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　　探索科學開發

　　油田開發的初步實踐，使科學家們去探索油田的科學開發。

　　布勞庫依庫爾研究了加拿大奧依爾一斯普利格斯油田的1 1000口油井，認為有3000口井是多余的，提出要確定一個油田開采的臨界井數。

　　1925年，在蘇聯莫斯科召開油藏保護與合理開發問題會議，蘇聯人阿布拉莫夫提出應把油藏作為一個單個對象，即整體考慮來進行開采。

　　1933年，美國人馬斯蓋特等人利用模型來模擬不同井網的面積掃及效率。1936年，薛爾紹斯推導出油藏的物質平衡方程式。1936---1938年，美國人普勒和薛爾紹斯等人，提出測定束縛水飽和度的辦法，開始以巖石孑L隙空間百分比來表示水、油、氣的飽和度的概念。次年，馬斯蓋特又提出“流度比”的概念。

　　1939年，蘇聯人克留切夫提出，對巨厚油層組要劃分成幾個單獨開采的對象；要擴大井距。

　　1941年，美國人萊弗里特和巴克利提出水驅油的前緣驅動方程式，建立了基本的注水理論。第二年，蘇聯人B?M?巴磊歇夫試驗證明，在水壓驅動的油藏，井網密到一定程度后，油產量不再增加。這一年，東得克薩斯油田開始全面注水二次采油，一次采油量為可采儲量的22．9％，油層壓力下降39％。

　　先期注水開發

　　20世紀40年代蘇聯對杜依瑪茲油田的先期注水開發，是二次開發的又一次革命。因為先前的注水開采都是在油田一次開采到產量降得很低的時候才轉而注水的。而杜依瑪茲油田的開發，則是在油田投入開發時，一開始就有意識地在鉆開發井網的同時，鉆注水井網；第一批油井投產時，油田就開始注水，保持油層的壓力，使油田可以長時間高產、穩產，而且達到較高的采收率。

　　杜依瑪茲油田發現于1944年。要求1945年投入開發。格?克?馬克西莫維奇建議采用稀井網和早期邊外注水。1945年，在莫斯科石油學院成立設計研究部，采用了馬克西莫維奇的意見，編制了杜依瑪茲油田泥盆系油藏初步開發設計。在油區內部鉆生產井網。在油區外面鉆一系列注水井，在西北部，注水井排離第一生產井排5～6千米；在東南部，這個距離只有0．6～1．5千米。1944?1955年是第一開發階段。1955年共有生產井698口，注水井59口，年產油1050萬噸(產液量1570萬噸)。1955--1962年為第二階段，年產量保持在1200萬噸左右，但產液量增加到1960萬噸。整個油田邊外注水17年。1962年開始加上邊內(即油區以內)注水，1967年最高產量達到1390萬噸。

　　1952年，蘇聯對羅馬什金大油田一開始就實施早期邊內加邊外注水開發。用注水井排把油田分割為23個有單獨井網的開發區。生產井排距1000米，井距600米；注水井井距1000米，第一生產井排距注水井排2000米。設計采收率高達60％。年產量節節上升，1964年達到5000萬噸；1970年達到8150萬噸，穩產到1975年。1976年為7775萬噸，1979年6800萬噸。

　　1960年我國大慶油田發現后，就吸收蘇聯的經驗，采用先期注水開發，使油田得以長期高產、穩產。

　　儲層改造

　　世界上有大量油氣田的儲集層相當致密，孔隙率和滲透率很低，因而油氣井的產量很低。怎樣使這些致密儲集層得到更有效的開發?人們開始對儲油層主動進攻，對其巖性進行人工改造，以提高產量，提高采收率。

　　1931年美國印第安納標準石油公司(后來的Amoco)的上游子公司Stanolind石油公司在它位于塔爾薩市中心的辦公大樓里開辟了一個實驗室，開展油井酸化工藝的研究。把酸液注入碳酸巖鹽巖地層，可以增加油井產量。其實，早在1895年，印第安納標準石油公司就曾經對利馬油田的一VI油井注入一定濃度的鹽酸，見到了增產的效果。它的發明者是懷丁煉油廠化學工程師弗萊希(Herman Frasch)，1896年獲得了專利權；同時，該廠總經理戴克(John VanDyke)獲得另外一項專利，即用硫酸作為酸化液。但是，注下去的酸液會迅速腐蝕油管、套管，因此，不解決緩蝕問題，酸化是不可能實施的。

　　20世紀30年代初，陶氏(Dow)化學公司研發出了酸緩蝕劑，普爾石油公司主動和它合作，試驗對石灰巖油層進行酸化。1932年2月11日，在密歇根州伊莎貝拉縣Chippewa附近的Fox一6號井，用了500加侖酸液，加人含砷的緩蝕劑。這口原先不產油的井每天生產原油16桶(約2．2噸)。隨后又處理了幾口井，有的效果更好。陶氏化學公司于是成立道威爾(Dowell)公司實現商品化和工程化的酸化服務。這一年，成立了好幾家公司搞酸化處理。

　　與此同時，哈里伯頓(Halliburton)注水泥公司于1930年初在鄧肯設立了化學實驗室，聘請化學家海登?羅伯茨(Hayden Roberts)主持研究工作。1933年，羅伯茨對酸化問題進行了調查和試驗。他發現，鹽酸和其他酸類在一定的壓力下進入石灰巖或其他碳酸巖油層中，可以擴大巖石中的空隙或裂隙，擴大油的流動通道，使原油更加通暢地產出。1933年5月，哈里伯頓公司在得克薩斯州Archer附近King Royalty Co．的一口油井用鹽酸加氫氟酸的混合液進行酸化，結果地層出砂。

　　1933年5月16日，Stanolind石油公司的威爾遜(J．R．Wilson)獲得了關于用氫氟酸酸化砂巖地層的專利權；文德格里夫特(J．G．Vendergrift)獲得關于運用礦物酸和氫氟酸混合液的專利權。

　　哈里伯頓公司受讓了這些專利權，1935年形成了酸化的工藝，有了配套的裝備，開始為客戶提供酸化的作業服務。

　　改造儲層的又一項重要技術是水力壓裂。這就是用高壓泵把特制的壓裂液擠進儲油(氣)地層，人為地造成新的裂縫，或者擴大原有的裂縫，然后再擠入一定數量的支撐劑，撐開這些裂縫，不讓它們重新閉合，從而為地下原油造成更多、更大的通道。

　　水力壓裂這一技術的先驅者也是Stanolind石油公司。它從第二次世界大戰結束后就開始研究和開發。20世紀40年代后期它們獲得了專利權，名稱是Hydrofrac(水力壓裂)。1949年，Stanolind石油公司在俄克拉何馬州的阿爾馬(Alma)油田Pickens l號井進行了第一次壓裂作業。承擔施工作業的是哈里伯頓公司。為了使這項技術得到廣泛應用，Stanolind石油公司把專利使用權獨家轉讓給了哈里伯頓公司。

　　哈里伯頓公司認定這是一項很有前途的實用技術，在總工程師比爾?奧斯利(Bill Owsley)主持下，為此投入了數十萬美元(這在當時是相當可觀的了)，包括在伊利諾伊州薩勒姆建了一座工廠繼續加以開發，研制多種壓裂液和支撐劑，研發配套的工藝裝備，于1949年首次商業化應用，在俄克拉何馬州阿爾馬油田上一口4882英尺(約1488米)深的油井中注入了150磅(約70千克)砂子作為支撐劑。

　　當時用作壓裂液的有：原油、汽油等；用作支撐劑的有沙子、堅果殼、細鉛粒等。

　　自此，哈里伯頓公司由一家專業的固井服務公司發展為能施行多種增產措施的油田服務公司。

　　1949?1977年間，美國采用壓裂技術，使70億桶(約9．46億噸)石油地質儲量變成了可采儲量。20世紀80～90年代，平均每年施行壓裂作業5萬～6萬次。

　　20世紀70年代，發展起多層壓裂技術，可以壓開同一口油井貫穿的多個油層。一種是運用多個封隔器加上橋塞的組合，由下而上，逐層壓裂。對不同油層可以采取不同的壓力，注入不同數量的壓裂液和支撐劑。1975年在東得克薩斯油田，進行了對14個油層，埋深2745～3048米，總厚度457米的砂巖地層施行了壓裂，取得了成功。

　　另一種是采用選擇性封堵球(小的蠟球、鋁球、包裹橡皮的尼龍球等)，把暫時不壓裂層段所射開的孔堵塞，使壓裂液攜帶支撐劑進入預定地層。1968?1971年間，埃克森公司的委內瑞拉子公司??克里奧爾公司在馬拉開波盆地玻利瓦爾湖岸油區開展了封堵球壓裂，平均壓裂13級，最多達52級。用液量最高3940立方米，用砂419噸。1968年施工60次，平均日產量：壓裂前165立方米，壓裂后815立方米，到年底為530立方米。