可控沖擊波增產(chǎn)技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用

趙樹彬，張命俊，路遠(yuǎn)濤，湯俊萍，汪 鋒，朱立江，鄭永學(xué)

(1.大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163153 2.西安交通大學(xué),電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710049)

0 引 言

隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，老區(qū)常規(guī)油氣資源逐步減少，迫切需要開采低孔低滲資源，但其儲層滲透率低、油氣難以采出。同時,在油井開采過程中，鉆井、射孔、大修井處理等措施運(yùn)用導(dǎo)致油井受到外來固相顆粒侵入，產(chǎn)生微粒運(yùn)移、結(jié)垢等損害。當(dāng)黏滯性流體流經(jīng)孔道時,會在孔道中形成附面層,附面層對儲層毛管孔隙有效半徑影響很大。隨著附面層形成, 毛管流動半徑變小。隨著生產(chǎn)時間增長，油水井近井筒附近滲流通道會出現(xiàn)堵塞，油井井底流壓升高，油井產(chǎn)量降低[1]。若油層流體內(nèi)含有的細(xì)小固體物質(zhì)吸附在附面層上,就會造成油層孔隙喉道變窄或堵塞，阻礙原油流入井筒中，使地層滲透率下降，油井產(chǎn)量減少，甚至造成油井停產(chǎn)。這種損害對老油田低產(chǎn)低效井影響很大。而常規(guī)酸化解堵費(fèi)用較高，投入產(chǎn)出比不理想。因此，為實(shí)現(xiàn)老井挖潛增產(chǎn)，迫切需要油井儲層改造新技術(shù)，化解油層堵塞，增加油層滲透作用。每個油藏存在的地質(zhì)條件不同，開采的過程中對油藏構(gòu)造等造成的損害也不相同，采取的增產(chǎn)措施類型也就不相同[2]。

除更換機(jī)泵等常規(guī)增產(chǎn)措施，大慶油田開發(fā)后期增產(chǎn)的主要措施有壓裂、酸化、堵水和強(qiáng)化注水等工藝技術(shù)。其中，酸化的主要目的是處理油層堵塞物，提高儲層滲透性。但低滲油田在采取酸化等工藝措施時，油層會受到新的二次傷害，而且有效期較短；壓裂主要用于產(chǎn)生新的滲流通道，但對選井條件要求苛刻，施工程序復(fù)雜，作業(yè)費(fèi)用較高[3-7]。

可控沖擊波技術(shù)是西安交通大學(xué)邱愛慈院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的物理法儲層解堵增滲技術(shù)，因其可控性好、能多點(diǎn)多次重復(fù)加載、不傷害儲層等優(yōu)勢，有望在老油井增產(chǎn)方面做出效果。為驗(yàn)證可控沖擊波技術(shù)的適用性，同時使油田能夠持續(xù)保持穩(wěn)產(chǎn),大慶采油九廠選取茂興X區(qū)塊的3口老油井進(jìn)行可控沖擊波增產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)。該區(qū)塊主要產(chǎn)油層為葡萄花油層，儲層厚度薄、儲量低，區(qū)塊處在茂興向斜斜坡區(qū)，整體上以北北西向斷層為主，在該組大斷層之間發(fā)育有東西向和近南北向的小斷層,地層厚度發(fā)育穩(wěn)定，分布在40～49 m之間，平均地層厚度4 4 m。試驗(yàn)區(qū)塊處在茂興向斜的中心區(qū)，儲層物性較差。統(tǒng)計(jì)區(qū)塊層段的巖心分析資料，平均孔隙度為15.3%，平均滲透率為2.1 mD，屬于低孔、特低滲儲層。通過近半個月試驗(yàn)，陸續(xù)開井后，取得了很好的試驗(yàn)效果，采油量明顯提升，其中2口井效果十分顯著?？梢?，可控沖擊波作用可使油層中流體物性及流態(tài)發(fā)生變化，改善了井底、近井油層的流通條件及滲透性，從而取得了很好的增產(chǎn)效果。

1 可控沖擊波技術(shù)

可控沖擊波技術(shù)有別于傳統(tǒng)增產(chǎn)技術(shù)，它以電能為基礎(chǔ)，通過儲能裝置儲存能量，經(jīng)過功率源蓄能儲集后以強(qiáng)脈沖形式瞬間釋放，產(chǎn)生快前沿的高強(qiáng)度沖擊波?？煽貨_擊波技術(shù)是一種物理法儲層改造技術(shù)，該技術(shù)可精準(zhǔn)控制作業(yè)位置和作業(yè)強(qiáng)度，以幅值、沖量、作用區(qū)域和作業(yè)次數(shù)方便控制為特點(diǎn)，在儲層中以“單點(diǎn)多次，多點(diǎn)連續(xù)的方式”對儲層進(jìn)行沖擊作用[8]。在保證井筒安全的前提下，實(shí)現(xiàn)高滲儲層解堵，中、低滲儲層增透。

1.1 技術(shù)原理基礎(chǔ)

脈沖功率技術(shù)是產(chǎn)生可控沖擊波的技術(shù)基礎(chǔ)，是一種能產(chǎn)生各種強(qiáng)電脈沖功率輸出的技術(shù)。它以慢的方式儲存能量，借助各種開關(guān)的快速切換實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮、功率放大，用很短的時間、很高的強(qiáng)度，以單個脈沖或受控的重復(fù)脈沖形式，將能量瞬間釋放給負(fù)載。脈沖功率負(fù)載以各種物理原理將高功率電磁能量轉(zhuǎn)換為所需要的能量形式，在有限的空間和有限的時間內(nèi)形成各種極端條件下的物理環(huán)境，以達(dá)到一般功率條件下達(dá)不到的目的。可控沖擊波產(chǎn)生原理如圖1所示。以脈沖功率技術(shù)產(chǎn)生高能量沖擊波加載于地層，將近井地層及堵塞物壓開，形成多條不受地應(yīng)力控制的徑向裂縫體系，有效提高井筒附近地層的滲流能力，使油水井增產(chǎn)增注[9]。

圖1 可控沖擊波產(chǎn)生原理

1.2 沖擊波的作用機(jī)理

沖擊波能夠形成復(fù)雜縫網(wǎng)，有效改造儲層，顯著提升滲透性。巖層既是沖擊波的作用對象，也是傳播沖擊波的介質(zhì)。巖層中的每一個區(qū)域，因沖擊波作用而改變性質(zhì)或狀態(tài)，消耗部分沖擊波能量，并傳遞剩余能量到下一區(qū)域。沖擊波衰減形成的壓縮應(yīng)力波幅值大于儲層巖石的抗張和抗剪強(qiáng)度，并形成一定微量的微裂縫或貫通原有無效孔隙，從而實(shí)現(xiàn)孔隙性和增滲性提高。另一方面，沖擊波在儲層不同介質(zhì)傳播時產(chǎn)生剪切力，剝離附著儲層滲流通道堵塞物，起到解堵作用[10]。

沖擊波幅值和脈寬對不同力學(xué)參數(shù)的儲層作用效果不一致，由近至遠(yuǎn)有3種作用方式，如圖2所示(圖2中,7～120 r區(qū)域?yàn)闆_擊波和壓縮波混合作用區(qū))。

圖2 沖擊波作用儲層機(jī)理

1)沖擊波：特點(diǎn)是能量大，時間快。在近井地帶穿過井筒對儲層形成裂縫，溝通鉆孔與更多的儲層，主要是致裂和造縫的作用，因其形成的初始裂縫較為復(fù)雜，并通過重復(fù)作用擴(kuò)展裂縫，在輔助壓裂方面能發(fā)揮一定的作用。

2)壓縮波：主要以剪切、拉張方式破裂儲層，形成多方向裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對儲層的解堵，提高滲流等作用。

3)彈性波：剝離疏通滲流通道，強(qiáng)烈消弱毛管力，打開孔喉促進(jìn)解吸，這種效應(yīng)對氣井解水鎖效果顯著。

可控沖擊波作用下儲層力學(xué)參數(shù)顯著改變，大幅度提高致密巖石滲透性。應(yīng)變測試結(jié)果表明：沖擊波作用后，樣品的環(huán)向和縱向均產(chǎn)生變形，形成裂縫?？煽貨_擊波屬于微秒級短脈沖波，可瞬間通過井筒和套管以及水泥環(huán)傳遞至儲層，能量不會沉積，保證井筒和水泥環(huán)不被破壞。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢

1.3.1 技術(shù)特點(diǎn)

1)幅值、沖量可控：指將沖擊波的幅值和作用時間控制在巖層抗壓強(qiáng)度之上、套管強(qiáng)度之下。

2)作業(yè)區(qū)域可控：自然形成對巖層有限區(qū)域的作用，不用通過工具強(qiáng)制分段；通過移動設(shè)備控制作業(yè)點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)對整個儲層的作用。

3)重復(fù)次數(shù)可控：沖擊波產(chǎn)生設(shè)備的工作次數(shù)可以控制。

1.3.2 技術(shù)優(yōu)勢

可控沖擊波技術(shù)可精準(zhǔn)控制作業(yè)位置和作業(yè)強(qiáng)度，以較低強(qiáng)度、多次、多點(diǎn)均衡作業(yè)，避免單次整體加載對儲層的傷害，是一種純物理作業(yè)方式。作業(yè)過程中無生成物、無沉淀、無污染、不損傷儲層，可控程度高，施工安全可靠。在車內(nèi)即可完成電纜起下，儀器、儀表顯示調(diào)節(jié)和監(jiān)測處理油層工藝參數(shù)等一系列工作。

1.4 設(shè)備組成及技術(shù)參數(shù)

可控沖擊波裝備主要由脈沖功率源系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成，如圖3所示，技術(shù)參數(shù)見表1。

圖3 可控沖擊波系統(tǒng)組成

表1 可控沖擊波系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2 工藝流程及配合需求

可控沖擊波增產(chǎn)措施主要包括選井、資料收集、方案設(shè)計(jì)、作業(yè)方式及車輛和井場準(zhǔn)備等。

2.1 選井

2.1.1 根據(jù)可控沖擊波裝置的結(jié)構(gòu)和性能選井

井深小于3 000 m，作業(yè)區(qū)溫度低于80 ℃；固井質(zhì)量良好，套管未變形；井斜小于1°/40 m。

2.1.2 根據(jù)儲層物性選井

1)油層巖性：砂巖、石灰?guī)r、礫巖、砂礫巖。

2)油層物性：孔隙度小于30%；滲透率大于1 mD；含油飽和度大于10%；對于水驅(qū)油層，原油黏度小于1 mPa·s。

3)地層膠結(jié)好。油井具有一定的地層能量，一般初期具有一定產(chǎn)能，但產(chǎn)量下降較快的中、高滲透地層。

4)試井解釋表明油層有污染。如：因結(jié)垢、結(jié)蠟造成堵塞，以及在鉆井或其它作業(yè)中污染造成減產(chǎn)的油水井。

5)不吸水或吸水能力下降的注水井。

6)對水、酸有敏感性的油氣層。

2.2 資料收集及方案設(shè)計(jì)

作業(yè)前需收集作業(yè)井鉆井資料、完井資料、油層及射孔段資料、井下工具資料、試井資料、生產(chǎn)動態(tài)資料、其它工藝措施資料。結(jié)合目標(biāo)井況及前期措施效果，設(shè)計(jì)目標(biāo)井作業(yè)沖擊區(qū)域、作業(yè)點(diǎn)位和單點(diǎn)沖擊次數(shù)。

2.3 作業(yè)方式

作業(yè)時，使用測井電纜車將設(shè)備下放至目標(biāo)井最底端作業(yè)點(diǎn)位，由放置在測井車上的控制柜控制，設(shè)備連接如圖4所示。一個點(diǎn)位的作業(yè)完成后，提升至下一個工作點(diǎn)繼續(xù)作業(yè)，依次重復(fù)，直至完成所有點(diǎn)位的作業(yè)。

圖4 可控沖擊波設(shè)備連接及作業(yè)方式

2.4 車輛配合及井場準(zhǔn)備

測井電纜車采用外徑不小于11.8 mm的七芯鎧甲測井電纜，電纜各芯之間絕緣電阻不小于100 MΩ,作業(yè)前沖擊波設(shè)備須與測井電纜車配接魚雷頭，保證正常連接；修井車用于起吊油管，并配合測井車懸掛天地滑輪；水罐車用于作業(yè)時向井筒補(bǔ)水。

井場須設(shè)有可以提供220 V穩(wěn)定交流電源的配電箱。井場準(zhǔn)備發(fā)電機(jī)作為備用電源。作業(yè)前需對目標(biāo)作業(yè)井通井、刮削、洗井，確保井筒套管無變形，井壁無凸起毛刺。井筒液面高度應(yīng)高于作業(yè)區(qū)域100 m以上，若液面高度不足，須向井內(nèi)注入清水補(bǔ)足。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 設(shè)備下井

下放電纜速度要均勻，0～20 m速度應(yīng)小于600 m/h；20～1 000 m速度應(yīng)小于4 000 m/h；1 000 m后速度應(yīng)小于600 m/h，并實(shí)時監(jiān)控電纜速度、儀器深度、電纜張力的變化。

3.2 校深及作業(yè)程序

通過磁定位測量套管短節(jié)和施工井段下部第一個接箍深度，對設(shè)備進(jìn)行校深，并按照《可控沖擊波油水井增產(chǎn)、增注作業(yè)規(guī)范》找準(zhǔn)第一個作業(yè)點(diǎn)位，準(zhǔn)備作業(yè)。

1)按油層射孔段厚度確定作業(yè)段。

2)根據(jù)作業(yè)段長度和地層條件劃分作業(yè)點(diǎn)，作業(yè)參數(shù)包括作業(yè)點(diǎn)序、層位、井段(m)、作業(yè)位置(m)和作業(yè)次數(shù)。

3)作業(yè)程序如下：

(1)打開地面電源控制柜，根據(jù)作業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)置地面電源控制柜的作業(yè)參數(shù)，可控沖擊波技術(shù)設(shè)備開始工作，作業(yè)過程中需專人觀察地面電源控制柜反饋信號，并做好各作業(yè)參數(shù)記錄。

(2)按設(shè)計(jì)完成一個作業(yè)點(diǎn)位的沖擊后，石油測井車上提設(shè)備一定深度至下一個設(shè)計(jì)作業(yè)點(diǎn)位。

(3)循環(huán)步驟(1)、(2)，直到完成單次下井作業(yè)任務(wù)。

(4)更換推送器后再次入井至上次作業(yè)結(jié)束點(diǎn)位的后一個作業(yè)點(diǎn)，直到按照設(shè)計(jì)完成所有點(diǎn)位的可控沖擊波技術(shù)施工。

完成所有點(diǎn)的作業(yè)后，測井車上提電纜，將可控沖擊波技術(shù)設(shè)備提出井筒。

4 應(yīng)用效果

可控沖擊波增產(chǎn)技術(shù)2021年在大慶油田第九采油廠共計(jì)實(shí)施采油井增產(chǎn)作業(yè)3井次。據(jù)統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)，目前3口采油井日增液2.6 t，日增油2.2 t；累積增液123.4 t，累積增油72.4 t。其中作業(yè)的第二口井、第三口井增產(chǎn)效果明顯?？煽貨_擊波采油井效果統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 可控沖擊波采油井效果統(tǒng)計(jì)

茂X-16-X2井于2021年5月18日完成可控沖擊波增產(chǎn)作業(yè)，5月21日開始投產(chǎn)。該措施后開井41 d，日增液1.4 t，日增油1.1 t；累積增液60.7 t，累積增油35.7 t?？煽貨_擊波增產(chǎn)作業(yè)前后，日平均產(chǎn)液量、產(chǎn)油量都有大幅提高，說明可控沖擊波增注作業(yè)解除了茂X-16-X2井的堵塞,疏通了原有生產(chǎn)通道，并形成了新的滲流通道。茂X-16-X2井產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5 茂X-16-X2生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

茂X-12-X2井于2021年5月23日完成可控沖擊波增產(chǎn)作業(yè)，自5月27日開始投產(chǎn)。該井措施后開井35天，日增液0.8 t，日增油0.9 t；累積增液24 t，累積增油30.1 t。可控沖擊波增產(chǎn)作業(yè)前后，日平均產(chǎn)液量、產(chǎn)油量都有大幅提高，說明可控沖擊波增注作業(yè)解除了茂X-12-X2井的堵塞，疏通了原有生產(chǎn)通道，并形成了新的滲流通道。茂X-12-X2井產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

圖6 茂X-12-X2生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

5 結(jié) 論

大慶九廠茂X區(qū)塊3口老油井的成功增產(chǎn)表明：可控沖擊波技術(shù)是一種低成本、高效的老油井挖潛改造技術(shù)途徑，特別對低滲油田中堵塞、滲透率嚴(yán)重下降的油井增產(chǎn)效果非常明顯。若能在現(xiàn)有低產(chǎn)或關(guān)停的老油井中實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V，將對保證大慶油田的石油產(chǎn)量提升具有重要意義。