在油田開發(fā)的過程中，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(jié)垢和結(jié)蠟等，導(dǎo)致油層滲透率降低、近井地帶孔道堵塞嚴(yán)重，造成油井產(chǎn)油量下降，甚至停產(chǎn)，特別對(duì)低孔隙度低滲透或超低滲透巖層而言，產(chǎn)量下降更為嚴(yán)重。

 

目前國(guó)內(nèi)處理近井地帶滲透率降低、解除地層堵塞研究和應(yīng)用的方法有很多，主要有物理方法和化學(xué)方法兩大類，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(yīng)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(fù)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(guó)在自振空化射流技術(shù)及其處理地層機(jī)理的基礎(chǔ)上，成功研制了利用高壓旋轉(zhuǎn)水射流處理近井地層的增產(chǎn)增注技術(shù)，經(jīng)過上百次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用，取得了明顯的效果。北京德高潔清潔設(shè)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(jī)結(jié)合化學(xué)藥劑的復(fù)合解堵方法，并且在多個(gè)油田油水井投入實(shí)驗(yàn)，效果十分顯著。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(zhuǎn)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：

 

 

高壓清洗機(jī)主要是利用井下可控轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)自控空化射流解堵裝置，產(chǎn)生高壓旋轉(zhuǎn)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(qiáng)烈的壓力振蕩作用和沖蝕巖石效果，其射流振蕩頻率達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)赫茲，壓力脈動(dòng)幅度達(dá)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(dá)1000℃的瞬時(shí)高溫，并伴生頻率達(dá)100kHz的高頻空化噪聲。

 

 

整套井下解堵裝置由過濾器、扶正器、單向閥、旋轉(zhuǎn)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，地面水泥車開泵加壓，使清水或加有防膨劑、粘土穩(wěn)定劑的處理液通過油管、單向閥、過濾器，再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)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(cè)向射流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩來驅(qū)動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度由旋轉(zhuǎn)控制器控制。同時(shí)，地面作業(yè)車緩慢升降油管，使工具在射孔段既能上下移動(dòng)又可以旋轉(zhuǎn)。每旋轉(zhuǎn)一周有多股水力射流直接沖入炮眼，對(duì)炮眼產(chǎn)生直接、間斷性的、強(qiáng)大的水力脈沖壓力，從而清除炮眼堵塞。經(jīng)過計(jì)算，射流沖擊力可超過250N，射流水功率超過130kw，水力脈沖波形曲線如下圖。

 

 

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(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)和堵塞物被沖刷和松動(dòng)脫落，進(jìn)而離開地層孔隙通道，分散在流體中被旋流排走，達(dá)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(fù)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(kuò)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?cè)�油分子結(jié)構(gòu)，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(duì)炮眼處理深度得以大大提高，最深達(dá)到600mm。通過改變射流壓力、射流偏轉(zhuǎn)角度和控制器阻尼，可將旋轉(zhuǎn)速度控制在10-400r/min范圍內(nèi)。通過油管帶動(dòng)解堵裝置在射孔段內(nèi)上下緩慢移動(dòng)，可達(dá)到對(duì)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。

 

 

化學(xué)藥劑解堵的基本原理是根據(jù)地層可能的堵塞類型及結(jié)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(jī)溶劑及多種表面活性劑。通過專用設(shè)備和施工管匯泵入地層，解除機(jī)械堵塞物，減輕因賈敏效應(yīng)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(fù)井眼周圍地層的滲流能力。

 

在化學(xué)解堵過程中，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(yīng)生熱，提高原油流動(dòng)性。

 

油田常見垢物成分主要有CaCO3(碳酸鈣)、CaSO4(硫酸鈣)、SiO2(二氧化硅)和BaSO4(硫酸鋇)這四大類，其中CaCO3(碳酸鈣)較為普遍。目前，我國(guó)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(yīng)：

 

CaCO3(碳酸鈣)+HCl(鹽酸)→CaCl(氯化鈣)+CO2(二氧化碳)+H2O(水)

 

反應(yīng)后生成水溶性的氯化鈣，從而解除堵塞；同時(shí)，此類反應(yīng)為放熱反應(yīng)，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(jī)結(jié)合化學(xué)藥劑的復(fù)合解堵方法是利用高壓自振空化旋轉(zhuǎn)水射流產(chǎn)生的低頻旋轉(zhuǎn)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(fù)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(kuò)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(duì)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。

 

最后，我們發(fā)現(xiàn)高壓清洗機(jī)結(jié)合化學(xué)藥劑的復(fù)合解堵法在中、高滲透井上應(yīng)用效果較好，對(duì)低滲透、水泥污染井應(yīng)用效果相對(duì)較差。