超声采油机理（二）

超声波应用于采油领域，振动是关键因素，对油层能产生一定的物理作用。超声波对流体和地层的作用主要有以下几种。

（1）机械振动作用

超声波是弹性介质中机械振动的传播者。在传播过程中，弹性粒子的振幅、速度发生显著变化，从而产生搅拌、松动、边界摩擦、分散、疲劳损坏、微裂隙、去气、声流成雾、解聚、冲击破碎及热作用等。

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机械振动可以破坏堵塞颗粒与储层岩石之间的凝聚力。由于不同介质的声阻抗不同，所以，在超声波的机械作用下，不同声阻抗介质的声反射、振动速度的不同以及弹性介质的波动，都会破坏堵塞颗粒与岩石之间的凝聚力。在超声波的破坏作用下，堵塞颗粒与储层岩石发生剥落，使“粘着”的颗粒脱离，起到解堵的作用。

流体都有黏滞性，并存在着不同的流体层。在近壁处从速度为零的壁面到速度分布均匀的液体层，称为附面层。如果把岩石中的孔隙看为笔直的毛细管，从油藏物理学中的毛管渗透定律可知，附面层的存在对储层毛管孔隙的有效半径影响很大，随着附面层的形成，毛管流动孔径变小，渗流量降低，机械振动作用破坏附面层，产生松动作用。

超声波使介质做激烈的机械振动，在地层中传播时作用距离相对较远，并随距离的增加能量逐渐衰减。对近井地带可使孔隙或孔隙喉道内附着的较强的堵塞物疏松脱落。对于地层深部可使附着力较弱的堵塞物脱落。脱落的堵塞物随其后的排液排出地层，起到疏通泄油通道，提高产量的作用。

机械振动使毛细管孔径发生变化，降低孔隙内表面张力，导致毛细管的胀缩。在未受声波振动前，岩柱压力（外压）和油藏压力（内压）及岩层骨架所承受的压力（外压与内压的压差）处于平衡状态。在超声波的作用下，平衡受到破坏，声压的变化导致毛细管内外压差的变化。由于超声波的周期性作用，毛细管孔径随压差发生周期性的胀大和缩小。毛细管胀大时，使得近井地带的原油进入孔隙，毛细管缩小时，孔隙体积变小，有利于把油挤入井内。这种现象从下面的定量分析中看得更清楚。

向地层中辐射大功率声波，油层中含残余油的毛细管在声波作用下产生振动，导致毛细管半径发生时大时小的变化，从而影响表面张力和毛管压力。表面张力和毛管压力由下式计算：

式中，为两相界面层的表面张力；E_表面为两相界面层所具有的能量；E_相内内为相内同体积分子层所具有的能量；θ为水对岩面的润湿角；πr²为两相界面面积；r为毛细管半径；P为毛细管压力。