PDF《D 功率超声应用》

D 功率超声应用 D1 超声波采油技术在油田开采中的应用 周达宇 ( 成都传感换能技术研究所 成都・610041)

1 引言超声波技术油田增产工艺, 早在

50 年代前苏联 和美国就使用过, 并取得了显著的效果.

我国建国后 开发的大多数油田目前已处于开采的中、 晚期, 出油 能力普遍较低, 需要切合实际、 行之有效的提高油井 采收率的技术工艺措施.而一些老的开采办法, 诸如 压裂、 酸化、 电爆振等对油井的结构破坏较严重, 同 时人工劳动强度也高.经过上述方法多次开采的油 井对这些措施已不敏感.而超声波采油却是一种经 济可行、 自动化程度较高的一种物理开采工艺.它的 原理是通过超声高频机械振动的能量, 经混合液体 及单方向作用, 可以疏通储油层中泄油通道, 提高油 层渗透率, 改变油层介质的物性和流态, 从而达到解 堵增产, 提高油井采收率的目的. 我所于

1989 年开始超声波处理储油地层的设 备研制工作, 经过

3 年多的技术开发, 研制出可用于 油田井下的大功率声波―超声波发生器样机, 并于

1993 年通过国家火炬规划项目验收. 于此同时, 我们 同大庆、 玉门、 华北、 中原、 胜利、 辽河、 长庆、 陕北等 油田联合进行超声采油技术现场试验, 取得了可喜 的成果.现已形成系列化的超声设备, 填补了我国在 这一领域内的空白. 本文介绍我所研制的声波处理储油地层系统及 其作用机理.并通过对油田现场试验结果的分析和 对比, 找到试验结果和作用机理符合的地质结构及 油水井条件;

并对作用效果不明显的油井, 进行分 析, 找出原因, 以利于该项技术进一步的推广和普 及.

2 系统的构成和机理 声波处理储油地层系统由( 1) 地面声波―超声 波大功率发生器;

( 2) 油井用特种传输电缆;

( 3) 井孔 大功率压电发射换能器等

3 部分构成.如图

1 所示. 地面声波―超声波大功率发生器通过先进的功 率合成技术产生频率为 20±5kHz 的振荡脉冲信号, 经特种传输电缆送至大功率压电发射换能器, 由换 能器将电振荡转化为声波机械动能, 由其传播载体 ――原油介质( 油、 水、 气等) 耦合后辐射到储油地层 中.实践证明, 这一过程机理复杂, 井下地质环境及 选井等影响因素众多, 主要表现在: 图1声波处理储油地层系统示意图 ( 1) 在井底油层中建立的声场, 无论是强声场 ( >

10kW/ m2 ) ) 还是弱声场( <

10kW/ m2 ) 都可以对 地层产生振动作用.地层中声波产生的振动使石油 沿着反射波路线向井底的声源方向流动, 形成声学 中的蔡特金图形. ( 2) 向地层中辐射大功率的声波可以降低地层 毛细管中油水间的界面张力: 生产层中含残余油的 毛细管在声波作用下产生振动, 导致毛细管管径发 生时大时小的变化. 当毛细管半径变大时, 表面张力减小, 导致毛细 管中的残油在重力和声波的振动作用下脱离界面, 流入井眼最终被采出地面. ( 3) 原油在地层压力条件下溶解了许多的碳氢 ―

189 ― 声学技术 气体.在大功率声场的作用下, 地层原油将发生强烈 的空化效应, 原油中会产生许多大大小小的气泡.空 化时产生的负压使原油中的溶解气逸出, 穿过界面 进入空化作用形成的气泡中, 从而使气泡迅速长大, 并对油井液柱产生明显的举升作用, 对油井诱喷及 增产均起到促进作用. ( 4) 在声波作用下, 原油分子周期性地进行结构 组合排列, 导致原油粘度降低, 流性增强. ( 5) 在声波作用下岩芯的渗透率会发生变化.实 验表明: 声波作用开始后, 经过几秒钟岩芯的渗透率 提高了, 提高的幅度取决于岩石的初始渗透率, 初始 渗透率越低的岩石经声波处理后提高的幅度越大, 最高的可提高数十倍.用脉冲波处理的效果比用连 续波处理的效果要大几倍.