Page 108 - 《应用声学》2021年第2期

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对实验结果的不利影响，在实验温度为 70 C 的条 与超声波频率匹配时，能引起黏土矿物颗粒在储层
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件下，采用泵入速度小于临界流速，模拟地层水泵 孔隙内部的蠕动传输，对于降低储层水敏性伤害能
入速度设定为0.02 mL/min，流动稳定后，利用达西 取得良好的效果。在较低频率 (17∼22 kHz) 下，空
定律计算岩心的初始渗透率 (K i )，直至注入 2 PV 化作用产生的空化泡具有数量较少、尺寸大、能量
(PV为注入孔隙体积倍数，无因次)。 强的显著特点，所以在 17∼22 kHz 频率范围内，渗
(3) 将模拟地层水改变为蒸馏水，速度设定为 透率恢复率处在较高的水平上。随着超声频率增
0.02 mL/min，稳定后计算岩心渗透率(K b )，直至注 加，超声能量迅速衰减，系统内空化作用产生的力学
入4 PV，建立储层水敏性伤害后的岩心。 效应随超声波频率增大而降低，空化作用的减弱会
(4) 打开超声发生仪，测定超声作用后的岩心 促进黏土颗粒聚结的趋势 [4] ，这一点并不利于储层
渗透率(K a )。 渗透率的恢复；但高频声波往往在介质中吸收更多，
(5) 重复步骤 (1)∼(4)， 分别采用不同的超 由此产生更强的边界摩擦作用，随之产生的热量往
声波作用参数，以岩心渗透率恢复程度 K R = 往会除去黏土的吸附水，导致黏土颗粒尺寸的减小，
(K a − K b )/K i × 100% 作为评价指标，研究各作 相邻黏土颗粒之间的空间逐渐变大。也就是说，超
用参数对储层水敏性伤害的恢复情况。 声作用通过减小黏土团簇的尺寸，从而促进储层内
图2为实验流程示意图。 部黏土颗粒的悬浮程度，最终减少了储层的水敏性
伤害，储层渗透率得以部分程度的恢复。水的存在
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ԍҧᝠ 填充了孔隙空间，影响了多孔介质里面的超声波传
播特性 [5−7] 。高频声波对于渗透率恢复的影响取决
于上述两种效应的作用强弱，在一定程度上，边界摩
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擦作用能间接地抑制黏土矿物在储存内部的水化
ᄾቇด 膨胀和分散。
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25
20 20 40 120
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图 2 实验流程示意图 28 33 50 80
Fig. 2 Experimental setup 15 17

2 实验结果与讨论 10
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2.1 频率 0
0 20 40 60 80 100 120 140
研究中采用不同频率的超声波对天然岩心进 ᡔܦᮠဋ/kHz
行处理，分析超声频率对动态条件下储层水敏性
图 3 频率与储层渗透率恢复率关系
去除的影响。实验中作用时间为 20 min，功率为
Fig. 3 The relationship between frequency and
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1200 W，岩心渗透率为56.36 × 10 −3 µm 。
reservoir permeability recovery
通过研究发现，超声波的频率与储层渗透率恢
复存在较为复杂的关系，见图 3。当超声频率处在 2.2 超声功率
17∼22 kHz范围时，随着频率的增加，渗透率恢复率 前人研究多停留在较低功率超声对储层水敏
迅速增加；当超声频率处在 22∼50 kHz 范围时，随 性的去除，采用功率多低于 1000 W，尚缺乏大功率
着频率的增加，渗透率恢复率急剧减小；而当超声 超声对储层水敏性问题的相关研究，因此，特研制大
波频率超过50 kHz时，渗透率恢复率则呈缓慢上升 功率超声发生器，开展相关研究。实验中超声作用
趋势。 频率分别 25 kHz、50 kHz，超声作用时间为 30 min，
由于超声能量衰减随着频率的增加而变大 [3] ， 岩心渗透率为45.92×10 −3 µm 。
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较高的超声波频率不利于岩心水敏性伤害的去除， 通过研究发现，超声波功率与储层渗透率恢
故应将频率控制在合理的范围内。当储层固有频率 复存在明显的正相关关系，见图 4。当超声频率为