振动采油器解堵效果室内实验与现场应用

曲占庆，李小龙，黄德胜，肖 雯，李 杨，许华儒(.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛 66580；.胜利油田采油工艺研究院，山东东营 57000)

振动采油器解堵效果室内实验与现场应用

曲占庆1，李小龙1，黄德胜1，肖 雯2，李 杨1，许华儒1
(1.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛 266580；2.胜利油田采油工艺研究院，山东东营 257000)

油田开发过程中因钻井、作业等引起的各种杂质对油层造成污染以及地层结垢和结蜡等造成地层堵塞，利用振动来解堵具有环保无害性。通过室内实验及4口井的试验结果表明，该振动采油器效果显著，但仍存在改进空间。该产品安全性能、环保性能和工艺衔接性能良好，具有投入少、产出高，技术经济效益显著的特点，具有重要推广应用价值。

地层堵塞；解堵；产能恢复；振动采油

在油田的的开发过程中，因钻井、作业等引起杂质对油层造成污染以及地层结蜡、结垢等，降低了油层渗透率，使油井产液量下降。目前有两种主要解堵方法，即化学法和物理法[1]。化学解堵容易对地层造成二次污染，而物理法利用振动解堵就不会出现二次污染的问题，具有环保无害性。

1 振动采油器

1.1 振动采油器作用机理

振动采油器结构组成如图1所示。

振动采油器就是利用油管柱周期性的弹性变形，实现周期性的脉冲式往复运动，将系统内部的撞击能量转化为波动能量，产生振动场[2]。

利用油管柱周期性的脉冲式往复运动，外加振动采油器内置的单向阀，可对地层产生活塞作用(即自激波动原理)，使原本静止液滴开始流动，使堵塞颗粒物脱离油道，从而使得油道疏通、油流扩大、产量增加[3]。

振动采油器的特殊结构保证了其转化成的声波频率为低频脉冲复频波带，完全覆盖油层的固有频率带，导入油层的复频波带与油层固有频率带频率相等，就会引发油层共振，在油层区域内形成振动场，实现振动解堵、振动采油效应[4]。

通过计算，常规油管每1 000 m产生的弹性伸缩量约为27 cm。

图1 振动采油器结构示意图

Fig.1Schematicdiagramofvibrationrecoverydeviceplugging

1.2 振动采油器特性

(1)一般地层的振动最优频率都是较低频的，低于300 Hz，即利用低频振动(声波)处理地层可取得较显著效果[5]。

(2)自激波幅与沉没度、泵挂深度、抽油机冲程、冲次呈正相关[6]。

(3)振动场具有聚集、降黏、改变表面张力、解堵的作用。

(4)振动波场强随传播距离呈指数规律递减[7]，而声波吸收衰减系数与声波频率的平方成正比[8]。当距离L增加n%倍时，声波能量衰减exp(1/n)%。

(5)室内模拟振动产生的波动频率约为50 Hz，传播距离约1 m[9]。

2 声波解堵室内实验

实验所用的岩心的渗透率分30、600、1 500 mD 3个等级，岩心采用直径为2.5 cm、长度为5 cm的标准岩心，使用泥浆污染，环境为常温常压，以下为实验路线[10]:

(1)使用真空泵进行抽真空饱和；

(2)水测岩心原始渗透率；

(3)进行岩心泥浆污染；

(4)测量污染后岩心渗透率；

(5)设定波场参数，进行岩心解堵；

(6)改变声强、声波作用时间，研究对岩心渗透率的影响。

实验装置如图2、3所示。

图2 岩心污染实验装置

Fig.2Experimentalinstallationofcorefilling

图3 声波解堵实验装置

Fig.3Experimentalinstallationofsoundwavedevice

由于现场采油器频率固定，固实验采用200 Hz声波模拟采油器在井底产生的波动频率。

S=(K0-Kp)/K0×100%

(1)

R=(Kt-Kp)/K0×100%

(2)

式中，S为污染率；R为污染恢复率；K0为岩心原始水测渗透率；Kp为泥浆污染后岩心渗透率；Kt为声波解堵处理后岩心渗透率。

2.1 不同初始渗透率实验

岩心用泥浆污染完后，置于声波处理系统中，处理60 min。污染岩心用声波处理完后，置于岩心夹持器中测量处理后的岩心渗透率。通过每个渗透率级别的岩心取三值平均来减小误差。声波解堵实验结果如表1所示。

由表1可以看出，岩心经过声波作用后，其渗透率均有提高。渗透率在30～600 mD的岩心，污染恢复率较小，只有5%左右；而渗透率在1 500 mD左右的岩心，其污染恢复率较大，达到12.50%。这说明200 Hz的声波解堵效果随岩心初始渗透率的提高而变好。

2.2 不同时间实验

使用声波发生器处理岩心，处理时间为60、90、120、150、180 min。通过每个渗透率级别的岩心取三值平均来减小误差。声波解堵实验结果如图4所示。

表1 200 Hz声波解堵后岩心恢复率Table 1 Recovery rate of core after Vibration recovery in 200 Hz

图4 不同渗透率岩心在声波作用不同时间后的渗透率恢复率

Fig.4Recoveryrateofcoreaftervibrationrecovery
indifferentpenetrationlevel

综合图4所示数据，绘出岩心渗透率恢复率随声波作用时间的变化曲线，如图5所示。

图5 岩心的渗透率恢复率与声波作用时间关系曲线

Fig.5Curvesofrecoveryrateandacousticeffecttime

由图5可以看出，岩心渗透率恢复率随声波作用时间的增加都有总体变大的趋势。

渗透率为30 mD左右的岩心最佳作用时间为120 min，最大污染恢复率为12.52%。渗透率为600 mD左右的岩心最佳作用时间是150 min，污染恢复率为16.44%。渗透率为1 500 mD左右的岩心最佳作用时间150 min。在最佳作用时间后污染恢复率上升缓慢。

综上所述，岩心渗透率越大，声波处理效果越好[11]。

2.3 不同声强实验

使岩心分别在不同功率声波下处理60 min。改变声波处理器的功率，在4种不同的声强下测量岩心渗透率恢复率。通过每个渗透率级别的岩心取三值平均来减小误差。声波解堵实验结果如图6所示。

综合图6数据，绘出岩心渗透率恢复率随声强的变化曲线，如图7所示。

图6 不同渗透率岩心在不同声强的声波作用后的渗透率恢复率

Fig.6Curvesofrecoveryrateandsoundintensity
indifferentpenetrationlevel

图7 岩心的渗透率恢复率与声强关系曲线

Fig.7Curvesofrecoveryrateandsoundintensity

由图7可以看出，实验范围内，同一频率下，岩心的渗透率恢复率都随着声强的增加而增大。

分析该规律的原因如下[12]:

(1)声强越大，能量越大，产生的机械交变振动越强烈，越利于堵塞孔隙孔喉颗粒的脱离；

(2)声强增加时，空化强度增大，冲击波能量增大；

(3)根据相关研究结果[13]，初始渗透率越高的岩心污染程度较深，同时污染物颗粒受声波震荡拉力的作用大、低频声波衰减系数相对较小，因此岩心渗透率恢复率随岩心渗透率增大而增大。

3 现场试验

江苏油田于2012年11月开始先后在闵35-9井、高7-20井、马8-11井装备机械解堵采油器，作业后效果如图8所示。闵35-9井于2012年11月下入振动采油器，位于井深1 270 m处。作业3 d后初见油，后推7 d内日平均产液量7.1 t，日平均产油量0.57 t，平均含水率91.90%；90 d后日产液量为2 t，日产油量0.4 t，含水率80%。90 d累计产油24.2 t，累计增产24.2 t。作业后产能稳定。高7-20井于2013年1月下入振动采油器，位于井深1 710 m处。作业8 d后初见油，后推7 d内日平均产液量8.8 t，日平均产油量1.7 t，平均含水率80.26%；90 d 后日产液量为8.2 t，日产油量5.2 t，含水率36.59%。90 d累计产油361.2 t，累计增产280.2 t，增产345.93%。约120 d后产能出现波动，波动周期约为2周。马8-11井于2013年2月下入振动采油器，位于井深1 300 m处。作业后7 d内日平均产液量7.3 t，日平均产油量3.0 t，平均含水率58.9%；90 d后日产液量回落为1.8 t，日产油量1.4 t，含水率22.2%。90 d累计产油157.3 t，累计增产139.3 t，增产773.89%。

4 结论

(1)振动采油器通过自激波动和振动场有效解决地层堵塞问题，疏通近井地带油流通道，恢复油井产能。该技术投入少、产出高，经济效益明显，且对油层和环境无污染，是对传统采油工艺的补充和完善,具有重要的理论意义和实践意义。

(2)实验范围内，同一频率下，岩心的渗透率恢复率都随着声强的增加而增大。

(3)在200 Hz声波作用下，岩心渗透率恢复率随着岩心初始渗透率的提高而升高。针对30～1 500 mD岩心推荐作用时间不低于150 min。

(4)能量问题是制约振动采油技术发展的主因。某振动采油器能量源于抽油机运转时油管弹性伸缩使滑套产生惯性冲击，撞击簧片产生声波。该原理则要求抽油机工作制度为高冲程、高冲次，与目前油田生产的高冲程、低冲次工作制度相悖。若能改进使油管的弹性能不转化为惯性冲击而是储存后形成脉冲，则该技术的适用性将大大提高。

图8 生产动态图

Fig.8Schemeofproductionperformance

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(编辑 王亚新)

Vibration Recovery Deviceplugging Effect of Laboratory Experiments and Field Application

Qu Zhanqing1, Li Xiaolong1, Huang Desheng1, Xiao Wen2, Li Yang1, Xu Huaru1
(1.SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),QingdaoShandong266580,China; 2.OilProductionTechnologyResearchInstitute,ShengliOilfield,DongyingShandong257000,China)

The formation pollution caused by drilling,fracturing and other reasons during the process of oil field development, also the fomation fouling,waxing, which make the fomation block.Vibration caused by vibrational wave is an innocuous method to remove the fomation block.Through four wells experimental data show that the effect of Vibration Recovery Device is excellent, yet there is still room for improvement.The capability of the product in safety,environmental performance,process performance and economy is superior.Therefore it is worth popularizing and application.

Fomation block; Block remove; Deliverability recovery; Vibration recovery

1006-396X(2014)06-0050-05

2014-03-08

:2014-11-10

国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05051)。

曲占庆(1963-),男，博士，教授，从事采油工程技术研究；E-mail:quzhq@hdpu.edu.cn。

TE125

: A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.06.011