振动采油技术和发展

浅谈振动采油技术和发展采油室青年技术论文2011年4月一振动采油概述二国内外振动采油技术三振动采油技术机理四主要技术浅析五结论及展望提纲(一)前言最初发现振动对油井产量和采收率有影响的是对一些自然现象的观察。

1948年，前苏联北高加索

StarogroznenSkye油田，在一次地震后产量增加了45%

。1981年，Osika公布了达吉斯坦一次

4.8级地震后，距震中300km的Kolod

油田产量出现异常情况，其中5号井产量从51.8m3/d

增加到73.6m3/d，162号井的储层压力增加了10%~15%，130号井的液面上升了9m，然后逐渐回到原位。我国在20世纪70年代发生海城、唐山2次大地震之后，辽河、大港、胜利油田的部分油井石油产量明显增加。一振动采油概述(二)趋势由于油层的非均质性，油水粘度、毛管力和重力的影响，使水驱采收率很低(一般为

30%-40%)，大量的原油仍滞留在地下，于是采用以化学手段为主的三次采油来提高采收率。化学驱提高采收率虽然很有效，但需向油层注入化学剂，使得成本过高，限制了其大规模的应用。另外，影响化学驱的因素很多，化学驱还会造成油层结垢、油层堵塞、设备腐蚀和影响采出原油品质等负面影响。振动采油作为一种物理法来提高采收率，具有设备投入少、操作费用低、作用面积大、作用效果好等特点，一直受到重视和研究，并可望成为一种聚合物驱后的进一步提高采收率技术。

一振动采油概述二国内外振动采油技术三振动采油技术机理四主要技术浅析五结论及展望提纲

二国内外振动采油技术利用振动采油技术已发展了多形式的增产设备，包括机械式击打地层、利用偏心轮装置产生对套管壁的振动压力、水力冲击振荡器、高频水声多孔发生器、磁致伸缩换能器、压电陶瓷换能器、电容振荡器和热声组合激励超声设备等等，这些设备的研制可使地层内的流体与地层骨架引起共振。近30年来，振动采油已成为一门新兴学科，美苏两国在振动采油技术方面远远领先于其他国家。(一)国外研究状况二国内外振动采油技术前苏联从20世纪50年代开始就声波采油机理进行了大量的室内外研究，60年代，又进行了大规模的现场试验，70

年代，前苏联又发展了大功率电力超声油井处理装置，并在现场应用中取得成功。80年代，前苏联在西伯利亚等4个油田进行了更深入的现场试验，采用压电式超声设备，其电声效益比磁致伸缩超声设备大，可达50%~90%，换能器直径为φ42mm，可在不压井、不提油管的情况下进行作业，可大幅度降低作业成本、提高经济效益。美国早在20世纪50年代也开始了声波采油技术的研究，1954年博丁申请了“提高采油量的声波系统”专利

(US.2667932)。60年代，美国西弗吉尼亚大学的弗伯克教授进行了提高原油通过岩层渗透率的声波方法实验，为美国超声波采油技术的发展奠定了基础。美国塔尔萨大学布兰登博士还申请了2

~3

项声波采油专利。

60年代美国就把声波采油技术纳入三次采油新技术的范畴。

二国内外振动采油技术(二)国内研究状况西安石油大学在国内率先开展了振动采油技术研究，研发了DSY地层多级水力震源，形成油藏振动复合处理技术，于2001年在辽河油田三口采油井试验，增油效果显著。2002年申请专利，2003年2月国家专利局授予“实用新型专利”。此后，该技术先后在大庆、辽河、新疆、延长诸油田采油、注水井应用中，取得良好业绩。二国内外振动采油技术一振动采油概述二国内外振动采油技术三振动采油技术机理四主要技术浅析五结论及想法提纲三振动采油技术机理

1.振动波作用于油层，地层内流体及储集岩层随之一起振动，由于油、水及岩石物质密度不同，所以各自产生的振动加速度和振幅也不同，致使2种相态物质界面产生相对运动，达到一定强度就会撕裂，从而使原油和岩层的亲和力减弱，使原油脱离岩石表面。而水和油的界面则在高频振动波的机械振动作用下形成油包水或水包油形乳状液。油层内毛细管在振动波的机械振动作用下，其直径会发生时大时小的变化，当毛细管膨大时，其表面张力减小，导致管内流体流动。由理论推断，在弹性场内的渗流速度可增加100倍，已得到证实。如，在频率为3~10kHz、强度200kW/m2的简谐振动场内，水和油通过胶结砂岩岩心的渗流速度增加了19倍。三振动采油技术机理

2.当高频振动波作用于油层时，其脉冲压缩波使油层岩石的应力发生时大时小的变化。在压缩时，应力强度可达上千个大气压，一张一弛使岩层每秒钟内承受着上万次甚至更高的冲击振幅，当超过岩石的疲劳强度极限时，就可以使岩层产生疲劳裂缝，从而改善油层泄油剖面，即为振动波压裂原理。

3.振动波具有较强的穿透能力，它能够很容易进入电磁波，无法进入油、水层。此时，地层流体也会随着振动波快速往复振动，从而可以疏通油流通道，提高地层渗透率。例如，石油大学利用原油进行流动试验时，在超声波的作用下比不加超声波时其渗透提高402.8%。三振动采油技术机理

4.在振动波场中，原有分子结构在剧烈振荡作用下进行周期性排列组合，尤其是其空化作用可以使原油分子键断裂，使其分子量减小，从而降低原油粘度，已有实验证明可以降粘40%。同时在振动波的作用下可以使非牛顿流体变成牛顿流体。

5.由于高频振动波的振荡及空化作用，使石蜡在未凝结之前就形成极细的微粒，悬浮于原油流体中，并可使长链分子发生断链，使其分子量减小，从而降低其固化温度。此外，振动波场的热效应还可以使固结的蜡变软和熔化，而起到清蜡的作用。

6.振动波的防垢解堵作用。由于振动波具有极强的穿透能力，可以穿入垢层微粒，使岩垢每个质点都能得到巨大的加速度，由于垢的组成物质不同，其弹性模量也不同，则声阻扰、振动速度及加速度也不同，从而在界面上产生强烈的剪切力，使垢层变为微粒状而从附着介质上脱落。

7.水井增注，利用冲击振动作用，可以改善吸水剖面，提高注水效率，由石油大学研制的水力振荡器在全国十几个大油田近200多口注水井使用均取得了显著效果，经振荡器处理后有些井的注水量成倍增加。三振动采油技术机理

8.提高油田最终采收率，振动波具有机械振动作用、空化作用、热作用且其穿透力强和在液体、固体介质中传播距离远、传播方向性好等特点，所以振动波处理油层能够疏通和降低毛细管的张力，提高渗透率，改变油层流体的性质和流态，促进油气水的流动，提高油层的泄油能力和最终采收率。一振动采油概述二国内外振动采油技术三振动采油技术机理四主要技术浅析五结论及展望提纲四主要技术浅析油藏振动复合处理技术（一）关键技术原理1.震源结构原理

《油藏振动复合处理技术》的关键设备DSY地层多级水力震源，主体由振动轴、振动块和压力管汇筒组成，除此，还有不同口径喷水嘴、提吊短节和转换接头,共同构成震源系整体。提吊短节

压力管汇筒

振动块

喷水孔

振动轴

转换接头震源系结构简图2.震源作用机理

DSY地层多级水力震源，设计二级水力推动，泵入高压大排量液流，通过震源振动轴喷水孔，产生环井筒24～120mm高圆柱面喷射水力冲击波；时大时小变化的冲击压力，推动振动块沿振动轴滑动，上、下撞击压力管汇筒、振动轴下台阶，产生振动弹性波；二种波动共同作用，向已射开目的层纵深传播，影响岩层油、气、水、聚合物等质点变异。岩层喉道杂质、堵塞物，松动、剥落，被流体带走，孔道疏通。同时，强劲双波动推动配比的复合元素，向油层纵深渗透、扩散，增强振动解堵功效。四主要技术浅析高压大排量液流泵入震源振动轴二级水力推动振动块撞击弹性波

水力喷射冲

击

波二种波动作用地层波动传播疏通岩层孔道推进复配剂向纵深渗透DSY地层多级水力震源工作原理框图3.震源技术性能（1）输出功率：15～20kW（单个震源）；（2）工作频率：1.5～6.0Hz；（3）启动压力：2.5～5.0MPa；排量：0.6～1.0m3/min；（4）工作温度：0～155℃；压力：0～120MPa；（5）适用范围：内径大于φ118mm套管井或裸眼井；（6）仪器外径：φ114mm，长度：1880mm，自重：70kg左右。四主要技术浅析4、施工工艺

《油藏振动复合处理技术》通过油田地质、构造特征、油（水）井史研究，确认需要处理的油（水）井，制定施工设计方案，将选定的复合元素按配比注入施工油（水）井，把DSY震源连接在采油（注水）管柱，下至目的层，正对射开油层振动作业。井场备高压大排量泵车、蓄水池、防污循环罐等，由高压管线连接至井口，实施振动作业。四主要技术浅析该技术适用各类采油井、注水井，对化学结垢、机械杂质等堵塞物处理，不受温度、压力影响，能在任意深度井中施工作业。

1.该技术视油层物性、作业井况，多项技术可综合应用，也可分项使用。同一口井可多次反复作业。

2.该技术适宜多种类型油气藏，但是振动对套管壁的冲击力为380kg/cm2(注入压力25MPa)，故作业井套管应无破损。

3.地层能量严重亏损、出砂井或岩层黏土矿物中蒙脱石（晶间联结松弛，吸水后体积急剧膨胀并呈糊状）含量高等原因，造成岩层喉道堵塞，振动技术难展现良好效果，且有负面影响。

（二）技术适用条件四主要技术浅析根据动态分析，对突然减产、减注油（水）井；地层有能力不产油，或某些措施使油井产量下降，明显堵塞井等，应用效果显著。

1.钻井过程中，泥浆侵蚀造成储集层、炮眼、井筒等泥浆污染；

2.压裂后胍胶返排不利，滞留时间较长；酸化等其它措施造成储集层的污染，影响油（水）井正常生产；

3.注水井长期注水，因水质引起储集层、炮眼内结垢、污染；

4.生产井稳定生产一定时期后，因油层渗流孔道被微粒、杂质污垢堵塞造成产量下滑等；振动技术均可处理，能收到明显效果。（三）选井原则四主要技术浅析（四）性能比较四主要技术浅析酸

化油

藏

振

动

复

合

处

理

技

术

时效能力恢复产能20-30%，时效二个月左右。对压裂砂等，机械杂质的堵塞无能为力。恢复作业井正常产能60-80%，双波动和复合配剂渗透油层，时效三、五个月，多者半年以上。且能有效解除化学结垢、压裂砂之类的机械杂质等堵塞。作用范围

作用半径不足1米，仅一口井显效。

波及岩层纵深数十米，一口井作业，多口井可以受益。作业后果损伤岩层骨架渗流通道，腐蚀套管，危害操作人员。

双波动传播和复配剂吸附、转移、渗透，仅是波动能量和形式的传递，不损坏岩层骨架和井身套管钢体，更不会伤害人体。

环境污染

酸化废液排放地面水塘，严重污染环境。

施工中不产生三废，对环境没有任何影响和污染，属高效、节能、环保型技术。

其他

同一井酸化次数受限，否则损坏套管。同一口井，可多次反复实施振动作业。与酸化工艺对比表

名称性能DSY地层多级水力震源双偏心式可控震源水力脉冲振荡器声波、超声波振动器结构特点由振动轴、振动块、压力管汇筒单一构件组成，坚固耐用。双偏心轮、机架、底座重20T左右庞大设备。内套、外滑套、球形铰链组成，铰链易失灵。

380V电网供电，发电机、电缆、井下换能器阻抗严格匹配。工艺原理高压水力喷射冲击波和振动弹性波在岩层传播，疏通孔道。地面震源偏心轮旋转机械振动波传播解堵。液流通过振荡器产生高频脉冲水流冲刷井壁。换能器将电振信号转换振动声波耦合地层传播解堵。影响范围波及岩层纵深数十米；可在120MPa、155℃浅、中、深井中作业；一井振动多井收益。地面波及半径1000m、影响深度不超过1200m，一点振动较大面积收益。振荡有效深入地层20cm左右，作业井深<2000m。渗入地层有限，仅在30MPa、150℃井中作业，电缆下入井深<2000m。工艺方法多个震源串接组合下井，连续作业，增加作业强度，提高功效。巨大单个震源在地面振动，工作效率不足70％。振荡器井中逐点振动，断续作业，功效低下。电缆提升，阻抗匹配严格，效率仅50％，否则，效率更低。功率损耗多组震源以强劲激振力，能量集中，直接正对目的层传播，损耗较小。功率大从地面传播到地下损失严重，目的层有效能量极小。功率小，作用时间短，能量小，解堵效果受限制。功率小，能量传递、转换损失严重，解堵受限制。可靠性二级水力推动，环井筒24～120mm高圆柱面直接喷射冲击波，稳定可靠。工作较稳定可靠。稳定性、可靠性受外界影响较大。稳定性、可靠性受制约因素多，难于保证。产出投入比>6:1约3:13.75:1推广前景坚固耐用，操作简单，高效环保技术，利于大范围推广。作业严重威胁180m范围地面建筑，实用受限。外界条件影响较大，用户使用不便。复杂电子线路，稳定性低用户使用受限制。DSY地层多级水力震源与同类技术性能对比表

四主要技术浅析一振动采油概述二国内外振动采油技术三振动采油技术机理四主要技术浅析五结论及展望提纲结论：1.振动采油作用面积大，有效油井多、投入少，尤其适用于油水井解堵，可望成为一种聚合物驱后的进一步提高采收率技术。2.振动采油的主要机制是液-液界面振动剪切，其结果是油水乳化、原油降粘、剩余油启动聚集和重新分布；液-固界面振动剪切，其结果是岩石表面