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　　探索科學(xué)開發(fā)

　　油田開發(fā)的初步實(shí)踐，使科學(xué)家們?nèi)ヌ剿饔吞锏目茖W(xué)開發(fā)。

　　布勞庫依庫爾研究了加拿大奧依爾一斯普利格斯油田的1 1000口油井，認(rèn)為有3000口井是多余的，提出要確定一個(gè)油田開采的臨界井?dāng)?shù)。

　　1925年，在蘇聯(lián)莫斯科召開油藏保護(hù)與合理開發(fā)問題會(huì)議，蘇聯(lián)人阿布拉莫夫提出應(yīng)把油藏作為一個(gè)單個(gè)對象，即整體考慮來進(jìn)行開采。

　　1933年，美國人馬斯蓋特等人利用模型來模擬不同井網(wǎng)的面積掃及效率。1936年，薛爾紹斯推導(dǎo)出油藏的物質(zhì)平衡方程式。1936---1938年，美國人普勒和薛爾紹斯等人，提出測定束縛水飽和度的辦法，開始以巖石孑L隙空間百分比來表示水、油、氣的飽和度的概念。次年，馬斯蓋特又提出“流度比”的概念。

　　1939年，蘇聯(lián)人克留切夫提出，對巨厚油層組要?jiǎng)澐殖蓭讉�(gè)單獨(dú)開采的對象；要擴(kuò)大井距。

　　1941年，美國人萊弗里特和巴克利提出水驅(qū)油的前緣驅(qū)動(dòng)方程式，建立了基本的注水理論。第二年，蘇聯(lián)人B?M?巴磊歇夫試驗(yàn)證明，在水壓驅(qū)動(dòng)的油藏，井網(wǎng)密到一定程度后，油產(chǎn)量不再增加。這一年，東得克薩斯油田開始全面注水二次采油，一次采油量為可采儲(chǔ)量的22．9％，油層壓力下降39％。

　　先期注水開發(fā)

　　20世紀(jì)40年代蘇聯(lián)對杜依瑪茲油田的先期注水開發(fā)，是二次開發(fā)的又一次革命。因?yàn)橄惹暗淖⑺�開采都是在油田一次開采到產(chǎn)量降得很低的時(shí)候才轉(zhuǎn)而注水的。而杜依瑪茲油田的開發(fā)，則是在油田投入開發(fā)時(shí)，一開始就有意識(shí)地在鉆開發(fā)井網(wǎng)的同時(shí)，鉆注水井網(wǎng)；第一批油井投產(chǎn)時(shí)，油田就開始注水，保持油層的壓力，使油田可以長時(shí)間高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，而且達(dá)到較高的采收率。

　　杜依瑪茲油田發(fā)現(xiàn)于1944年。要求1945年投入開發(fā)。格?克?馬克西莫維奇建議采用稀井網(wǎng)和早期邊外注水。1945年，在莫斯科石油學(xué)院成立設(shè)計(jì)研究部，采用了馬克西莫維奇的意見，編制了杜依瑪茲油田泥盆系油藏初步開發(fā)設(shè)計(jì)。在油區(qū)內(nèi)部鉆生產(chǎn)井網(wǎng)。在油區(qū)外面鉆一系列注水井，在西北部，注水井排離第一生產(chǎn)井排5～6千米；在東南部，這個(gè)距離只有0．6～1．5千米。1944?1955年是第一開發(fā)階段。1955年共有生產(chǎn)井698口，注水井59口，年產(chǎn)油1050萬噸(產(chǎn)液量1570萬噸)。1955--1962年為第二階段，年產(chǎn)量保持在1200萬噸左右，但產(chǎn)液量增加到1960萬噸。整個(gè)油田邊外注水17年。1962年開始加上邊內(nèi)(即油區(qū)以內(nèi))注水，1967年最高產(chǎn)量達(dá)到1390萬噸。

　　1952年，蘇聯(lián)對羅馬什金大油田一開始就實(shí)施早期邊內(nèi)加邊外注水開發(fā)。用注水井排把油田分割為23個(gè)有單獨(dú)井網(wǎng)的開發(fā)區(qū)。生產(chǎn)井排距1000米，井距600米；注水井井距1000米，第一生產(chǎn)井排距注水井排2000米。設(shè)計(jì)采收率高達(dá)60％。年產(chǎn)量節(jié)節(jié)上升，1964年達(dá)到5000萬噸；1970年達(dá)到8150萬噸，穩(wěn)產(chǎn)到1975年。1976年為7775萬噸，1979年6800萬噸。

　　1960年我國大慶油田發(fā)現(xiàn)后，就吸收蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)，采用先期注水開發(fā)，使油田得以長期高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

　　儲(chǔ)層改造

　　世界上有大量油氣田的儲(chǔ)集層相當(dāng)致密，孔隙率和滲透率很低，因而油氣井的產(chǎn)量很低。怎樣使這些致密儲(chǔ)集層得到更有效的開發(fā)?人們開始對儲(chǔ)油層主動(dòng)進(jìn)攻，對其巖性進(jìn)行人工改造，以提高產(chǎn)量，提高采收率。

　　1931年美國印第安納標(biāo)準(zhǔn)石油公司(后來的Amoco)的上游子公司Stanolind石油公司在它位于塔爾薩市中心的辦公大樓里開辟了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，開展油井酸化工藝的研究。把酸液注入碳酸巖鹽巖地層，可以增加油井產(chǎn)量。其實(shí)，早在1895年，印第安納標(biāo)準(zhǔn)石油公司就曾經(jīng)對利馬油田的一VI油井注入一定濃度的鹽酸，見到了增產(chǎn)的效果。它的發(fā)明者是懷丁煉油廠化學(xué)工程師弗萊希(Herman Frasch)，1896年獲得了專利權(quán)；同時(shí)，該廠總經(jīng)理戴克(John VanDyke)獲得另外一項(xiàng)專利，即用硫酸作為酸化液。但是，注下去的酸液會(huì)迅速腐蝕油管、套管，因此，不解決緩蝕問題，酸化是不可能實(shí)施的。

　　20世紀(jì)30年代初，陶氏(Dow)化學(xué)公司研發(fā)出了酸緩蝕劑，普爾石油公司主動(dòng)和它合作，試驗(yàn)對石灰?guī)r油層進(jìn)行酸化。1932年2月11日，在密歇根州伊莎貝拉縣Chippewa附近的Fox一6號(hào)井，用了500加侖酸液，加人含砷的緩蝕劑。這口原先不產(chǎn)油的井每天生產(chǎn)原油16桶(約2．2噸)。隨后又處理了幾口井，有的效果更好。陶氏化學(xué)公司于是成立道威爾(Dowell)公司實(shí)現(xiàn)商品化和工程化的酸化服務(wù)。這一年，成立了好幾家公司搞酸化處理。

　　與此同時(shí)，哈里伯頓(Halliburton)注水泥公司于1930年初在鄧肯設(shè)立了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，聘請化學(xué)家海登?羅伯茨(Hayden Roberts)主持研究工作。1933年，羅伯茨對酸化問題進(jìn)行了調(diào)查和試驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)，鹽酸和其他酸類在一定的壓力下進(jìn)入石灰?guī)r或其他碳酸巖油層中，可以擴(kuò)大巖石中的空隙或裂隙，擴(kuò)大油的流動(dòng)通道，使原油更加通暢地產(chǎn)出。1933年5月，哈里伯頓公司在得克薩斯州Archer附近King Royalty Co．的一口油井用鹽酸加氫氟酸的混合液進(jìn)行酸化，結(jié)果地層出砂。

　　1933年5月16日，Stanolind石油公司的威爾遜(J．R．Wilson)獲得了關(guān)于用氫氟酸酸化砂巖地層的專利權(quán)；文德格里夫特(J．G．Vendergrift)獲得關(guān)于運(yùn)用礦物酸和氫氟酸混合液的專利權(quán)。

　　哈里伯頓公司受讓了這些專利權(quán)，1935年形成了酸化的工藝，有了配套的裝備，開始為客戶提供酸化的作業(yè)服務(wù)。

　　改造儲(chǔ)層的又一項(xiàng)重要技術(shù)是水力壓裂。這就是用高壓泵把特制的壓裂液擠進(jìn)儲(chǔ)油(氣)地層，人為地造成新的裂縫，或者擴(kuò)大原有的裂縫，然后再擠入一定數(shù)量的支撐劑，撐開這些裂縫，不讓它們重新閉合，從而為地下原油造成更多、更大的通道。

　　水力壓裂這一技術(shù)的先驅(qū)者也是Stanolind石油公司。它從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后就開始研究和開發(fā)。20世紀(jì)40年代后期它們獲得了專利權(quán)，名稱是Hydrofrac(水力壓裂)。1949年，Stanolind石油公司在俄克拉何馬州的阿爾馬(Alma)油田Pickens l號(hào)井進(jìn)行了第一次壓裂作業(yè)。承擔(dān)施工作業(yè)的是哈里伯頓公司。為了使這項(xiàng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，Stanolind石油公司把專利使用權(quán)獨(dú)家轉(zhuǎn)讓給了哈里伯頓公司。

　　哈里伯頓公司認(rèn)定這是一項(xiàng)很有前途的實(shí)用技術(shù)，在總工程師比爾?奧斯利(Bill Owsley)主持下，為此投入了數(shù)十萬美元(這在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)可觀的了)，包括在伊利諾伊州薩勒姆建了一座工廠繼續(xù)加以開發(fā)，研制多種壓裂液和支撐劑，研發(fā)配套的工藝裝備，于1949年首次商業(yè)化應(yīng)用，在俄克拉何馬州阿爾馬油田上一口4882英尺(約1488米)深的油井中注入了150磅(約70千克)砂子作為支撐劑。

　　當(dāng)時(shí)用作壓裂液的有：原油、汽油等；用作支撐劑的有沙子、堅(jiān)果殼、細(xì)鉛粒等。

　　自此，哈里伯頓公司由一家專業(yè)的固井服務(wù)公司發(fā)展為能施行多種增產(chǎn)措施的油田服務(wù)公司。

　　1949?1977年間，美國采用壓裂技術(shù)，使70億桶(約9．46億噸)石油地質(zhì)儲(chǔ)量變成了可采儲(chǔ)量。20世紀(jì)80～90年代，平均每年施行壓裂作業(yè)5萬～6萬次。

　　20世紀(jì)70年代，發(fā)展起多層壓裂技術(shù)，可以壓開同一口油井貫穿的多個(gè)油層。一種是運(yùn)用多個(gè)封隔器加上橋塞的組合，由下而上，逐層壓裂。對不同油層可以采取不同的壓力，注入不同數(shù)量的壓裂液和支撐劑。1975年在東得克薩斯油田，進(jìn)行了對14個(gè)油層，埋深2745～3048米，總厚度457米的砂巖地層施行了壓裂，取得了成功。

　　另一種是采用選擇性封堵球(小的蠟球、鋁球、包裹橡皮的尼龍球等)，把暫時(shí)不壓裂層段所射開的孔堵塞，使壓裂液攜帶支撐劑進(jìn)入預(yù)定地層。1968?1971年間，�？松�公司的委內(nèi)瑞拉子公司??克里奧爾公司在馬拉開波盆地玻利瓦爾湖岸油區(qū)開展了封堵球壓裂，平均壓裂13級(jí)，最多達(dá)52級(jí)。用液量最高3940立方米，用砂419噸。1968年施工60次，平均日產(chǎn)量：壓裂前165立方米，壓裂后815立方米，到年底為530立方米。