低频水力振动在油层中的传播特性_贺如-大庆石油学院

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1、大庆石油学院学报第30卷第3期2006年6月JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVol.30No.3Jun.2006低频水力振动在油层中的传播特性12贺如,贺菂(1.大庆石油学院地球科学学院,黑龙江大庆163318;2.大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司,黑龙江大庆163453)摘要:为深入研究油层中低频水力振动传播机制和开发低频水力振动器,在考虑液–固耦合、脉动渗流等因素的基础上,建立了低频水力振动在油层中传播的数学模型,并在给出的初始、边界条件下,确定出小振幅水力振动

2、在油层中一维及径向传播的解析解,分析了振动频率、油层渗透率、流体黏度对低频水力振动振幅衰减的影响规律,结果表明:在小振幅条件下,随着振动频率的增大、油层渗透率的减小、流体黏度的增大及振源振幅的减小,低频水力振动振幅的衰减速度和幅度不断增大;低频水力振动径向传播特性与一维传播特性相似,但径向传播振幅的衰减幅度比一维传播大.关键词:低频水力振动;传播特性;振动频率;振幅;油层中图分类号:TE355.9文献标识码:A文章编号:10001891(2006)03012204低频水力振动采油是将水力振动的能量作用于油

3、层,使油层及其流体产生物理、化学变化,从而改善油层渗流条件,解除油层堵塞,创造利于原油流动的环境,达到油井增产、注水增注的目的.低频水力振动采油过程是一个复杂的物理化学过程.目前国内外对低频水力振动采油机理的认识多处于定性解释水平,其工艺设计基本是凭经验而定,对于低频水力振动所引起的各种效应之间的内在关系、制约规律及其[1]与整个油藏开采系统的协同性还缺乏必要的认识.因此,笔者对低频水力振动在油层中的传播特性进行了研究.1数学模型1.1基本假设将油层看成是以含有孔隙的油层骨架为主相、充满在孔隙中的流体为次

4、相的两相连续介质.连续油层骨架中包含着互相连通的孔隙,并充满流体,流体可在孔隙中流动.假设选取的介质单元体尺度与波长相比足够小,可用连续介质力学理论进行研究;流体和油层骨架的位移都在大位移范围内;孔隙中充满了连续、可压缩的液体,且无气体影响;油层骨架为刚性均质、各向同性介质.1.2模型建立在油层骨架与流体组成的系统中取一单位立方体,可将应力张量分为2部分:一部分应力Rij由油层[2]骨架承受,另一部分应力Rcij由流体承受.作用在多孔介质上的应力满足连续条件,其总应力RZ为ijRZ=Rij+Rcij,(1

5、)ij2Rij=2Leij+KeDij,Rcij=RwDij+2LcEij-LcdivU,e=exx+eyy+ezz.3式中:K,L为拉梅常数;e为油层骨架应变张量;Dij为kronecker函数;Lc为流体切变黏滞系数;Eij为流体应变张量;U为流体速度向量;Rw为流体压力产生的应力.考虑到流体的位移在大位移范围内,流体状态方程取保留二阶小量的形式收稿日期:20060123;审稿人:李笑萍;编辑:关开澄作者简介:贺如(1963-),女,助理研究员,主要从事油气资源勘查与石油工程方面的研究.#122#

6、第3期贺如等:低频水力振动在油层中的传播特性21Qf-Q0n-1Qf-Q0p=p0++,(2)CfQ02CfQ0式中:p为流体压力;p0为流体静态平衡时的压力;Cf为流体压缩系数;Qf为流体密度;Q0为流体静态平衡时的密度;n为流体常数.忽略油层骨架的压缩性,多孔介质的连续性方程为<5Qf<#1-<#+div(QfU)+div(Qsu)=0,(3)Qf5tQfQs式中:<为油层骨架孔隙度;Qs为油层骨架密度;u为油层骨架速度向量;t为时间.耗散只与流体和骨架之间的相对运动有关,无相对运动时耗散为0,则x

7、方向的运动方程为25Rxx5Rxy5RxzLc<##++-(ux-Ux)=Q11ôx+Q12Bx,5x5y5zK(4)2#5Rw5Sxx5Sxy5SxzLc<#++++(ux-Ux)=Q12ôx+Q22Bx.5x5x5y5zK式中:S为剪切应力;K为油层渗透率;ô,B分别为油层骨架和流体的加速度;Q11,Q12,Q22分别为流体流动不均匀性质量系数.同理可得y,z方向的运动方程.将应力连续条件代入运动方程可得液–固耦合基本方程2##Làu+(K+L)grad(divu)-b(u-U)=Q11ô+Q12B,

8、2#Lc###(5)gradRw+LcàU+grad(divU)+b(u-U)=Q12ô+Q22B.3联立式(2),(3),(5),即为考虑耦合时低频水力振动在多孔介质中传播的基本方程.低频水力振动在油层中的传播是一个耦合传播过程,它既在固体中传播也在液体中传播.低频水力振动在油层骨架中传播时的衰减很小,主要表现为能量不断向外扩散;由于液体存在黏滞性,振动在其中传播时将使其产生形变,部分振动能量转化为热能而呈现能量衰减.2简化