看出，声压和频率在流体粘度大的地层中衰减的快声压和频率在流体粘度大的地层

6、中衰减的快。 径向流条件径向流条件下，声波在地层中的衰减特征与下，声波在地层中的衰减特征与一维情况下一致一维情况下一致，只是声压和，只是声压和流体振动速度衰减流体振动速度衰减幅度要比一维情况下的大幅度要比一维情况下的大。；，两种液体所占的比例、系数和密度；，两种液体的绝热压缩、，温度；，声速；NNTC12121分析声速表达式可知，随着分析声速表达式可知，随着温度增加温度增加，混合液的，混合液的声波传播速度降低声波传播速度降低 。含气原油中声速与压力关系曲线含气原油中声速与压力关系曲线 密度为密度为0.959g/m0.959g/m3 3的原油中声速与压力关系曲线的原油中声速与压力关系曲线 曲线表

7、明，在曲线表明，在较重原油较重原油中，声速几乎随压力中，声速几乎随压力呈线性增加呈线性增加；对于；对于含气原油含气原油( (轻质轻质原油原油) )在较低压力时，声速随压力的增加而下降，在较高压力时，声速随压力的在较低压力时，声速随压力的增加而下降，在较高压力时，声速随压力的增加而呈线性增加。增加而呈线性增加。纵波声速纵波声速vP，衰减品质因素，衰减品质因素QP与饱和度的关系与饱和度的关系 对于纵波而言，对于纵波而言，在在低饱和度时，砂岩中声波低饱和度时，砂岩中声波衰减随饱和度增大而增大；衰减随饱和度增大而增大；在部分饱和时，能量损失在部分饱和时，能量损失加大；在完全饱和时能量加大；在完全饱和时

8、能量损失较小；如图所示，当损失较小；如图所示，当饱和度大于饱和度大于8080时，衰减时，衰减随饱和度增加又开始下降，随饱和度增加又开始下降，出现一个明显的峰值。出现一个明显的峰值。声速与重度关系曲线声速与重度关系曲线 图中给出了在图中给出了在0.7MPa0.7MPa以及以及22.822.88080之间声速与之间声速与重度之间的关系曲线。图中重度之间的关系曲线。图中曲线表明，不论在低温还是曲线表明，不论在低温还是高温下，声速随重度的增加高温下，声速随重度的增加而递减而递减 。2rEE相内表面cos)(2cos23rEErp相内表面 当当毛管半径变大毛管半径变大时，时，表面张力表面张力就以半径的平

9、方形式就以半径的平方形式缩小缩小，毛毛管压力管压力就以半径的三次方形式就以半径的三次方形式缩小缩小，这就使原来毛管力和重力的，这就使原来毛管力和重力的平衡平衡关系被打破关系被打破，束缚在毛细管中的，束缚在毛细管中的残余油残余油就会在重力与声波的振动作用就会在重力与声波的振动作用下下流入井内流入井内。提纯煤油和水的相对渗透率提纯煤油和水的相对渗透率与含水饱和度关系与含水饱和度关系曲线曲线1 1一不存在超声波作用；一不存在超声波作用；2 2一在超声波作用下一在超声波作用下石油和水的相对相渗透率石油和水的相对相渗透率与含水饱和度关系曲线与含水饱和度关系曲线1 1一不存在超声波作用；一不存在超声波作用

10、；2 2一在超声波作用下一在超声波作用下煤油煤油石油石油 当烃类液体和水在多孔介质中共同流动时，在超声波作用下，水和烃类液当烃类液体和水在多孔介质中共同流动时，在超声波作用下，水和烃类液体的体的相对渗透率比自然状态下的高相对渗透率比自然状态下的高 ； 相同含水饱和度下，相同含水饱和度下，烃类液体的相对渗透率比水的相对渗透率增加值大烃类液体的相对渗透率比水的相对渗透率增加值大 ； 石油石油（极性烃类液体）的相对渗透率增加值（极性烃类液体）的相对渗透率增加值比煤油比煤油（非极性烃类液体（非极性烃类液体)的相的相对渗透率对渗透率增加值大增加值大。1一三相四线交流电源；一三相四线交流电源；2一一-声波

11、发生机电源；声波发生机电源；3一声波发生机；一声波发生机；4一输出监测脉冲波形、电压；一输出监测脉冲波形、电压；5一电缆绞车；一电缆绞车；6井口滑轮；井口滑轮；7一电缆；一电缆；8套管；套管；9一换能器；一换能器；l0一油层一油层1 1一振动器；一振动器；2 2一扶正器；一扶正器；3 3一油管；一油管；4 4一套管；一套管； 5 5、9 9、l 2l 2一阀；一阀；6 6、8 8一压力表；一压力表；7 7一井口；一井口；l0l0一流量计；一流量计； llll一泵车；一泵车；l3l3罐车；罐车；14-14-测调仪器；测调仪器； l5l5传感器传感器Hehmholtz腔形结构体示意图腔形结构体示意

12、图 1d2d水力振荡器振荡作用是在水力振荡器振荡作用是在HelmholtzHelmholtz空腔内空腔内发生的，见图。发生的，见图。 当一股稳定的连续高压水射流由喷嘴当一股稳定的连续高压水射流由喷嘴射射d1入，穿过一轴对称腔室，经喷嘴喷出时，入，穿过一轴对称腔室，经喷嘴喷出时，由于腔室内径由于腔室内径D比射流直径大得多，因此，腔内比射流直径大得多，因此，腔内流体的流动速度远小于中央射流速度，在射流流体的流动速度远小于中央射流速度，在射流与腔内流体的交接面上存在剧烈的剪切运动，与腔内流体的交接面上存在剧烈的剪切运动，在交接面附近存在一个速度梯度很大的区域，在交接面附近存在一个速度梯度很大的区域，

13、在此区域内因剪切流动而产生涡流。由于是轴在此区域内因剪切流动而产生涡流。由于是轴对称的圆孔射流，故涡流将构成封闭的圆环，对称的圆孔射流，故涡流将构成封闭的圆环，涡流以涡环的形式生成和运动。射流剪切层内涡流以涡环的形式生成和运动。射流剪切层内的有序轴对称扰动（如涡环等）与喷嘴的有序轴对称扰动（如涡环等）与喷嘴d2的边的边缘碰撞时，产生一定频率的压力脉冲，在此区缘碰撞时，产生一定频率的压力脉冲，在此区域内引起涡流脉动（这也是一种扰动）域内引起涡流脉动（这也是一种扰动） 。 从从d2喷出的射流其速度、压力均呈周喷出的射流其速度、压力均呈周期性化，从而形成脉冲射流。这种流体动力振期性化，从而形成脉冲射流。这种流体动力振荡的产生，不需加任何外界控制和激励条件，荡的产生，不需加任何外界控制和激励条件，故称自激振荡。故称自激振荡。井下测试仪器流程图井下测试仪器流程图 地面测试仪器流程图地面测试仪器流程图 井下监测与分析子系统井下监测与分析子系统通过扫描激振和生产态监测，优化激振频率和扰动通过扫描激振和生产态监测，优化激振频率和扰动力，认识波动场沿井深的衰减特征。力，认识波动场沿井深的衰减特征。 振动公害监测与分析系统振动公害监测与分析系统通过测量周围结构物的自振特性和振动响应以及通过测量周围结构物的自振特性和振动响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