水力振动解除油层伤害技术研究

水力振动解除油层伤害技术研究

1油层解堵技术在油田生产中，油气层受到不同程度的破坏，油田产量降低，钻头生产必要，这严重影响了油田生产。因此,如何有效地清除油层伤害,是提高油井采收率的关键问题。经过多年来的研究,已经开发出来多种油层解堵技术,其中的水力振动解堵技术,以其独特作用,正越来越受到重视。喷注式水力振动解堵技术是一种油层解堵新技术,它利用水力振动器产生的振动波直接作用于污染油层,通过流体振动作用解除地层杂质堵塞等造成的污染,恢复近井地带地层渗透率,达到增加油井产量,提高水井注水量的目的。水力振动解堵现场施工图如图1所示。2流体动力式发生器目前在油田现场应用中存在着多种类型的水力振动发生器,本文中所研究的是一种流体动力式发生器,基本结构如图2所示,主要由喷腔和谐振腔组成。当流体从喷口中高速射出时,由于喷口截面的突然收缩,会使得喷口前的流体压力呈现出周期性的变化结构,压力变化如曲线3实验与讨论3.1驻极体传声器考虑到测量和实验观察的方便性,实验中采用空气代替水介质,这在流速较小的情况下是可行的。实验测量方块如图3所示。测试传声器采用中国科学院声学所研制的MK224驻极体传声器,频率响应范围为20Hz-25kHz,不均匀度3dB,灵敏度47.9mv/Pa,动态范围为声压级不大于150dB,外直径为12.7mm。HP54602A型数字存储示波器频率响应带宽为0-100MHz,最快扫描速度为2μs/div,具有数字自动存储和信号自动测量以及FFT功能,上述仪器性能可充分满足测试要求。3.2谐振频率随腔深变化的规律Hartmann实验中对不同尺寸的谐振频率进行了测试,现以由图4可以看出,在实验误差范围内,测量结果与理论值基本吻合,在保持喷口与谐振腔直径不变的条件下,谐振腔深是改变谐振频率的唯一因素。腔深变大,频率降低,反之,则增大,流压的变化对谐振频率基本无影响。因此,可以通过腔深的改变来调节振动频率,控制振动波对堵塞地层的作用。根据现场经验,一般设计振动频率为4KHz3.3振动波的频率分析根据上述分析可知,当喷口射流频率与谐振腔的本征频率一致时,即可发生共振。振动处于谐振状态下时,通过示波器可观察到较为标准的正弦波,图5是利用数据采集系统所获得的谐振态波形。从图中可以看出,其周期和幅值基本保持不变,说明谐振状态下的振动波具有较好的周期性。但经过对信号进一步的频谱分析后发现,振动波频谱实际上包括一个基频波、一族谐波以及谱下部的宽带分量。图6是利用示波器的FFT功能观察到的频谱图,其中通过频域测得的基频值与时域测得的频率一致,约为7.8KHz。基频部分的声压幅值较高,谐波的声压值随频率的增高而逐渐减少。各个谐波的频率是基频值的倍数,且携带着一定的能量。振动波具有谐波性,进一步增强了作用效果。这是因为振动频率不同,波长也不同,只有当波长尺寸与堵塞颗粒为同一数量级时,才能产生最有效的解堵效果。通常来说,污染油层中的毛细管孔径以及微型裂隙尺寸的变化范围较大,不同的振动频率可以对不同尺寸的堵塞颗粒产生作用,但同时应考虑到频谱的丰富会导致能量分散,使得不同频段的解堵效果降低,因此需要振动器具有足够的功率作为保障。3.4空气中声功率的测量需要指出的是,流体动力式振动发生器是以流体射流作为动力源激发振动波的,而射流的流体力学是一个较为复杂的课题,大部分研究主要基于经验公式和实验曲线来考虑问题。基于实验条件的限制,本文仅根据Hartmann的实验曲线进行了理论上的估算从振动器辐射出的振动能量主要包括两个部分,连续射流的冲击能量和以波动形式辐射的振动能,后者是我们需要利用和提高的部分。通过图表法可以对空气介质中的声功率进行测算,以声功率为研究对象是因为振动在空气中是以声的形式进行传播的。一般情况下,发生器在空气流体中的声效率为10%～20%,这是比较公认的研究观点,换言之,辐射出的声能占空气绝热压缩功的10%～20%。图7、图8分别是喷口和谐振腔直径为1mm时空气流出量以流压为2Kg/cm3.5流压、喷距影响发生器工作状态的因素很多,包括发生器尺寸、流压、喷距。在喷口与谐振腔直径相等的条件下,振动器的主要工作参数包括谐振腔深度实验中还发现,流压和喷距还影响着谐振状态的产生,这与前人研究结果3.6岩心解堵实验结果为了验证振动器的解堵增注效果,进行了室内解堵实验。首先,选择不同渗透率的岩心,在测定岩心的气测渗透率和水测渗透率后,用泥浆进行污染,再测定水测渗透率确定污染程度;其次,将污染后的岩心在确定的条件下进行解堵实验,岩心经解堵后水测其渗透率,计算解堵效果,对实验结果进行分析,并分别计算出污染程度及解堵后的恢复程度。实验结果见表1。由表1可以看出,发生器产生的水力振动对于解除地层污染的确有效,在上述实验条件下,可使较高渗透率岩心的渗透率恢复126.5%,而对较低渗透率地层的渗透率恢复177.1%,相对于污染前的渗透率来说,恢复程度是高渗透率岩心大于低渗透率岩心。4试验井的井量及解堵效果为了验证振动解堵的效果,在胜利油田进行了一系列的现场试验,取得了良好的效果。试验井为十口,包括4口油井,6口水井,解堵有效率为100%。其中油井为绕丝管堵塞不供液停产井,作用后平均单井增液20吨,日增油5.4吨,平均有效期139天。注水井也见到了较好的降压效果,平均单井日增水55.2M5发生器功率的优化建议(1)水力振动可以有效地减轻对油层的伤害,提高油层渗透率;(2)水力振动解堵技术具有施工方便、易于推广、有效率高和适用性强等特点,尤其是适用于常规改造措施无效的油井和达不到