高壓清洗機復合解堵法在油田中的解堵機理
在油田開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，由于油水井受到鉆井、井下作業(yè)、壓裂等原因引起的各種雜質(zhì)的污染，以及地層本身的結垢和結蠟等，導致油層滲透率降低、近井地帶孔道堵塞嚴重，造成油井產(chǎn)油量下降，甚至停產(chǎn)，特別對低孔隙度低滲透或超低滲透巖層而言，產(chǎn)量下降更為嚴重。目前國內處理近井地帶滲透率降低、解除地層堵塞研究和應用的方法有很多，主要有物理方法和化學(xué)方法兩大類(lèi)，如水力振動(dòng)法、超聲波法、氣體壓裂法、人工地震法、電液脈沖法等，在實(shí)際應用中取得了不同程度的效果。但是這些方法會(huì )有不少局限性，如施工復雜、成本高、作用單一、易受到井下條件限制、產(chǎn)生的能量有限、易引起二次污染等，并且處理深度和效果不是很理想。
目前，我國在自振空化射流技術(shù)及其處理地層機理的基礎上，成功研制了利用高壓旋轉水射流處理近井地層的增產(chǎn)增注技術(shù)，經(jīng)過(guò)上百次的現場(chǎng)試驗和應用，取得了明顯的效果。北京德高潔清潔設備有限公司為了進(jìn)一步提高處理效果，研發(fā)了一種利用高壓清洗機結合化學(xué)藥劑的復合解堵方法，并且在多個(gè)油田油水井投入實(shí)驗，效果十分顯著(zhù)。以下我們主要介紹這種方法的工作原理。
首先我們先介紹高壓旋轉水射流和化學(xué)藥劑各自在油田油水井解堵的原理，詳情如下：高壓脈沖清洗機
1、高壓清洗機在油田油水井解堵的工作原理
高壓清洗機主要是利用井下可控轉速的旋轉自控空化射流解堵裝置，產(chǎn)生高壓旋轉水射流直接沖洗炮眼解堵和高頻振蕩水力波物理解堵。這種射流具有強烈的壓力振蕩作用和沖蝕巖石效果，其射流振蕩頻率達到幾千甚至上萬(wàn)赫茲，壓力脈動(dòng)幅度達到24%-37%，在相同泵壓下，破碎巖石效果是普通射流的1-2倍。射流的空化作用能產(chǎn)生比射流沖擊壓力高8.6-124倍的瞬時(shí)空泡沖擊壓力和高達1000℃的瞬時(shí)高溫，并伴生頻率達100kHz的高頻空化噪聲。
整套井下解堵裝置由過(guò)濾器、扶正器、單向閥、旋轉控制器和自振空化射流噴嘴組成。該裝置用油管送至井下射孔段，地面水泥車(chē)開(kāi)泵加壓，使清水或加有防膨劑、粘土穩定劑的處理液通過(guò)油管、單向閥、過(guò)濾器，再進(jìn)入旋轉射流發(fā)生器，產(chǎn)生多股徑向高壓水射流。其中兩個(gè)傾斜的側向射流產(chǎn)生旋轉力矩來(lái)驅動(dòng)噴頭旋轉，旋轉速度由旋轉控制器控制。同時(shí)，地面作業(yè)車(chē)緩慢升降油管，使工具在射孔段既能上下移動(dòng)又可以旋轉。每旋轉一周有多股水力射流直接沖入炮眼，對炮眼產(chǎn)生直接、間斷性的、強大的水力脈沖壓力，從而清除炮眼堵塞。經(jīng)過(guò)計算，射流沖擊力可超過(guò)250N，射流水功率超過(guò)130kw，水力脈沖波形曲線(xiàn)如下圖。
這種自振空化射流水力脈沖沖擊作用，加上高頻水力振蕩和空化噪聲的物理作用，使沉積在地層孔隙內的機械雜質(zhì)和堵塞物被沖刷和松動(dòng)脫落，進(jìn)而離開(kāi)地層孔隙通道，分散在流體中被旋流排走，達到疏通孔隙、解除堵塞的目的。同時(shí)，井眼附近地層巖石在這種水力脈沖和超聲波的反復作用下，產(chǎn)生疲勞微裂縫網(wǎng)，并隨超聲波的傳播，裂縫不斷擴大和延伸，從而提高地層滲透率。射流的高頻振蕩以及空化的熱力和超聲波作用還可以改變原油分子結構，降低原油粘度，減小巖石和油水界面上的表面張力，從而改善原油流動(dòng)性，提高原油采出程度。由于射流直接沖入炮眼，因此能量集中，對炮眼處理深度得以大大提高，深達到600mm。通過(guò)改變射流壓力、射流偏轉角度和控制器阻尼，可將旋轉速度控制在10-400r/min范圍內。通過(guò)油管帶動(dòng)解堵裝置在射孔段內上下緩慢移動(dòng)，可達到對整個(gè)射孔段炮眼和井眼附近地層的全方位處理，直接的水力脈沖沖擊加上高頻水力振蕩和空化的熱力及超聲波，使炮眼和井眼附近地層受到力學(xué)和物理等多種綜合作用，處理效果將優(yōu)于單一物理作用的處理措施。
2、化學(xué)藥劑在油田油水井解堵的工作原理
化學(xué)藥劑解堵的基本原理是根據地層可能的堵塞類(lèi)型及結垢成分，配置一定比例的化學(xué)溶液，主要為酸液，通常含有清垢劑、有機溶劑及多種表面活性劑。通過(guò)專(zhuān)用設備和施工管匯泵入地層，解除機械堵塞物，減輕因賈敏效應造成的孔隙喉道液珠堵塞，降低油水界面表面張力和原油粘度，恢復井眼周?chē)貙拥臐B流能力。
在化學(xué)解堵過(guò)程中，酸液主要產(chǎn)生以下兩種作用：
(1)把固體堵塞物形成可溶解物質(zhì)。
2)反應生熱，提高原油流動(dòng)性。
油田常見(jiàn)垢物成分主要有CaCO3(碳酸鈣)、CaSO4(硫酸鈣)、SiO2(二氧化硅)和BaSO4(硫酸鋇)這四大類(lèi)，其中CaCO3(碳酸鈣)較為普遍。目前，我國油田酸化常用的介質(zhì)多為鹽酸和土酸。以鹽酸為例，注入地層后主要發(fā)生以下反應：
CaCO3(碳酸鈣)+HCl(鹽酸)→CaCl(氯化鈣)+CO2(二氧化碳)+H2O(水)
反應后生成水溶性的氯化鈣，從而解除堵塞；同時(shí)，此類(lèi)反應為放熱反應，產(chǎn)生的熱量還可以解除如膠質(zhì)、瀝青、蠟等造成的堵塞，并可殺菌、破乳、降低原油粘度，提高原油的流動(dòng)性。
高壓清洗機結合化學(xué)藥劑的復合解堵法的解堵機理：
高壓清洗機結合化學(xué)藥劑的復合解堵方法是利用高壓自振空化旋轉水射流產(chǎn)生的低頻旋轉水力脈沖波、高頻振蕩空化射流沖擊波以及空化噪聲(超聲波)的這三種綜合物理作用使射孔炮眼中的堵塞物松動(dòng)、脫落，通過(guò)返出流體循環(huán)帶到地面。同時(shí)，井眼附近地層巖石在這種水力脈沖和超聲波的反復作用下產(chǎn)生疲勞微裂縫網(wǎng)，并隨超聲波的傳播，裂縫不斷擴大和延伸。隨后，再往地層中擠入化學(xué)劑。此時(shí)，化學(xué)劑流動(dòng)阻力相對較小，并可隨微裂縫網(wǎng)深入地層，可以有效地提高處理深度和效果。
我們發(fā)現高壓清洗機結合化學(xué)藥劑的復合解堵法在中、高滲透井上應用效果較好，對低滲透、水泥污染井應用效果相對較差。
