世界各地采油區(qū)都面臨鉆探開發(fā)過程中如何保護有潛質(zhì)的產(chǎn)油層問題。專家認為有質(zhì)量的和清潔開發(fā)產(chǎn)油層是鉆井建設(shè)的最重要階段，因為在油田開采時期鉆井的初級產(chǎn)量、采收率和鉆井有效使用持續(xù)時間，完全受開發(fā)清潔度和開發(fā)質(zhì)量制約。現(xiàn)行使用的鉆井開發(fā)和結(jié)束方法在工藝和技術(shù)上遠不完善，不能保證優(yōu)化產(chǎn)油層效率和采收率，這個問題在老油田、低層壓油田以及含高粘性碳氫化合物原料聚積的油田更需要解決，特別是在低產(chǎn)儲層和油田使用后期。
石油產(chǎn)量減少的原因
鉆井液的理化成份和流變參數(shù)不相符，液壓程序和鉆層開發(fā)工況不完善。在巖層的原始開發(fā)過程中，鉆井液的固態(tài)細散相和鉆鑿的巖石、粘土粒子、加重劑結(jié)晶體、聚合物與濾液同時滲透到集油管的管孔和縫隙。濾液滲透深度遠遠超過打孔管道深度。這是石油產(chǎn)量減少的主要因素。
自然狀態(tài)下儲層處在巖層和靜液壓力的各方擠壓下。開發(fā)過程中自然應(yīng)力狀態(tài)受到鉆探破壞伴隨著形變并出現(xiàn)剪應(yīng)力，有時超出巖層強度界值，特別是當巖層各向異性時伴隨著不同數(shù)值的彈性模數(shù)、強度界值和容量膨脹系數(shù)。在近鉆井區(qū)域，在應(yīng)力集中的裂縫和空洞區(qū)，各向異性導(dǎo)致不對稱的形變應(yīng)力。出現(xiàn)孔隙率和滲透率的形變不均勻性。這是石油產(chǎn)量下降的另一個原因。
更嚴重的問題是，固態(tài)聚合物懸浮相伴隨著鉆井液濾液的滲透和儲層的形變在開發(fā)時同時發(fā)生，且過程是不可逆的。因此使產(chǎn)油效率滯塞或停止。碳酸鹽儲層因其節(jié)理對形變最敏感。
開發(fā)水聲工藝應(yīng)用分析
近年來尋找強化鉆探過程并提高鉆井產(chǎn)量的新方法，致使采油和鉆探過程中非傳統(tǒng)方法影響到工作面附近區(qū)域。為了解決這些問題，專家們研制了鉆探和鉆井采油層開發(fā)水聲技術(shù)和工藝。配有標準巖石斷裂工具的水聲配套裝置應(yīng)用在：在轉(zhuǎn)盤式鉆進過程中使用(主要參數(shù)見表1)，配有電動或液壓鉆孔底發(fā)動機;沖洗液強度 900～2200千克/立方米;傾斜方向和水平方向電鉆，鉆頭直徑大于125毫米;所鉆巖層滲透率0.001～2.0平方微米;吸收強度小于30立方米 /小時，管孔尺寸8～10米;任意一種儲層，沒有規(guī)定巖層溫度和硫化氫含量。
此項工藝的應(yīng)用根本上打開了解決這些問題的新途徑，在不同油田和地區(qū)的鉆探經(jīng)驗得出下列結(jié)果：
a.增強巖層破壞效率，并使鉆探速度從30%增加到80%;b.提高鉆井中鉆頭壽命并使鉆頭開掘速度從40%增加到70%;c.降低了鉆頭徑向磨損，特別是能校準器件;d.鉆探過程中鉆井液受到水聲學(xué)處理，均勻化并提高了它的流變質(zhì)量;e.鉆井壁周圍形成薄的保護膜預(yù)防鉆井液和泥漿滲透到產(chǎn)油層和水生層產(chǎn)生污染(保證采油管的純度);f.預(yù)防鉆探過程中少量吸收(少于 20 立方米/小時); g.鉆探和層液溢流過程中降低含油氣水概率;h.避免鉆探不穩(wěn)定巖層時鉆頭上形成封嚴物、崩塌、卡勾并提高鉆井井筒(壁)質(zhì)量; i.鉆井開發(fā)期限與規(guī)定時間相比縮短1.5倍;j.最主要的是應(yīng)用此工藝鉆井產(chǎn)量超出應(yīng)用普通工藝的1.5～2倍。可以激活油流、清除污染、降低原油粘度;k.延長注水井壽命，提高注水、注氣量壹倍。
水聲場對
過濾過程的影響
考慮到產(chǎn)油層開發(fā)的特殊重要性，研究水聲場對沖洗液經(jīng)過鉆心伴隨著不同滲透性的過濾過程的影響，在動態(tài)和統(tǒng)計條件下與在水聲場過濾泥漿通過鉆心的研究結(jié)果彼此之間有區(qū)別。本質(zhì)區(qū)別在于過濾速度隨時間變化，因為速度改變和沖洗液過濾量是評定保護屏形成的主要指標，也就是鉆井壁的淤填程度。表1是在統(tǒng)計和動態(tài)條件下及在水聲作用下過濾速度(淤填)隨時間變化曲線圖。
進行的過濾過程研究結(jié)果表明：在水聲作用下形成保護屏的速度增快100多倍。過濾的結(jié)果是經(jīng)過15～20秒速度接近于零，淤填程度達到92～96%,而透到巖層的濾液量，減少數(shù)十倍。當靜態(tài)和動態(tài)條件時經(jīng)過50～60分鐘才能達到那樣的淤填程度。靜態(tài)和動態(tài)過濾條件下粘土層存在，而在水聲過濾作用下粘土層不存在。研究鉆心孔洞上淤填保護屏的厚度10～18毫米。
除了指定的研究外，進行了水聲波作用下清潔孔隙通道的研究和脫淤填過程研究。水聲作用于鉆心時清潔淤填層直到完全恢復(fù)巖層滲透性速度增快了數(shù)十倍。
在研究數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行鉆井開發(fā)和增強產(chǎn)油層產(chǎn)量的水聲技術(shù)及工藝的研制。研制出鉆探用水聲發(fā)生器伴隨不同有效器件：渦旋式、超環(huán)面式、圓盤式、隔膜式和數(shù)據(jù)式發(fā)生器，工作于輸出參數(shù)增強工況下。為了制造有規(guī)定輸出參數(shù)的水聲裝置并優(yōu)選結(jié)構(gòu)，進行了不同工作狀態(tài)參數(shù)下水聲發(fā)生器頻率振幅特性研究。
這些工作在科學(xué)院機器學(xué)研究院和薩瑪拉國立航空航天大學(xué)儀器聲學(xué)研究所完成。在工作完成過程中表明，這些裝置的輸出參數(shù)由多種因素決定：有效器件的類型和幾何尺寸，密度，粘度，工作劑生產(chǎn)效率，管道中媒介物的流速，系統(tǒng)中反抗壓。最主要的是振蕩波向非線性水聲同時發(fā)出0.15～20千赫的頻率。圖2是鉆探用水聲發(fā)生器當泵生產(chǎn)率是20馬力/秒(72立方米/小時)和發(fā)生器中壓降6.0兆帕時的頻率振幅性能。
工藝應(yīng)用：此工藝可以應(yīng)用在轉(zhuǎn)盤法鉆探過程中，鉆孔底發(fā)動機帶有電鉆，鉆頭直徑大于124毫米，可以進行斜向和水平向鉆探。
根據(jù)鉆井結(jié)束時工藝示范鉆井的鉆探結(jié)果評估各項技術(shù)的有效性。采用了13項優(yōu)選工藝，其中包括增量開發(fā)水聲工藝。工藝示范鉆井的鉆探結(jié)果分析和處理由專業(yè)石油科學(xué)研究設(shè)計院完成。通過巖層單位生產(chǎn)率的增加來評價工藝有效性。13項優(yōu)選工藝中水聲工藝的應(yīng)用取得結(jié)果最好，使巖層單位生產(chǎn)率提高了3.8倍。
據(jù)沙特阿拉伯石油公司專家評價，水平鉆井鉆探量達到100%，由專業(yè)公司進行工業(yè)化實驗工作，跟蹤水平鉆探工藝，水聲技術(shù)比瞄準配置、軌道矯正方便很多，可提高準確性并加速井筒布線。
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