聲波采油技術

1、聲波頻率對聲壓衰減的影響聲波頻率對聲壓衰減的影響聲波頻率對振速衰減的影響聲波頻率對振速衰減的影響 即即聲波頻率越高聲波頻率越高，流體中的，流體中的聲壓衰減得越快聲壓衰減得越快，振速隨距離衰減得越快振速隨距離衰減得越快。 因此在地層中傳遞的聲波，其能量隨距離逐漸減小，而聲波頻率越高，聲波因此在地層中傳遞的聲波，其能量隨距離逐漸減小，而聲波頻率越高，聲波能量衰減得越快，即能量衰減得越快，即低頻率的聲波能量在地層中能傳遞得遠一些低頻率的聲波能量在地層中能傳遞得遠一些。 要處理要處理近井近井56m范圍的區(qū)域，可選擇頻率為范圍的區(qū)域，可選擇頻率為50Hz的聲波；要處理距井底的聲波；要處理距井底l2m以以

2、外的區(qū)域，選擇頻率為外的區(qū)域，選擇頻率為10Hz的聲波。的聲波。滲透率對聲壓衰減的影響滲透率對聲壓衰減的影響 滲透率對振速衰減的影響滲透率對振速衰減的影響 在滲透率 圖中可以看出，在圖中可以看出，在滲透率高滲透率高地層中流體的地層中流體的振動速度及聲壓振動速度及聲壓的衰減速的衰減速度要比滲透率低的地層中度要比滲透率低的地層中衰減的速度慢衰減的速度慢 。 即：即： 同一頻率的聲波在不同滲透率的地層中傳播時，同一頻率的聲波在不同滲透率的地層中傳播時，聲波能量、聲波能量、聲壓和振動速度在較高滲透率的地層中衰減得慢。聲壓和振動速度在較高滲透率的地層中衰減得慢。流體粘度對聲壓衰減的影響流體粘度對聲壓衰減

3、的影響 流體粘度對振速衰減的影響流體粘度對振速衰減的影響 聲波的聲波的能量、聲壓和振動速度能量、聲壓和振動速度在在較高粘度的地層中要比在低粘度較高粘度的地層中要比在低粘度的地層中衰減得快的地層中衰減得快。即流體。即流體粘度越高粘度越高，聲波在其中，聲波在其中衰減得越快衰減得越快。 徑向流條件下頻率對聲壓衰減的影響徑向流條件下頻率對聲壓衰減的影響 徑向流條件下頻率對振速衰減的影響徑向流條件下頻率對振速衰減的影響 從圖中可以看出，在地層中頻率為從圖中可以看出，在地層中頻率為10Hz的聲波的聲壓和振速要比的聲波的聲壓和振速要比50Hz的聲波的聲波的聲壓和振速衰減得慢的聲壓和振速衰減得慢。 沿徑向傳播

4、的聲波能量、聲壓和流體振速要比沿一維方向沿徑向傳播的聲波能量、聲壓和流體振速要比沿一維方向衰減快得多衰減快得多，這是由，這是由于在徑向傳播的情況下，能量的衰減除了由流體與壁面的摩擦作用引起的那部分外，于在徑向傳播的情況下，能量的衰減除了由流體與壁面的摩擦作用引起的那部分外，還應包括由于還應包括由于波陣面的面積隨傳播距離成正比擴張而引起的波強的衰減量波陣面的面積隨傳播距離成正比擴張而引起的波強的衰減量。 徑向流條件下滲透率對聲壓衰減的影響徑向流條件下滲透率對聲壓衰減的影響 徑向流條件下滲透率對振速衰減的影響徑向流條件下滲透率對振速衰減的影響 對同一頻率的聲波在不同滲透率的地層中傳播時，對同一頻率

5、的聲波在不同滲透率的地層中傳播時，聲波能量、聲壓和聲波能量、聲壓和流體振速在較高滲透率的地層中要比在低滲透率的地層中衰減得慢流體振速在較高滲透率的地層中要比在低滲透率的地層中衰減得慢。這與一維。這與一維情況所得結論一致情況所得結論一致 。 聲能、聲壓和流體振動速度在徑向情況要比一維情況衰減幅度大聲能、聲壓和流體振動速度在徑向情況要比一維情況衰減幅度大。徑向流條件下流體粘度對聲壓衰減的影響徑向流條件下流體粘度對聲壓衰減的影響 徑向流條件下流體粘度對振速衰減的影響徑向流條件下流體粘度對振速衰減的影響 由圖中可以看出，由圖中可以看出，聲壓和頻率在流體粘度大的地層中衰減的快聲壓和頻率在流體粘度大的地層

6、中衰減的快。 徑向流條件徑向流條件下，聲波在地層中的衰減特征與下，聲波在地層中的衰減特征與一維情況下一致一維情況下一致，只是聲壓和，只是聲壓和流體振動速度衰減流體振動速度衰減幅度要比一維情況下的大幅度要比一維情況下的大。；，兩種液體所占的比例、系數(shù)和密度；，兩種液體的絕熱壓縮、，溫度；，聲速；NNTC12121分析聲速表達式可知，隨著分析聲速表達式可知，隨著溫度增加溫度增加，混合液的，混合液的聲波傳播速度降低聲波傳播速度降低 。含氣原油中聲速與壓力關系曲線含氣原油中聲速與壓力關系曲線 密度為密度為0.959g/m0.959g/m3 3的原油中聲速與壓力關系曲線的原油中聲速與壓力關系曲線 曲線表

7、明，在曲線表明，在較重原油較重原油中，聲速幾乎隨壓力中，聲速幾乎隨壓力呈線性增加呈線性增加；對于；對于含氣原油含氣原油( (輕質輕質原油原油) )在較低壓力時，聲速隨壓力的增加而下降，在較高壓力時，聲速隨壓力的在較低壓力時，聲速隨壓力的增加而下降，在較高壓力時，聲速隨壓力的增加而呈線性增加。增加而呈線性增加?？v波聲速縱波聲速vP，衰減品質因素，衰減品質因素QP與飽和度的關系與飽和度的關系 對于縱波而言，對于縱波而言，在在低飽和度時，砂巖中聲波低飽和度時，砂巖中聲波衰減隨飽和度增大而增大；衰減隨飽和度增大而增大；在部分飽和時，能量損失在部分飽和時，能量損失加大；在完全飽和時能量加大；在完全飽和時

8、能量損失較??；如圖所示，當損失較?。蝗鐖D所示，當飽和度大于飽和度大于8080時，衰減時，衰減隨飽和度增加又開始下降，隨飽和度增加又開始下降，出現(xiàn)一個明顯的峰值。出現(xiàn)一個明顯的峰值。聲速與重度關系曲線聲速與重度關系曲線 圖中給出了在圖中給出了在0.7MPa0.7MPa以及以及22.822.88080之間聲速與之間聲速與重度之間的關系曲線。圖中重度之間的關系曲線。圖中曲線表明，不論在低溫還是曲線表明，不論在低溫還是高溫下，聲速隨重度的增加高溫下，聲速隨重度的增加而遞減而遞減 。2rEE相內(nèi)表面cos)(2cos23rEErp相內(nèi)表面 當當毛管半徑變大毛管半徑變大時，時，表面張力表面張力就以半徑的平

9、方形式就以半徑的平方形式縮小縮小，毛毛管壓力管壓力就以半徑的三次方形式就以半徑的三次方形式縮小縮小，這就使原來毛管力和重力的，這就使原來毛管力和重力的平衡平衡關系被打破關系被打破，束縛在毛細管中的，束縛在毛細管中的殘余油殘余油就會在重力與聲波的振動作用就會在重力與聲波的振動作用下下流入井內(nèi)流入井內(nèi)。提純煤油和水的相對滲透率提純煤油和水的相對滲透率與含水飽和度關系與含水飽和度關系曲線曲線1 1一不存在超聲波作用；一不存在超聲波作用；2 2一在超聲波作用下一在超聲波作用下石油和水的相對相滲透率石油和水的相對相滲透率與含水飽和度關系曲線與含水飽和度關系曲線1 1一不存在超聲波作用；一不存在超聲波作用

10、；2 2一在超聲波作用下一在超聲波作用下煤油煤油石油石油 當烴類液體和水在多孔介質中共同流動時，在超聲波作用下，水和烴類液當烴類液體和水在多孔介質中共同流動時，在超聲波作用下，水和烴類液體的體的相對滲透率比自然狀態(tài)下的高相對滲透率比自然狀態(tài)下的高 ； 相同含水飽和度下，相同含水飽和度下，烴類液體的相對滲透率比水的相對滲透率增加值大烴類液體的相對滲透率比水的相對滲透率增加值大 ； 石油石油（極性烴類液體）的相對滲透率增加值（極性烴類液體）的相對滲透率增加值比煤油比煤油（非極性烴類液體（非極性烴類液體)的相的相對滲透率對滲透率增加值大增加值大。1一三相四線交流電源；一三相四線交流電源；2一一-聲波

11、發(fā)生機電源；聲波發(fā)生機電源；3一聲波發(fā)生機；一聲波發(fā)生機；4一輸出監(jiān)測脈沖波形、電壓；一輸出監(jiān)測脈沖波形、電壓；5一電纜絞車；一電纜絞車；6井口滑輪；井口滑輪；7一電纜；一電纜；8套管；套管；9一換能器；一換能器；l0一油層一油層1 1一振動器；一振動器；2 2一扶正器；一扶正器；3 3一油管；一油管；4 4一套管；一套管； 5 5、9 9、l 2l 2一閥；一閥；6 6、8 8一壓力表；一壓力表；7 7一井口；一井口；l0l0一流量計；一流量計； llll一泵車；一泵車；l3l3罐車；罐車；14-14-測調(diào)儀器；測調(diào)儀器； l5l5傳感器傳感器Hehmholtz腔形結構體示意圖腔形結構體示意

12、圖 1d2d水力振蕩器振蕩作用是在水力振蕩器振蕩作用是在HelmholtzHelmholtz空腔內(nèi)空腔內(nèi)發(fā)生的，見圖。發(fā)生的，見圖。 當一股穩(wěn)定的連續(xù)高壓水射流由噴嘴當一股穩(wěn)定的連續(xù)高壓水射流由噴嘴射射d1入，穿過一軸對稱腔室，經(jīng)噴嘴噴出時，入，穿過一軸對稱腔室，經(jīng)噴嘴噴出時，由于腔室內(nèi)徑由于腔室內(nèi)徑D比射流直徑大得多，因此，腔內(nèi)比射流直徑大得多，因此，腔內(nèi)流體的流動速度遠小于中央射流速度，在射流流體的流動速度遠小于中央射流速度，在射流與腔內(nèi)流體的交接面上存在劇烈的剪切運動，與腔內(nèi)流體的交接面上存在劇烈的剪切運動，在交接面附近存在一個速度梯度很大的區(qū)域，在交接面附近存在一個速度梯度很大的區(qū)域，

13、在此區(qū)域內(nèi)因剪切流動而產(chǎn)生渦流。由于是軸在此區(qū)域內(nèi)因剪切流動而產(chǎn)生渦流。由于是軸對稱的圓孔射流，故渦流將構成封閉的圓環(huán)，對稱的圓孔射流，故渦流將構成封閉的圓環(huán)，渦流以渦環(huán)的形式生成和運動。射流剪切層內(nèi)渦流以渦環(huán)的形式生成和運動。射流剪切層內(nèi)的有序軸對稱擾動（如渦環(huán)等）與噴嘴的有序軸對稱擾動（如渦環(huán)等）與噴嘴d2的邊的邊緣碰撞時，產(chǎn)生一定頻率的壓力脈沖，在此區(qū)緣碰撞時，產(chǎn)生一定頻率的壓力脈沖，在此區(qū)域內(nèi)引起渦流脈動（這也是一種擾動）域內(nèi)引起渦流脈動（這也是一種擾動） 。 從從d2噴出的射流其速度、壓力均呈周噴出的射流其速度、壓力均呈周期性化，從而形成脈沖射流。這種流體動力振期性化，從而形成脈沖射流。這種流體動力振蕩的產(chǎn)生，不需加任何外界控制和激勵條件，蕩的產(chǎn)生，不需加任何外界控制和激勵條件，故稱自激振蕩。故稱自激振蕩。井下測試儀器流程圖井下測試儀器流程圖 地面測試儀器流程圖地面測試儀器流程圖 井下監(jiān)測與分析子系統(tǒng)井下監(jiān)測與分析子系統(tǒng)通過掃描激振和生產(chǎn)態(tài)監(jiān)測，優(yōu)化激振頻率和擾動通過掃描激振和生產(chǎn)態(tài)監(jiān)測，優(yōu)化激振頻率和擾動力，認識波動場沿井深的衰減特征。力，認識波動場沿井深的衰減特征。 振動公害監(jiān)測與分析系統(tǒng)振動公害監(jiān)測與分析系統(tǒng)通過測量周圍結構物的自振特性和振動響應以及通過測量周圍結構物的自振特性和振動響應以及自激振點向各方向不同距離的加速度和衰減情況，找出最大