特低滲油藏聲波振動增產(chǎn)的機(jī)理研究

王向東 黃志強(qiáng) 王釗

摘要：原油增產(chǎn)措施不斷用于生產(chǎn)，如壓裂、大型酸化、高壓注水等，均取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，但也遺留下大量的施工殘?jiān)沟貙邮艿搅藝?yán)重的污染。經(jīng)過長時(shí)間對特低滲油藏的開采和消耗，使原油儲量日益減少，在這種情況下，提高特低滲油藏的采收率，在石油工業(yè)中的地位和作用越來越重要。研究特低滲油藏提高特低滲油藏采收率技術(shù)，為提高特低滲油藏采收率技術(shù)的開發(fā)提供了新的思路，這對加快我國提高采收率技術(shù)研究步伐有著極其重要的推動作用。因此采用物理法增產(chǎn)技術(shù)，物理法采油包括聲波與超聲波采油技術(shù)，高能氣體壓裂技術(shù)，低頻電脈沖采油技術(shù)，振動及人工地震采油技術(shù)，水力振蕩及高壓水射流解堵技術(shù)，磁場、電場及微波場采油技術(shù)等。本文主要對聲波振動增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究，總結(jié)了各種聲波振動增產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)及適用性。

關(guān)鍵詞：特低滲油藏;聲波;采收率

一、損害油層的因素

從鉆井到固井、完井、礫石填充、生產(chǎn)、增產(chǎn)（或增注）措施和注水提高采收率等所有作業(yè)。這些都可能是造成損害的根源。

1.1 鉆井損害

鉆井液中所含的顆粒是一些可能造成損害的物質(zhì)，如粘土、鉆屑、加重劑和防漏劑。如果這些物質(zhì)擠入生產(chǎn)層，就能逐漸充填儲層空隙。以后力求以中速或高速投產(chǎn)或投注時(shí)，會使這些物質(zhì)堵塞喉道入口，嚴(yán)重降低井筒附近地帶的滲透率。

鉆井液液相含有許多可能造成損害的混合物。由于濾液侵入能達(dá)到15英尺以上的深度，鉆井濾液的損害可能是造成產(chǎn)量下降的重要的原因之一。但是，這種損害的嚴(yán)重程度決定于地層對濾液的敏感性。

1.2 固井損害

固井的主要目的是通過堅(jiān)硬、致密、不滲透的水泥環(huán)密封環(huán)空來實(shí)現(xiàn)層間有效的分隔。這樣就需要把泥漿全部替換出來。在替換泥漿的過程中，泥餅會受到部分破壞，如果這些水泥前置液不具有適當(dāng)?shù)臑V失特性，就不可能保護(hù)地層免受濾液侵入。

為了懸浮和攜帶泥漿微粒及泥餅碎屑，前置液和隔離液總是含有大量分散劑。如果這些液體侵入泥質(zhì)地層便會引起原有粘土移動和擴(kuò)散等一些問題。

1.3 完井液和修井液的損害

完井液和修井液損害地層的原因：

（1）懸浮的固相物質(zhì)（包括細(xì)菌）和聚合物殘?jiān)堑貙訚B透率和射孔眼流動能力下降;

（2）濾液侵入產(chǎn)生的常見問題：粘土的膨脹和分散、水和乳狀液的封堵、垢的沉淀。

1.4生產(chǎn)過程中的損害

有些油層以高速或大壓差生產(chǎn)，就不可能不受到許多不利現(xiàn)象的影響。

高速生產(chǎn)時(shí)，附著在孔隙壁上的松散天然粉砂和粘土可能處在運(yùn)動狀態(tài)，尤其當(dāng)兩種或兩種以上不混相流體同時(shí)生產(chǎn)時(shí)更是如此。粉砂和粘土細(xì)粒的移動可依其粒徑大小不是堵塞它們所處位置附近的孔喉，就是移向井筒。生產(chǎn)壓差過大可使井筒附近的孔隙壓力降到有效應(yīng)力超過地層巖石抗壓強(qiáng)度程度。生產(chǎn)過程中孔隙壓力的下降，以及有時(shí)氣體膨脹引起的冷卻，均會使有機(jī)或無機(jī)質(zhì)產(chǎn)生沉淀。當(dāng)瀝青質(zhì)在孔隙壁上的沉淀雖不會明顯降低地層孔隙度和絕對滲透率，卻有助于巖石變得親油，而親油會降低油的相對滲透率。

對于凝析氣藏，生產(chǎn)壓差過大會使井底流壓低于露點(diǎn)，造成原位出現(xiàn)蒸餾，即輕質(zhì)餾分蒸發(fā)出來，而重?zé)N則保留在地層中，造成氣相滲透率下降。

二、物理法技術(shù)采油的優(yōu)點(diǎn)

常規(guī)的油水井增產(chǎn)措施壓裂酸化兩大技術(shù)不斷完善和提高，其適應(yīng)性和增產(chǎn)效果得到了較大改善，為石油工業(yè)開發(fā)的整體水平的提高作出了巨大貢獻(xiàn)，但是工業(yè)技術(shù)復(fù)雜性和投入費(fèi)用高等弱點(diǎn)并沒有得到進(jìn)一步改善，因此自上世紀(jì)下半葉逐步發(fā)展起一系列的提高單井產(chǎn)量為目的的物理采油技術(shù)。

物理法采油作為一類改善采油和強(qiáng)化采油的新技術(shù)，利用物理場（超聲波，低頻脈沖波，電，磁，電磁波）處理油層，具有許多突出的特點(diǎn)：

2.1適應(yīng)性強(qiáng)

許多物理場方法可適用于高含水中、后期的提高水驅(qū)采收率，也可用于常規(guī)技術(shù)無法處理的粘土油藏、低滲透油藏、致密巖性油藏以及稠油油藏的開采。

2.2具有明顯的“增油控水效應(yīng)”

如果工藝參數(shù)設(shè)計(jì)適當(dāng)，有可能利用電場、聲場等在原油（或地層流體）中所表現(xiàn)出的特性差異改善地層中油相滲透率、降低水相滲透率，起到控制含水的效果。

2.3工藝簡單、成本低

與聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等相比，用物理場處理油層，其施工工藝要簡單得多，投入成本低廉并且其效果明顯。據(jù)報(bào)道，前蘇聯(lián)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明，利用聲波、低頻脈沖波處理油層可提高采收率10%。

2.4與“化學(xué)驅(qū)”優(yōu)勢互補(bǔ)

利用物理場技術(shù)提高原油采收率的基本原理為改善油層的滲透率和改原油（地層流體）的流變性，使原油能夠順利地流入油井。而且，通過對技術(shù)參數(shù)的調(diào)整，有可能利用油、水的物性差異強(qiáng)化對剩余油區(qū)域的作用。物理法與化學(xué)驅(qū)提高采收率的機(jī)理不同，所產(chǎn)生的效果必然也不同。因此，物理法處理油層不僅可以成為有效的、相對獨(dú)立的提高采收率技術(shù)（四次采油），而且還有望與化學(xué)驅(qū)（或水驅(qū)）組合應(yīng)用，優(yōu)勢互補(bǔ)，形成復(fù)合型技術(shù)，用以提高化學(xué)驅(qū)（或水驅(qū)）的驅(qū)油效果。

三、聲波采油技術(shù)的特征

聲波采油技術(shù)就是用不同頻率和性質(zhì)的聲波激勵油層，以改善其內(nèi)部流體的滲流條件，達(dá)到油水井增產(chǎn)增注的目的。聲波是機(jī)械縱波，可在固體、液體和氣體中傳播。機(jī)械縱波可在很大頻率范圍內(nèi)發(fā)生，其中從0～1×10¹²Hz是聲學(xué)研究范疇。

根據(jù)聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)引起媒質(zhì)應(yīng)力變化的規(guī)律，又可把聲波分為小振幅聲波和大振幅聲波。小振幅聲波是指媒質(zhì)在這類聲波作用下，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于聲速、質(zhì)點(diǎn)位移遠(yuǎn)小于聲波波長、質(zhì)點(diǎn)的密度增量遠(yuǎn)小于靜態(tài)密度^[10]。小振幅聲波引起媒質(zhì)的應(yīng)力變化呈線性關(guān)系，即媒質(zhì)的應(yīng)力變化符合胡克定律。大振幅聲波引起媒質(zhì)的應(yīng)力變化不符合胡克定律，其傳播特點(diǎn)是波形各點(diǎn)的位移速度不同，即傳播速度不是恒定值，波中移動快的部位在傳播過程中將超過移動慢的部位，使波陣面產(chǎn)生陡峭的前沿并形成沖擊波。

目前，所用的防垢措施中，針對不同結(jié)垢向井中添加不同類型化學(xué)藥劑，防垢效果雖然較好，但需要建立加藥流程，較麻煩，同時(shí)化學(xué)藥劑費(fèi)用高，增加了生產(chǎn)成本，不易推廣應(yīng)用。另一種方法是采用磁防垢原理，在電潛泵上連接磁防垢器，以達(dá)到防垢的目的。這種方法效果不理想。聲波及超聲波的機(jī)械作用及空化作用能有效地防止和除去管路及生產(chǎn)設(shè)備中的結(jié)垢。

結(jié)論

本文對特低滲油藏聲波振動增產(chǎn)機(jī)理的學(xué)習(xí)研究，分別分析了各種聲波振動增產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)了國外目前成熟的聲波采油技術(shù)及國內(nèi)應(yīng)用聲波采油技術(shù)所面臨的問題和發(fā)展趨勢。聲波振動增產(chǎn)技術(shù)主要是通過提高油藏的滲透率來提高原油采收率。聲波振動增產(chǎn)技術(shù)的防垢、防蠟作用極其明顯。聲波振動增產(chǎn)技術(shù)的推廣對我國石油工業(yè)的發(fā)展有著可觀的發(fā)展前景，且對地層損害小，但該技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展還是有一定的局限性。

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