世界各地采油區(qū)都面臨鉆探開發(fā)過(guò)程中如何保護(hù)有潛質(zhì)的產(chǎn)油層問(wèn)題。專家認(rèn)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?yàn)樵谟吞镩_采時(shí)期鉆井的初級(jí)產(chǎn)量、采收率和鉆井有效使用持續(xù)時(shí)間，完全受開發(fā)清潔度和開發(fā)質(zhì)量制約�，F(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(yuǎn)不完善，不能保證優(yōu)化產(chǎn)油層效率和采收率，這個(gè)問(wèn)題在老油田、低層壓油田以及含高粘性碳?xì)浠衔镌暇鄯e的油田更需要解決，特別是在低產(chǎn)儲(chǔ)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(guò)程中，鉆井液的固態(tài)細(xì)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(shí)滲透到集油管的管孔和縫隙。濾液滲透深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(chǔ)層處在巖層和靜液壓力的各方擠壓下。開發(fā)過(guò)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(shí)超出巖層強(qiáng)度界值，特別是當(dāng)巖層各向異性時(shí)伴隨著不同數(shù)值的彈性模數(shù)、強(qiáng)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(duì)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(gè)原因。
更嚴(yán)重的問(wèn)題是，固態(tài)聚合物懸浮相伴隨著鉆井液濾液的滲透和儲(chǔ)層的形變?cè)陂_發(fā)時(shí)同時(shí)發(fā)生，且過(guò)程是不可逆的。因此使產(chǎn)油效率滯塞或停止。碳酸鹽儲(chǔ)層因其節(jié)理對(duì)形變最敏感。
開發(fā)水聲工藝應(yīng)用分析
近年來(lái)尋找強(qiáng)化鉆探過(guò)程并提高鉆井產(chǎn)量的新方法，致使采油和鉆探過(guò)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(wèn)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(biāo)準(zhǔn)巖石斷裂工具的水聲配套裝置應(yīng)用在：在轉(zhuǎn)盤式鉆進(jìn)過(guò)程中使用(主要參數(shù)見(jiàn)表1)，配有電動(dòng)或液壓鉆孔底發(fā)動(dòng)機(jī);沖洗液強(qiáng)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(qiáng)度小于30立方米 /小時(shí)，管孔尺寸8～10米;任意一種儲(chǔ)層，沒(méi)有規(guī)定巖層溫度和硫化氫含量。
此項(xiàng)工藝的應(yīng)用根本上打開了解決這些問(wèn)題的新途徑，在不同油田和地區(qū)的鉆探經(jīng)驗(yàn)得出下列結(jié)果：
a.增強(qiáng)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(zhǔn)器件;d.鉆探過(guò)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(hù)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(guò)程中少量吸收(少于 20 立方米/小時(shí)); g.鉆探和層液溢流過(guò)程中降低含油氣水概率;h.避免鉆探不穩(wěn)定巖層時(shí)鉆頭上形成封嚴(yán)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(shí)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�？梢约せ钣土�、清除污染、降低原油粘度;k.延長(zhǎng)注水井壽命，提高注水、注氣量壹倍。
水聲場(chǎng)對(duì)
過(guò)濾過(guò)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(chǎng)對(duì)沖洗液經(jīng)過(guò)鉆心伴隨著不同滲透性的過(guò)濾過(guò)程的影響，在動(dòng)態(tài)和統(tǒng)計(jì)條件下與在水聲場(chǎng)過(guò)濾泥漿通過(guò)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(guò)濾速度隨時(shí)間變化，因?yàn)樗俣雀淖兒蜎_洗液過(guò)濾量是評(píng)定保護(hù)屏形成的主要指標(biāo)，也就是鉆井壁的淤填程度。表1是在統(tǒng)計(jì)和動(dòng)態(tài)條件下及在水聲作用下過(guò)濾速度(淤填)隨時(shí)間變化曲線圖。
進(jìn)行的過(guò)濾過(guò)程研究結(jié)果表明：在水聲作用下形成保護(hù)屏的速度增快100多倍。過(guò)濾的結(jié)果是經(jīng)過(guò)15～20秒速度接近于零，淤填程度達(dá)到92～96%,而透到巖層的濾液量，減少數(shù)十倍。當(dāng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件時(shí)經(jīng)過(guò)50～60分鐘才能達(dá)到那樣的淤填程度。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)濾條件下粘土層存在，而在水聲過(guò)濾作用下粘土層不存在。研究鉆心孔洞上淤填保護(hù)屏的厚度10～18毫米。
除了指定的研究外，進(jìn)行了水聲波作用下清潔孔隙通道的研究和脫淤填過(guò)程研究。水聲作用于鉆心時(shí)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(jìn)行鉆井開發(fā)和增強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jī)器學(xué)研究院和薩瑪拉國(guó)立航空航天大學(xué)儀器聲學(xué)研究所完成。在工作完成過(guò)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(shí)發(fā)出0.15～20千赫的頻率。圖2是鉆探用水聲發(fā)生器當(dāng)泵生產(chǎn)率是20馬力/秒(72立方米/小時(shí))和發(fā)生器中壓降6.0兆帕?xí)r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(guò)程中，鉆孔底發(fā)動(dòng)機(jī)帶有電鉆，鉆頭直徑大于124毫米，可以進(jìn)行斜向和水平向鉆探。
根據(jù)鉆井結(jié)束時(shí)工藝示范鉆井的鉆探結(jié)果評(píng)估各項(xiàng)技術(shù)的有效性。采用了13項(xiàng)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(jì)院完成。通過(guò)巖層單位生產(chǎn)率的增加來(lái)評(píng)價(jià)工藝有效性。13項(xiàng)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(píng)價(jià)，水平鉆井鉆探量達(dá)到100%，由專業(yè)公司進(jìn)行工業(yè)化實(shí)驗(yàn)工作，跟蹤水平鉆探工藝，水聲技術(shù)比瞄準(zhǔn)配置、軌道矯正方便很多，可提高準(zhǔn)確性并加速井筒布線。
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