摘 要：声波混气水解堵技术是将声波解堵与混气水排液工艺相结合而形成的一项新的物理法解堵工艺技术。在其解堵的过程中混气量将直接影响解堵的效果。随着混气量的变化，所产生的声波频率及振幅也会随着变化，为此通过一系列实验研究了混气量与所产生的声波幅频之间的关系，为优化声波参数提供依据，依据研究成果指导现场施工，取得了明显的解堵增产效果。
关键词：混气量 声波混气水解堵 振幅 频率
中图分类号：TE357.3 文献标识码：A
流体声波发生器由于容易产生大功率声波、施工限制条件少，因此在解堵和防蜡降粘中有广泛的应用。声波混气水解堵技术融合了声波解堵和混气水排液的共同优点。比单一的声波解堵更好。声波混汽水解堵过程中一个比较重要的施工参数就是混气量。但由于该技术是一项新兴的物理法解堵技术，所以混气量对解堵效果的影响研究很少。笔者通过室内模拟的方法，测出了混气量对声波发生器所产生的声波的幅频影响，对今后的现场施工提供理论指导。
一、发声及解堵机理
（一）发声机理
混气水声波发声器[1]主要由喷射腔和谐振腔组成。流体从喷射腔以一定的速度入射，由于喷腔截面陡然收缩使流体加速，在喷嘴前面形成不稳定的压力场，压力呈周期性变化。在周期变化的压力场内放置一谐振腔，喷射腔和谐振腔形成一谐振系统。从喷射腔喷射出的流体对谐振腔产生周期性的充气过程，导致谐振腔的反馈流压逐渐上升，这样从谐振腔反馈出的流体与喷射流体产生撞击，发出垂直于对称轴方向的声波与超声波[2]。
图1：混气水声波发生器结构
（二）解堵机理
声波是一种以振动形式传播的能量波[3]，在波所波及的地方，波发生周期性的振动从而带动地层物质的振动，从而改善油层泄油剖面，疏通油流通道,提高渗透率和渗流速度。
声波发生器与混气水排液施工配合使用。用高压混合气液作为动力，当高压混合气液通过声波发生器时，声波发生器产生高频纵波，声波作用于油层，可以提高近井地带的渗透率，疏通液流通道，便于地层的污染物排出地层，并在油套环空的负压作用下排出井筒[4]。
声波混气水解堵技术融合了声波解堵和混气水排液的共同优点。比单一的混气水排液解堵更好，该方法避免了化学解堵方法对地层及油、套管产生的伤害。声波混气水解堵技术适用于因油层堵塞而长期停产的油水井的助排施工。也适用于新井排液施工。经过现场使用证明，声波混气水解堵技术疏通油层效果明显。声波助排工艺施工简单，投入少成本低，不污染油层。
二、混气量影响的室内实验研究及分析
（一）实验装置及数据采集
为了更准确地测定混气量以及流压对产生声波的频率和振幅的影响,我们采用了丹麦生产的水听器和GPIB数据采集卡,将数字示波器上显示的测试信号采集输入到计算机上进行处理,扩大了测量范围,提高了测量精度,而且可以准确确定频率和振幅的范围,克服了以前离散取点随机性大、测量范围小的缺点。实验中用到的仪器有流激式流体声波发生器、数字示波器、GPIB数据采集卡、压风机、计算机、流量计、变频泵等。实验流程如图2所示。
图2：实验装置
（二）实验结果及分析
（1） 混气量―振幅特性
首先我们将变频泵的排量分别设定为1.04m3/h，1.92m3/h，2.75m3/h三个数值，然后分别在这个三个排量下改变进气量，测量不同的混气量下的振幅变化特性，具体变化如图3示：
图3：混气量与声波振幅关系
从测试数据我们可以看出，在我们的实验测量范围内，混气量比较小时，声波的振幅并不处在最大值，随着混气量的不断增加，声波的振幅一开始呈增大的趋势，到混气量增大到一定值时，声波振幅达到最大，此后继续增加混气量，声波的振幅开始减小。三次声波振幅出现最大值对应的气水体积比分别为：当排量为1.04m3/h时，气水体积比为1.92时声波振幅最大；当排量为1.92m3/h时，气水体积比为1.56出现振幅最大值，当排量为2.75时，气水体积比为1.45时出现振幅最大值。
（2）混气量―频率特性
测试混气量与声波频率之间的关系时，我们也是将变频泵的排量分别设定为1.04m3/h，1.92m3/h，2.75m3/h三个数值，然后分别在这个三个排量下改变进气量，测量不同的混气量下的振幅变化特性，具体变化如图4所示：
图4：混气量与声波频率关系
从测试的数据可以看出，在我们实验测量范围内，混气量较小时，随着混气量的不断增加，声波频率都是由大到小不断变化，当混气量增加到某一值的时候，声波频率随着混气量的增加而变化不大，最后基本维持在70hz左右。当排量为1.04m3/h时，气水体积比增加到1.92时，频率基本不再减小；当排量为1.92m3/h时，气水体积比增加到2.08，频率基本不再减小；当排量为2.75m3/h，气水体积比2.18时，频率基本不再减小。
（3）流压―幅频特性
在相同的气水体积比下，我们改变混气水的压力，测量声波振幅。我们分别测试气水体积比为0.5，1.0，1.5的时候流压与声波振幅之间的关系。具体测试数据如图5，所示：
图5：流压与声波振幅关系
从测试数据中可以看出，在我们的实验数据范围内，声波的振幅随着流体的压力的增加而增加。
（4）结论分析
综合以上测试的数据我们可以得出在流压一定的情况下，随着混气量的变化，声波发生器所产生的振幅和频率都会发生变化，我们应用于现场解堵时，要根据不同的堵塞类型，选用不同参数的激发流体进行施工。近井地带堵塞时，可以采用小气水体积比，但是尽量不要小于1.5，这样可以得到尽可能大振幅的声波，从而得到最佳的解堵效果。而当堵塞远离近井地带时，为了达到较好的解堵效果必须适当的降低声波的频率，因为低频率的声波穿透性较强，可以解堵远处的堵塞。但是由于过大的气水体积比会降低声波的振幅，而气水体积比增加到2.0左右时继续增加的话，声波的频率变化已经不大，因此如果解除远处的堵塞的话，气水体积比控制在2.0左右比较适宜。
从流压振幅关系曲线中我们可以看出，随着激发流体压力的增大，声波的振幅也不断增加，因此在现场施工工程中，为了达到更好的解堵效果，应采用尽可能大的泵排量进行施工。
三、现场应用
（一）施工流程
如图6所示，施工前将流体声波发生器接在油管下面，下入井中并对准处理层位的中下部，将水泥车和压风机接在井口的三通上。施工开始后，先启动压风机到一定压力后再启动水泥车，通过油管注入混气水工作流体，经过声波发生器从油套环空排出。施工过程中，水泥车和压风机的工作压力根据不同的气水体积比的要求而定。施工时间为1.5～3h,通常至观察到进出口水质一致为止。
图6：混气水声波解堵工艺流程图
（二）施工效果
声波混气水解堵技术在测定了混气量与声波发生器所产生的声波幅频之间的关系以后，优化了现场施工参数，解读增产效果显著。
经过优化施工参数以后，2011年共施工8口井，有效8口井，有效率100.0%；累计增油1169.4 平均单井日增油2.45t，含水下降13.6%，动液面上升201，施工井增产效果明显。
四、结论
（1）声波混气水解堵的气水体积比达到1.5左右时，声波发生器所产生的振幅达到最大值，而气水体积比达到2左右时，声波发生器所产生的声波的频率不再减小维持在70左右。
（2）声波发生器所产生的幅频随着流体的注入压力的增大而增大，为了达到好的解堵效果，尽可能使用大排量的泵进行施工。
[参考文献]
[1]朱继东,张建国,石爱霞,等.声波解堵综合配套技术研究[J].石油钻探技术,2006,34(1):59-61.
[2]吴晓明,张建国,王颖,等.环腔式流体声波发生器结构参数优化[J].石油钻采工艺2008,30(3)：101-103.
[3]JUL HART MANN.On a new method for generati on of sound-waves[J]. Physical Review,1922,(20):720-725.
[4]胡博仲.波场采油 [M].北京:石油工业出版社,1996:33-35.
（作者单位：1.中国石油大学（华东）石油工程学院，东营,2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院 青岛）