李 和 魏 飛 劉 志 李燕承

（延長油田股份有限公司靖邊采油廠）

油氣田開發(fā)后期通常需要將采出液進(jìn)行處理后回注至地層以補(bǔ)充能量，若這一過程中采出液處理不干凈會帶來氯離子、水垢及鐵屑顆粒等物質(zhì)，堵塞油層通道，影響井網(wǎng)開發(fā)［1］。 如若進(jìn)行酸化壓裂， 不僅會使成本激增還會污染油氣藏，甚至給其他層位帶來影響［2］。 地層屬于氣、液、固共存的平衡壓力體系，其中主要的巖石格架傷害包括固相顆粒、化學(xué)沉淀、流體及賈敏效應(yīng)傷害等。 因?yàn)椴煌貙訙囟忍荻?、深度和區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)不同，同時，該種傷害復(fù)雜而不可控，基礎(chǔ)地質(zhì)資料不全也會給后續(xù)過程帶來不利影響， 因此，必須在施工階段避免化學(xué)劑和鉆井液侵入地層，從而降低鹽的沉淀，還要采用固控設(shè)備進(jìn)行完善［3］。 此外，開采過程中的微粒運(yùn)動堵塞孔隙喉道、超標(biāo)的注入水誘發(fā)化學(xué)結(jié)晶等問題都會堵塞地層。 當(dāng)前運(yùn)用了頻法、聲波法及壓力脈沖法等多重技術(shù)進(jìn)行解堵，也在一些區(qū)塊采取了物理化學(xué)綜合解堵法，收效顯著，但成本也較高，較為常見的有酸化解堵、正水擊-化學(xué)解堵等［4］。

運(yùn)用流體力學(xué)進(jìn)行油井井口激動壓力脈沖解堵增油是成本可控前提下的有效技術(shù)手段之一，具有壓力受控、對地層傷害小、操作簡便且安全的多重優(yōu)勢［5］。當(dāng)前已經(jīng)廣泛運(yùn)用，但是如何進(jìn)行基于現(xiàn)場實(shí)際的多因素操作優(yōu)化，一直是可商榷的問題。 在此，筆者基于實(shí)用技術(shù)的多維研究，可為同行提供建設(shè)性意見。

1 壓力脈沖解堵影響因素分析

1.1 管徑對脈沖效果的影響

在深1 000m 單井，測得液面深500m，地層流體密度與井筒內(nèi)液體密度均為1 000kg/m3，地層孔隙度為0.2，原始滲透率600mD，堵塞后滲透率僅為200mD，地層模擬前運(yùn)用壓力脈沖瞬態(tài)模擬方式開展工作， 并運(yùn)用專用工具開展模擬，在固定周期內(nèi)收集實(shí)驗(yàn)資料，將不同壓力等級的井口進(jìn)行5s 瞬時泄壓，查看井筒壓力波動變化情況并記錄井底流體流動狀態(tài)。

預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)條件： 在10MPa、200mD 實(shí)驗(yàn)油管內(nèi)進(jìn)行壓力波動和井底流體流動數(shù)據(jù)測定，并繪制圖1。 由圖1 并結(jié)合核算結(jié)果可知，76.00、88.30mm 管徑的實(shí)驗(yàn)曲線表明該環(huán)境下泄壓后壓力波動較好，遠(yuǎn)優(yōu)于62.00、100.54mm 管徑的壓力波動情況。 經(jīng)核算，當(dāng)管徑為100.54mm 時，井底的脈沖壓力為18.35MPa， 而管徑為62.00mm 時，井底脈沖壓力為16.70MPa。 綜上所述，油管直徑與壓力損失成反比，但是油管直徑與井底有效脈沖壓力成正比，實(shí)驗(yàn)誤差需要在多口井現(xiàn)場擬合實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化校核。 進(jìn)一步分析表明，當(dāng)流量為負(fù)值時表明井筒中流體向地層流動，反之則流體反向流入井筒。 當(dāng)井口迅速開啟時，井底流體會大量、迅速地匯入井筒，而且油管直徑與流量成正比。 獲取管徑62.00mm 時的數(shù)據(jù)可知，瞬間流量可達(dá)200m3/d，當(dāng)管徑進(jìn)一步增大到100.54mm 時，瞬間流量達(dá)到了260m3/d。

由圖1 數(shù)據(jù)可知，10MPa 工作壓力下4 種不同管徑油管內(nèi)壓力波動都不顯著，達(dá)不到地層解堵的基本要求，真實(shí)注入過程中，當(dāng)少量流體在不滿足解堵流量時進(jìn)入地層，會被井下壓力分散并舉升至地面，無法造成有效的波動。 所以真實(shí)運(yùn)用和生產(chǎn)前提下需要采用至少14MPa 或16MPa 的壓力進(jìn)行激動壓力解堵。

預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)條件： 在16MPa、200mD 實(shí)驗(yàn)油管內(nèi)進(jìn)行壓力波動和井底流體流動數(shù)據(jù)測定，并繪制圖2。 該種模式下對應(yīng)的不同管徑的井底脈沖壓力均提高了一個數(shù)量級。經(jīng)核算，管徑62.00mm時對應(yīng)產(chǎn)生了20.0MPa 的井底脈沖壓力；管徑達(dá)到100.54mm 時井底脈沖壓力高達(dá)23.5MPa，不過通過曲線可以看出，綜合施工壓力在整體上波動并不明顯，進(jìn)一步擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)現(xiàn)場真實(shí)情況下的注入工序可知，當(dāng)注入壓力達(dá)到16MPa時，井底附近的地層會出現(xiàn)不同程度的“壓死”狀態(tài)，當(dāng)井口被開啟后，地層的能量就不能快速將流體舉升至井口。

圖2 16MPa 壓力下不同管徑內(nèi)井底流體流動情況

通過圖2 可知，16MPa 前提下， 進(jìn)行5s 內(nèi)迅速閥門開啟時，地層“壓死”狀態(tài)明顯。 進(jìn)一步核算可知，110s 后地層流體才開始正常流入井筒，而流速和總體的流量規(guī)模和波動變化幅度也相對較小。 綜合分析數(shù)據(jù)測評結(jié)果，當(dāng)在同等規(guī)模的注入壓力下工作時，管徑大小與摩擦阻力作用成反比，從而導(dǎo)致脈沖能量損失增大，最終傳遞至井底的脈沖壓力強(qiáng)度變小。 壓力脈沖效果不明顯。 但是如果運(yùn)用大口徑油管，其重力會增大，導(dǎo)致地層能量釋放緩慢，壓力脈沖效果更弱。 綜合最優(yōu)法則， 在模擬數(shù)據(jù)結(jié)果上進(jìn)行評定優(yōu)選，現(xiàn)場運(yùn)用76.00mm 和88.30mm 直徑的油管時脈沖解堵效果最佳。

1.2 井口壓力對井筒內(nèi)脈沖波動的影響

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)，測定井口壓力對井筒內(nèi)脈沖波動的影響。 選取88.30mm 直徑的油管，預(yù)設(shè)地層滲透率為200mD，進(jìn)行不同井口壓力下的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。

通過圖3 曲線可以看出， 當(dāng)實(shí)驗(yàn)注水結(jié)束后，井底的最終平均壓力上升到了18MPa，而后壓力有輕微回落，證明脈沖解堵作業(yè)成功。 進(jìn)一步分析曲線可得，當(dāng)井口壓力迅速釋放后，井底壓力會處于迅速下降階段， 并最終降至6MPa 以下。 由于多種作用環(huán)境干擾，在壓差的作用下，管柱中液體被迅速舉升至井口，而地層水也會大量涌入井筒。 根據(jù)攝像機(jī)在不同時間節(jié)點(diǎn)下拍攝到的管柱的持液率可知，當(dāng)管內(nèi)流體涌出后，管內(nèi)的液體就停滯了，沒有明顯的上升趨勢，這足以證明地層中的流體是有限的。 由圖3 中紅色曲線可知， 井口開啟后150s 左右的瞬間流量非常大，可達(dá)200m3/d， 這也間接證明地層中水流速和流量均小。 注入壓力低時，注入地層的液體有限，地層回流率低、波動不劇烈。 攜砂解堵效果有限。

圖3 脈沖壓力為10MPa 時井底情況三線圖

當(dāng)實(shí)驗(yàn)注水結(jié)束后，井底的最終平均壓力上升到了21MPa， 待開啟閥門進(jìn)行迅速泄壓后，壓力快速下降至8MPa 左右，在450s 后壓力又會緩慢上升， 進(jìn)一步觀察不同時間節(jié)點(diǎn)管柱的持液率，在同一個時間節(jié)點(diǎn)內(nèi)，管柱中的波動變得非常劇烈，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他壓力下的井口反應(yīng)參數(shù)相比較，井底流體回流速度更快、波動幅度更大，甚至?xí)T發(fā)整個井筒的振動，具有很好的地層巖石沖刷性，脈沖效果最佳。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)注水100s結(jié)束后，井底壓力會上升至23MPa，而后同樣進(jìn)行井口的快速泄壓，壓力最終下降到9MPa， 進(jìn)一步觀察不同時間節(jié)點(diǎn)管柱的持液率，300s 內(nèi)管柱中的流體含量變化不明顯，對應(yīng)參數(shù)曲線可知，壓力在300s 時正常，而到了600s 后，油管中的流體剩余壓力會緩慢上升呈推動式規(guī)律。 綜合多重因素判斷， 當(dāng)井口壓力為16MPa 時， 地層流體匯入井筒內(nèi)流量非常少，施工壓力大于極限，最終“壓死”井口，不能進(jìn)行脈沖解堵工作。

1.3 井口壓力對地層脈沖壓力的影響

根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料可知，研究區(qū)地層滲透率平均值在200mD 左右， 測定10、12、14MPa 壓力下的井口迅速泄壓情況， 并繪制地層壓力圖，獲取可測物理量并做數(shù)據(jù)篩選，展示直觀脈沖壓力分布圖（圖4）進(jìn)行分析。 基于原始資料中的地層半徑和已知地層厚度， 進(jìn)行z軸線的5 個層劃分，便于后續(xù)數(shù)據(jù)記錄。 可以看出在10MPa 實(shí)驗(yàn)條件下，泄壓前后縱向壓力變化不大，進(jìn)一步探究可知，解堵地層在5m，液體水柱壓力有限。 而細(xì)微數(shù)據(jù)表明，泄壓后多重壓力疊加在縱向上呈現(xiàn)不均勻變化， 且呈一定的小幅度波動狀態(tài)，在泄壓過程持續(xù)進(jìn)行的過程中通過地層到井筒然后竄至井口形成不同的波動型壓力差，最終通過流體的迅速匯入使得地層呈明顯的壓縮性質(zhì)。 數(shù)據(jù)判定觀測到的井口與地層的雙重壓力作用波動就是該種因素導(dǎo)致的。

圖4 井口壓力為10MPa 時地層脈沖壓力分布圖

根據(jù)14MPa 前提下的綜合實(shí)驗(yàn)， 測得井下最大壓力為19.37MPa， 泄壓后同軸測點(diǎn)數(shù)據(jù)依次 為：z1，2.221MPa；z2，3.112MPa；z3，2.991MPa；z4，3.029MPa。 進(jìn)一步通過軟件核算可知最短解堵距離為1.23m。 綜合對比多重實(shí)驗(yàn)參數(shù)（限于篇幅在此不做展示），通過數(shù)據(jù)擬合曲線最終可以得出， 井口的壓力升高時對應(yīng)的井底脈沖壓力會增加。 而壓力波的范圍肯定也是擴(kuò)大的，但是泄壓前后的壓降幅度會變得更大。 例如，當(dāng)實(shí)驗(yàn)壓力為10MPa 時， 距離井口0.26m 處的壓力降落幅度就大于1MPa， 能夠進(jìn)行綜合解堵，幫助多重工況下的最優(yōu)參數(shù)核算。 而當(dāng)解堵半徑更大時就需要更大的注入壓力， 例如當(dāng)注入壓力為14MPa 時， 壓力波動范圍能達(dá)到5m 甚至更遠(yuǎn)，如果運(yùn)用新型解堵劑，那么現(xiàn)場增油效果更優(yōu)。

1.4 泄壓時間對脈沖壓力的影響

運(yùn)用直徑88.30mm 的油管進(jìn)行14MPa 前提下的井口壓力綜合數(shù)值模擬， 驗(yàn)證5、15、25、35s泄壓時間對脈沖效果的影響。 通過實(shí)驗(yàn)所得的圖5 可知，當(dāng)單井井口進(jìn)行長時間控制泄壓時，井底壓力呈緩慢下降趨勢。 通常會在5s 內(nèi)泄壓完畢。進(jìn)一步校核數(shù)據(jù)可知，當(dāng)飽和實(shí)驗(yàn)壓力下的關(guān)井壓力進(jìn)一步下降時需要經(jīng)過11.57s 到10MPa，泄壓15s 可以完畢。 同樣的時間序列為控壓限制20.39s，泄壓25s 可以完畢，當(dāng)控壓限制至30.16s時，只有到35s 才能泄壓完畢。最大飽和壓差僅相差1MPa 左右。

圖5 不同泄壓時間下油管內(nèi)脈沖波動對比圖

進(jìn)一步測定可知， 當(dāng)壓力在5s 泄壓完畢時，井底壓力能在450s 時銳減到4.45MPa（最小值）；當(dāng)泄壓時間為15s 時， 井底壓力最小值為4.47MPa，銳減時間僅為480s；泄壓時間為25、35s時， 井底壓力在500s 左右時分別達(dá)到最小值4.50MPa 和4.52MPa。 綜合測定壓力到最小值后，流體在地層剩余壓力的推進(jìn)和重力回落的共同作用下，油管中的流體緩慢上升，泄壓時間越短，上升速度越快。

2 現(xiàn)場運(yùn)用

研究區(qū)確立在單井進(jìn)行重復(fù)坐封封隔器進(jìn)行油層卡封解堵，然后運(yùn)用壓裂泵車進(jìn)行高壓脈沖式注水。 當(dāng)液體激動壓力到一定時迅速打開預(yù)設(shè)的脈沖裝置完成泄壓。 然后在確保安全的前提下多次反復(fù)該種操作進(jìn)行增、卸壓過程，完成地層的脈沖干擾。 通過流量計(jì)計(jì)量攜帶物，并清除堵塞物，綜合解除地層堵塞。

研究區(qū)在2019 年進(jìn)行了多重物理法激動解堵增注試驗(yàn)，在5 口井的施工過程中。 綜合運(yùn)用脈沖發(fā)生器、地面電磁閥和球閥配合控制，對地層補(bǔ)壓和瞬間泄壓，激動油層內(nèi)液體攜帶堵塞雜質(zhì)向油管內(nèi)脈沖流動，完成了很多頻次的近井地帶解堵。 根據(jù)現(xiàn)場反饋結(jié)果，以地面管線污垢、回注水污垢、流程沉淀為代表的鐵屑、沙子、結(jié)晶鹽和石膏泥占總體堵塞物的全部。 各部井段還排出有瀝青、樹脂、焦油及蠟等惡性物質(zhì)。 基于破碎攜帶機(jī)理，該種前提下的反應(yīng)解堵效果不好。 需要進(jìn)一步延伸工藝參數(shù)和數(shù)學(xué)模型，以生成更為科學(xué)可行的具體施工方案，并進(jìn)行較弱機(jī)械作用下的綜合模擬改進(jìn)。

雖然前期試驗(yàn)和運(yùn)用積累出細(xì)管徑前提下脈沖能量損失大、井底脈沖壓力強(qiáng)度值不足的經(jīng)驗(yàn)［6］。但也不能無限擴(kuò)大管徑，否則能量釋放緩慢更會拖延施工時間， 影響工作效率和綜合成本，據(jù)研究區(qū)核算，當(dāng)前在76.00、88.30mm 的最佳管徑下能獲得最優(yōu)脈沖波動效率。

3 結(jié)論

3.1 通過全方位優(yōu)化研制及其現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，得知井底激動壓力脈沖解堵受多重因素影響。 需要仔細(xì)核算工作性質(zhì)和具體細(xì)節(jié)參數(shù)，綜合考慮管徑和泄壓時間的影響并進(jìn)行優(yōu)化，同時不斷考慮其他機(jī)理因素下的現(xiàn)場多維效果。 井口脈沖壓力作為施工關(guān)鍵點(diǎn)必須進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)核算，形成函數(shù)化的操作規(guī)程。 控制在地層頂破裂壓力左右，在地面設(shè)備完好率和地下地層傷害性上做到最優(yōu)，完成解堵。 經(jīng)過多方論證，運(yùn)用連續(xù)油管作業(yè)配合800 型泵車可以在一定井深達(dá)到較好的解堵效果，并且經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

3.2 地層滲透率是一個基礎(chǔ)參數(shù)，會對壓力脈沖解堵產(chǎn)生較大影響， 必須進(jìn)行先期數(shù)據(jù)論證核對，以達(dá)到最優(yōu)；低滲透油藏地層滲透率小到一定地步，則不能使用脈沖解堵；井口脈沖壓力釋放越快，脈沖效果越好。