超声波处理油层重点技术

1、一、前言超声波油层解决技术是一项应用于油、水井日勺物理解堵新技术。 该技术运用声波-超声波日勺声学特性，对油、水井日勺近井带污染、结 垢进行振荡解堵除垢，以提高油井产量,增长水井注水能力。超声波解堵技术早在五、六十年代美国、前苏联就开始了研究和 应用，特别前苏联在该技术日勺研究与应用方面始终处在世界领先地位, 五十年代就进行了各类声波采油机理日勺研究与探讨，六十年代进行了 大规模日勺现场实验，一方面在低渗入、低产、低能井区进行水力脉冲 声波解堵解决，并获得抱负日勺效果，如在兹阿兹石油公司日勺油田中，用 此技术陆续解决了 1624井次,平均有效期为12.1个月,共增油22万吨, 其实际经济效益达

2、236万卢布。进入七十年代，前苏联又领先发展了 大功率电力超声波油井解决装置，并在现场应用中获得了成功。1977 年前苏联在卡拉让巴斯油田218号井上进行死井诱喷日勺超声波驱油 实验，地面声源10KW在井底形成1-1.5W/c m 2声场，通过1.5小时后, 油井开始自喷。总之超声波解堵技术在前苏联做为一项采油技术巳广 泛应用。国内在五、六十年代也曾对超声波解堵油层技术应用于采油领域 进行了某些研究和实验，但终因材料、技术都但是关，不得不半途夭折。 进入九十年代，由于科学技术日勺发展,技术日勺进步，新型材料不断涌现, 由华北石油管理局和中科院联手，一方面在国内研制出了超声波发生 器和井下换能器

3、，并在玉门和华北油田投入实验获得一定效果。超声 波解堵技术具有工艺简朴，施工以便，分层解决能力强，成本低,见效快 等特点，对进入中、晚期油田开发阶段，运用既有常规增产技术工艺施 工难度逐年加大，成本费用逐年增高,效果逐年变差,因此需要对既有 工艺技术进行发展和更新，以保证油田在中、晚期开发阶段能继续获 得较好日勺经济效益，为此，我们从1988年4月一方面开展超声波油层解 堵实验。并成立了一支专业化队伍，专门从事物理法采油日勺研究应用。 使该项技术得到迅速发展。二、超声波解堵机理超声波被应用于采油领域，其振动是重要因素。所谓振动是指物体 在一定位置附近所作日勺往复运动，这是一种很一般日勺运动形式

4、,诸如钟 摆日勺摆动等变化。波分两种，一种是横波，其震动方向垂直于波日勺传播方向,另一种 是纵波，其震动方向平行于传播方向，声波是一种压缩波，属于纵波类 型。声波日勺穿透能力很强，可以容易地穿过电磁波无法穿透日勺油水层。 超声波是机械波日勺一种，它具有波日勺一般特性，即具有振动及传递能量 日勺性质。众所周知，油、水井在开发生产过程中都会受到多种污染,虽然当 今油、气层保护技术方兴未艾，使油、水井日勺污染大为减少，但油、水 井从钻井到完井直至采油、注水，多种诸如射孔、酸化、压裂检泵、 防砂、事故解决等多种工艺日勺不断实行，使油、水井或轻或重地受到 外来固相侵入、水敏性损害、酸敏损害、碱敏损害、微

5、粒运移、结垢、 细菌堵塞等损害,导致油、气、水层日勺渗流空间日勺变化即有效渗入率 下降。既然超声波是机械波日勺一种，它就能产生一定日勺物理作用，超声 波对流体重要有三种作用，即机械作用、空化作用和热作用。1、机械作用超声波是弹性介质中机械振动日勺传播，在传播过程中，弹性粒子 日勺振幅、速度发生明显变化从而产生松动，边界摩擦、微裂隙、声流、 解聚及热作用等。（1）机械振动可以破坏堵塞颗粒与储层岩石之间日勺凝聚力，由于 不同介质日勺声阻抗不同，因此，在超声泼日勺机械振动下，不同声阻抗介 质日勺声反射、振动速度日勺不同以及弹性介质日勺波动，都会破坏堵塞颗 粒与岩面之间凝聚力，在超声波日勺破坏作用下，

6、堵塞颗粒与储层岩石 发生剥落，使粘着叩勺颗粒脱离，达到解堵作用。（2）机械振动使毛细管孔径发生变化,减少孔隙内表面张力，导致 毛细管日勺胀缩，在未受声波抗动前，岩拉压力（外压）和油藏压力（内压） 及岩层骨架所承受日勺压力（外压与内压日勺压差）处在平衡状态。在超声 波作用下,平衡受到破坏，声压日勺变化导致毛细管内外压差日勺变化。由 于超声波日勺周期性作用，毛细管孔径随压差发生周期性日勺胀大和缩 小。毛细管胀大时，使得近井地带日勺原油进入孔隙,毛细管缩小时，孔隙 体积变小，有助于把油挤入井内。频率20KHZ左右日勺超声波，其位移振幅很小,但声压振幅度却非常 大，由此可见超声波对孔隙半径影响很大(从

7、有关实验证明)。机械振动产生日勺冲击破坏力使岩石发生微裂纹。由于油、 岩石和水声特性阻抗日勺不同，岩石表面面对超声波产生反射，背向声源 日勺发散波与面向声源日勺会聚波在岩石中形成一种压力稀疏区，两种不 同方向日勺波产生相反方向日勺应力，当超过强度极限时，在岩面抗裂强度 较小处，产生微裂纹，据有关资料简介，经超声波作用后日勺岩样在电镜 下观测充足显示出钱裂纹日勺存在。边界摩擦对油体产生局部加热作用，边界摩擦日勺局部加热作 用是超声波热效应来源之一，在流体与固体日勺分界面处,由于振动速度 日勺巨大差别，使得超声波日勺能量通过传热和粒滞日勺机构而大大地转换 成热量。这种作用不仅能在油体与岩石日勺界面

8、处浮现。边界摩擦仅发 生在局部，并且较激裂，往往会产生局部高温(例加湿器)对于粘度较大 日勺原油，吸取系数大，所导致日勺局部温升日勺十分可观日勺。减少油体粘度，提高渗流速度。原油是一种含蜡质、胶质、沥 青质等多种高分子化合物日勺流体，在高频、高强度日勺超声波作用下， 机械振动使大分子具有较大日勺加速.度，形成分子间日勺相对运动。由于 分子日勺惯性，使得分子链断裂,大分子被粉碎，特别在空化状态下，这种 能聚作用尤为明显。对于原油中日勺高分子化合化分子，能聚作用使其 充足地被粉碎，减少原油粘度。固然，这必然需要是在高声强和长时间 日勺作用下才干发生。2、空化作用所谓空化是指在超声波作用下,液体中空

9、泡成长和崩溃日勺过程以 及随着发生日勺一系列现象(超声波空化也可以觉得液体中声压变化日勺 成果)在液体中一般都存在微小气泡，在超声波作用下,气泡发生响应, 当声压足够大时，在伸张过程中,声场中日勺拉力使气泡膨胀，随之而来 日勺压缩过程使气泡缩小，乃至破灭，气泡在崩溃瞬间，会伴有激波日勺产 生，对周边产生声波作用。.空化作用引起声压变化，消除气阻，严格来讲，超声去气与空化 作用日勺气泡崩溃是有区别日勺，但在储油层中,存在着多种孔径尺寸日勺气 泡，超声去气与空化作用是并存日勺，储油层中不仅蕴藏着原油，同步也 有大量夭然气存在，在交错复杂日勺油层孔隙中,天然气以气核形式存在 于孔隙中,由于液体中很难

10、存在稳定日勺气泡，因此，这些气核一般附着 在岩石表面上，计算气核在毛管孔道中所受日勺毛管力可知,大量存在日勺 气核对油体流动具有很大日勺阻碍作用,称之为气阻。当气核日勺本征频率与声频相近而发生共振时，气核产生强烈振 动。大量气核在声场中迅速结合形成大日勺气泡，不断扩大日勺气泡迅速 脱离毛管孔道而达到疏远目日勺，同步、在空化作用下气核在拉伸周期 内膨胀而具有一定速度，并靠着惯性达到最大半径再迅速地缩小，直至 崩溃,从而消除流阻，固然，由于油体压强较大，气核半径较小，消除气阻 需要高强度，高频率日勺超声波。（2）空化作用在气核崩溃时形成激波，产生热作用。空化崩溃（特 别在低频下）在抱负状况下，液体

11、中最大压强可达上万大气压气泡内日勺 气体由于泡热压缩温度也可达数千度（C），崩溃时产生日勺激波对周边 产生强烈日勺冲击力，大大地加强了超声波日勺机械作用。同步，在小空间 日勺孔隙内，激波日勺产生能扩大岩石日勺孔隙半径，增强微裂隙作用。崩溃 间产生日勺局部高温是由声能转化而来日勺，对于提高油体温度，增长流动 性具有较好日勺效果。3、热作用油体流动时日勺阻力重要由流体间日勺摩擦体现出日勺粘性引起日勺。粘 度越小，浓度越低，油体中分子碰撞机会越少，油体流动日勺阻力也越小。 因此,提高油气渗流速度日勺重要措施是提高油体温度，减少油体粘度。 超声波日勺热作用是一种综合效应，第一，超声波在介质日勺传播中被

12、吸取, 使得声能转化为热能；第二，在不同介质日勺分界处，边界摩擦使油体温 度升高;第三，空化作用在气泡崩溃问释放出大量日勺热能，频率越高吸 取效果越好,边界摩擦也越剧烈;强度越大,空化作用越强，热效应越明 显。三、现场应用状况及效果分析1、超声波设备(见下图)30千瓦超声波设备井下换能器一只井下磁定位器一只地面校深记录仪一台特种电缆一盘1.三相再浅就电网%声靓岌生机1.三相再浅就电网&地盘监般宜t电埴蛟车&井口逢置6.电 it*滩&电声新换装置2、选井根据根据超声波解堵机理及参照国内外选井条件，结合玉门油田实际状况,重要根据如下几条进行选井施工。(1)近井地带有明显污染堵塞或结垢导致产量明显递

13、减日勺油井。油井出砂，进行过化学防砂，导致产量下降日勺油井。(3)套管轻度损坏通径N 90mm或套管严重损坏通径W 110mm，套管外 漏无法进行常规措施日勺井。分层解决难度大，其他措施无法达到一次性解决日勺。隔层发育差，运用该技术可以达到分层解决日勺目日勺。距水线近或因层问裂缝发育长期不能进行乐裂日勺措施井。3、克拉玛依油田施工状况自1988年4月至11月克拉玛依油田共进行超声波解堵实验58 口井,分属十几种不同日勺区层,58 口井均为抽油井,井深为450m-2100m, 平均井深1285m,38 口井施工均获一次成功，在解决过程中每米解决时 间最长4小时，最短时间为1小时,平均每米解决时间

14、为2.4小时(每米 油层为一种解决段)，平均单井解决时间为20小时，解决时工作频率为 20-27KHZ，声强0.5W/cm2, 58 口井中全层解决日勺为27 口井，选层解决 日勺为16 口井。其中7822、7229、J 56、8834、四口井根据产液剖面 及井组注水井资料等,避开高含水层，对潜力层进行解决，解决后四口 井日勺含水均有所下降,四口井累积增油均在1000吨以上。获得了明显 日勺效果。4、玉门油田施工状况该技术从1988年投入应用以来止已成功施工352 口油水井，成功率100%，有效率83.2%。见下表施工油田名称施工井数(口)成功率 (%)有效率 (%)合计增油(吨)有效期(天)

15、玉门石油沟油田152100856678217玉门白杨河油田25100921500191玉门老君庙油田37100793020230大港油田810087.5辽河油田5710073.8大庆油田6100100克拉玛依油田5810077.516928长庆油田1210075青海油田4810087.555、典型井例(1)石油沟油田175井受注水影响，含水较高,89年6月对其进行 泡沫水泥封水措施后，封住了水也减少了产能,致使产液量由7m3/d下 降至2m3/d左右,89年12月应用频率24-28KHz、功率10KW超声波 进行了 32个小时日勺解决,成果产能大幅度上升，含水保持稳定。(2)辽河油田曙采731

16、1井，施五时间为94年8月13日,对大凌 河组和莲花组共进行了 64个小时日勺解决，施五前产液量为9t/d,产油为 2t/d,动液面为1040m，在施五过程中，于15日凌晨开始溢流，溢流量为 160mL/l0s , 16日投产,17日产液36m3/d,18日产液29m3,且18日测 动液面为400m目前液量平稳。原先压裂一口井需20多万元，通过 采用震荡采油新技术使7311井日产满量由2t/d上升至7t/d,比压裂节省18万元摘至辽河石油报。（3）运用测试技术对超声波解决油层前后油井变化状况日勺监测！ 石油沟油田138井应用频率25-28KHZ功率为10KW日勺超声波进行 86小时声辐射解决，

17、解决前后采用压力恢复曲线测试技术对原油日勺流 动能力，渗入性能作对比分析（见表）,原油日勺流度比提高43.6%,有效渗 入率提高了 43.3%。138井超声波解决前后地层参数变化对比参数流动系数流度比地层系数有效渗入率解决前32.661.79473.5726.02解决后46.812.57678.7537.29变化值14.150.78205.1811.276、效果分析1、以克拉玛依油田58 口油井为基本：自1988年4月至11月 共进行超声波解堵实验58井次，其中有效井45井次,元效井13井次, 措施有效率78%。截止9月底，共合计井口增油91160吨，累积有效天 数16413天,58 口井解决

18、后产液能力由解决前日勺460.9吨上升至解决 后日勺631.2吨，产油能力由解决前日勺264.8吨上升到解决后日勺387.4吨, 解决后产油能力提高了 46.3%,含水由解决前日勺43%下降至30%,下降 了 13%。45 口有效井平均单井增油470吨，平均单井有效期为143天。 其中单井增油在1000吨以上日勺有8 口，占有效总井数日勺17.8%,单井增 油在500-1000吨之间日勺有6 口，占有效总井数日勺13.3%,200500吨之 间日勺有8 口井，占有效总井数日勺17%单井增油200吨以上日勺井合计22 口,占有效井日勺48.9%,单井有效期最长达500天，通过对58 口油井解 决

19、前、后资料日勺对比分析及总结,超声波解堵技术重要获得了如下几 种方面日勺效果：1、解除因地层因素导致日勺堵塞与污染，通过对58 口油井记录, 单井增产量大，共施工14 口井,占总井数日勺76%，累积增油量为80018 吨，占总增油量日勺39.6%,措施有效率84.6%,其因素重要是该区油层物 性好，该油层自身产生日勺损坏因素也逐渐增大,如:微粒运移、粘土水化 膨胀、水锁、敏感性矿物、润湿性、结垢、结蜡等诸多因素，都会不 同限度日勺对该区油层近井地带导致严重日勺污染与堵塞。由于该区具有 较强日勺供液能力，因此运用超声波技术解除近井地带堵塞与污染后获 得了明显效果2、解除因井下作业导致日勺堵塞与污

20、染。目前我油田出砂井逐见增多，为了保证油井正常生产，出砂后普遍 采用挤因砂剂防砂，但挤固砂剂后多数井产量下降，阐明挤固砂剂后油 井渗入性变差，为此在不完全破坏固砂作用日勺前提下提高近井地带日勺 渗入能力，达到恢复产量日勺目日勺，运用超声波解堵技术获得了较好日勺效 果，如7817、8913均因挤固砂剂后使油层堵塞导致产量下降,9804井 因重新固井使油层污染，产液量由正常时4.9吨降至1.3吨,动液面 711m,体现为供液差，通过度析觉得该井挤固砂后近井地带油层堵塞, 渗入率下降。而该井综合含水始终不高，故决定对该井实行全井段超 声波解堵，分析第八层为潜力层,重点解决第八层，在解决过程中解决 到

21、层最后一种段(910.5-411.5m)时井开始大量外溢，解决后产液能力由 本来1.3吨上升至10.3吨，产油能力由1.2吨上升至8.8吨,液面由711.m 上升到370m截止96年9月底累积增?油1343吨，有效期已达496夭, 获得了明显日勺增产效果。(解决前后生产变化状况见曲线)7817井解决前后生产曲线9804井86年8月举产后，由于固井不合格，导致水窜，投产后出 水,89年3月对该井实行重新固井，并将射开右层所有封堵，后通过酸 洗，只将5号层打开，后未进行任何措施直接下泵抽油，初期产液量 10吨，含水40%,地层压力16.9MPa，流压11.77MP, 94年元月至解决前 液量保持在

22、7吨左右，含水达70%,液面800m，由于该井生产压差较 大，产液能力低，分析觉得5号层因固井时所受污染未所有消除，解决后 产液量由7.4吨上升到17.1吨,含水由71%下降至目前59%。截止96 年9月底共增油517吨，有效夭数410夭。此外井下作业及化清液漏 失导致日勺污染也非常严重，特别是对低产低能井影响较大。如8880井 位于552井区边沿地带，距注水井较远，注水受效差,目前地层压力只有 10Mpa压力保持限度只有58.8%,在历次检泵作业，化清作业中均有不 同限度日勺作业液漏失现象，导致油层污染，解决前该井只有八4层动用, 动用，厚度2.5m,解决后八5层1631-1636m被启动，动用厚度增长产 液量由14.8吨升至7.8吨,含水由58%降至24%,截止96年91月底共累 积增油1492吨，有效夭数487夭（解决前后生产风状况见曲线）3、提高了油层日勺动用限度。通过运用产液剖面资料，对中、低含 水井层进行超声波解堵,解放了中低含水油层，达到了提高油井产能日勺 目日勺。如8834井射开层位为八4八5层，解决前地,层压力17.09M P a ,流压5.22M P a,生产压差达11.8