于洪旭

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

引言

隨著渤海油田的開發(fā)生產(chǎn)，油水井儲(chǔ)層孔隙堵塞、欠注欠產(chǎn)是渤海老油田普遍存在的“老大難”問題。傳統(tǒng)的酸化[1]、壓裂等措施作業(yè)，在疏通孔道的同時(shí)，也帶來外部流體傷害儲(chǔ)層。并且在傳統(tǒng)增產(chǎn)增注技術(shù)不適用的地層中，急需一種全新解堵技術(shù)提高地層滲透率。因此，渤海油田引入了超聲波解堵技術(shù)，并在渤海錦州9-3油田X井進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 技術(shù)概況

超聲波[2]可在機(jī)械、空化、熱、聲流等功能作用下，改變儲(chǔ)層孔隙及流體表面張力，解除堵塞、防垢除垢、防蠟，使堵塞物疏松脫落，隨液體排出從而提高或修復(fù)儲(chǔ)層滲流能力，增加油氣產(chǎn)量或注水量。其特點(diǎn)：

①方向性好：由于超聲波的頻率高，其波長(zhǎng)較同樣介質(zhì)中的聲波波長(zhǎng)短得多，衍射現(xiàn)象不明顯，所以超聲波的傳播方向好。

②能量大：聲波在介質(zhì)中傳播，當(dāng)振幅相同時(shí)，振動(dòng)頻率越高能量越大。

③穿透能力強(qiáng)，傳播距離遠(yuǎn)：超聲波在氣體中衰減很強(qiáng)，在固體和液體中衰減較弱。

④空化作用：就是一定的頻率的超聲波通過液體時(shí)，會(huì)使原有的或新生的微型氣泡發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，小泡又很快地被湮滅，小泡內(nèi)部可達(dá)幾千度的高溫，幾千乃至幾萬個(gè)大氣壓，

⑤熱作用：就是當(dāng)聲波穿過介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)吸收一定的聲能，就會(huì)引起局部高溫，這是一種能量轉(zhuǎn)換；頻率越高，熱作用效果越顯著。

如圖1所示。頻率上限可高至與電磁波的微波區(qū)(＞10GHz）重疊，但一般認(rèn)為對(duì)氣體為50MHz，對(duì)液體為500MHz。工業(yè)中常用的超聲波頻率為20kHz～2MHz，其中20kHz～1000 kHz之間的超聲波應(yīng)用又稱為功率超聲。

圖1 超聲波頻率范圍

機(jī)理研究[3]：

1、能量平衡、系統(tǒng)穩(wěn)定原理分析儲(chǔ)油層的運(yùn)動(dòng)（動(dòng)力學(xué)）特性。

2、增油率與超聲波能量的數(shù)學(xué)模型：

Q=AU2/3

The United States apparently sent no reply with the President’s signature, as Dean Acheson mentioned, to the Tibetan authorities, neither did the U.S. Embassy in India send any diplomat to undertake an “unofficial” visit to “Tibetan areas”, which was strictly limited by the Department of State.

3、孔隙介質(zhì)力學(xué)性能分析：應(yīng)力б-應(yīng)變?chǔ)抨P(guān)系，如圖2所示。

圖2 應(yīng)力б-應(yīng)變?chǔ)抨P(guān)系圖

● 孔隙介質(zhì)井孔聲場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布及參量分析

● 孔隙介質(zhì)骨架本構(gòu)方程及強(qiáng)度分析

4、改善液體的流動(dòng)性能

Darcy定律，即：孔隙介質(zhì)中流體的速度與孔隙流體壓強(qiáng)的梯度成正比，其方向是與壓強(qiáng)梯度方向相反（固相靜止條件下）。

式中：η為黏滯系數(shù)，k為滲透率，它們的比值稱為流度。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

此次試驗(yàn)選井為渤海錦州9-3油田X注水井，該井于2015年4月18日投注，井深1914.38米，最大井斜14.33°，井下為“空心集成”分層配注管柱，初期井口壓力3.5MPa，日注水1042 m3/d，配注量1036 m3/d。2018年該井作業(yè)前日注水僅為637m3/d，日配注量為1184m3/d，處于欠注狀態(tài)。分析認(rèn)為該井受外來流體影響近井地帶污染，孔隙堵塞嚴(yán)重。因此2018年11月對(duì)該井進(jìn)行超聲波解堵作業(yè)，提高注入能力，滿足補(bǔ)充地層能量的需求。超聲波解堵地面設(shè)備如圖3所示。

圖3 超聲波解堵地面設(shè)備示意圖

（1）連接電源，通過第一趟伽馬校深，修正深度。

（2）更換超聲波解堵工具串，到達(dá)指定解堵深度后，接通電源（380V，50HZ）至地面發(fā)射機(jī)；在發(fā)射機(jī)操作面板上操作，控制井下?lián)Q能器工作。

（3）調(diào)整電壓、頻率參數(shù)（如850V，25KHZ），至獲得最大的輸出功率，達(dá)到最好的解堵效果。

（4）起出超聲波解堵工具串。

（5）恢復(fù)注水，統(tǒng)計(jì)不同壓力下日注水量情況，如表1。

表1錦州9-3油田X注水井超聲波解堵后注水情況統(tǒng)計(jì)表

2018.11.17 10.00 13 1105 2018.11.18 10.00 13 1102 2018.11.19 10.00 13 1105 2018.11.20 10.00 2018.11.21 10.00 2018.11.22 10.00 13 1101 13 1103 13 1106 2018.11.23 10.00 13 1109 2018.11.24 10.00 13 1104 2018.11.25 55.00 13 1105 2018.11.26 10.00 13 1108

（6）作業(yè)后吸水剖面測(cè)試：對(duì)比2018年2月份測(cè)試情況，第一層吸水量提升明顯，如表2。

表2 錦州9-3油田X注水井超聲波解堵后各層吸水量統(tǒng)計(jì)表

超聲波解堵效果：錦州9-3油田X注水井超聲波解堵后在相同壓力下的整體日注水量比之前提高了31%。第一油組提高了300%，第二油組提升有限，三、四油組表現(xiàn)不明顯。從總體做得效果上來看本次功率超聲解堵作業(yè)比較成功，明顯提高了注入井的注水量。

綜合分析認(rèn)為：第一油組物性較好，前期生產(chǎn)過程中井筒附近有一定程度的污染，本次作業(yè)起到了解除污染的效果，注水得以明顯提升。第二油組雖物性較好，但由于2017年2月進(jìn)行過調(diào)剖作業(yè)，對(duì)本次解堵作業(yè)影響較大，導(dǎo)致解堵效果不明顯，第三、四油組在生產(chǎn)過程中，動(dòng)用程度較低，吸水能力表現(xiàn)較弱，污染問題并不是主要矛盾，因此改變井筒附近污染并不能力明顯提升吸水能力，同時(shí)受制于地層能量虧空的程度。

3 總結(jié)

超聲波解堵技術(shù)應(yīng)用的重要意義：

（1）渤海錦州9-3油田X注水井超聲波解堵后效果顯著，截至2019年3月增注時(shí)長(zhǎng)已大于130天，日注水量仍保持1065m3/d，避免了多次酸化、壓裂作業(yè)，節(jié)約了大量成本，帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）超聲波解堵技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)化為高頻機(jī)械波作用于地層，安全環(huán)保，對(duì)儲(chǔ)層更無破壞作用。

（3）其作用半徑大，增注效果明顯，費(fèi)用低，并可多次反復(fù)使用。

（4）此項(xiàng)技術(shù)為渤海油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)“注夠水”目標(biāo)提供了新的技術(shù)支持，具有重要的社會(huì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。