第一篇：淺談地球物理勘探技術在石油開采中的應用
淺談地球物理勘探技術在石油開采中的應用
由于近幾十年我國工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展,我國石油消耗量很大,原本儲量十分豐富的石油資源慢慢變少。豐厚油層將很快開采耗盡,貧瘠的油層將成為將來發(fā)掘和開采的重點。因此,較高的石油勘探技術越來越受到關注和發(fā)展[1]。地球物理勘探（簡稱“物探”）是通過物理的方法勘探地質的機構和處理礦物開采問題的一種措施。它的研究基礎是地下巖石的各種物理性質,如密度、導電性、彈性模量、放射性等參數(shù)。它利用不同的方法和設備,檢測地下某些物理場的不同特點,分析、研究所獲得的資料數(shù)據(jù),分析地質的結構和礦產在地下的分布等狀況[2]。本文將通過文獻檢索分析的方法闡述物探技術的發(fā)展、目前存在的問題和尋找解決相應問題的方案。
1、物探技術的發(fā)展歷程
地球物理學是上個世紀前期發(fā)展起來的一門交叉學科,涉及物理、數(shù)學、力學與地質學等學科[3]。上個世紀四十年代,我國的翁文波與趙仁壽等最早使用物探方法勘探石油。四十年代中期翁文波建立了我國第一個使用重力測量石油的勘探隊,趙仁壽在五十年代初建立我國第一個用地震方法探測石油的勘探隊。五十年代后期到六十年代,繼西部地區(qū)之后,我國東部也相繼創(chuàng)建了一些地震勘探隊伍。六十到七十年代我國成功研制自主開發(fā)的模擬磁帶儀,并發(fā)展了多次覆蓋技術。七十年代研制出我國第一臺數(shù)字化的地震儀。九十年代,我國已經成功利用三維資料連片技術提高資料的品質,從而發(fā)現(xiàn)了塔里木盆地和準葛爾盆地中的一些油田。隨著計算機技術和信息技術的發(fā)展,各種軟硬件日漸成熟,本世紀物探技術發(fā)展相當迅猛,高精度三維地震技術、VSP地震技術、多波勘測等已經在實際應用中發(fā)揮了很大的作用。
2、石油勘探中存在的問題
為了滿足國民經濟發(fā)展的需求,有些公司提出應該大力開展開發(fā)高原地區(qū)油田、二次開發(fā)油田、開發(fā)海外油田等項目。這是未來發(fā)展的嘗試,但也同時存在較多問題。
2.1 復雜陡坡結構
復雜陡坡結構主要存在于新疆庫車和塔里木盆地的西南地區(qū),沿著準噶爾盆地的南部邊緣,在四川的大巴山地域和柴達木盆地的北部等地方存在。這些區(qū)域是“穩(wěn)定西部和促進海外業(yè)務”戰(zhàn)略的關鍵地方。這里主要的問題是地形復雜,海拔變化大,巖石比較復雜,低電阻間隔。此外,地下構造的復雜性,構造反轉、走滑斷層組合等造成地震波傳播很難把握。盡管技術研究已經完成了好幾年,地震剖面材料和地質模型經常很難很好地匹配。
2.2 復雜的地形地貌、地層圈閉
層位困儲備出現(xiàn)在淺地層和中級深度渤海灣、部分松遼、鄂爾多斯、塔里木、準噶爾、吐哈、柴達木、三湖、四川盆地,以及其它區(qū)域的中亞、亞太、非洲大陸。在這些地區(qū)進行開采對我國石油資源的儲備增長是必要的。這里要解決的問題是厚層砂表面和黃土、厚風化帶、復雜和異構的沉積層、低孔隙度、低滲透率的薄儲集層。高分辨率地震數(shù)據(jù)不能識別單個儲層厚度小于3m的薄層。地球物理勘探技術在這里的挑戰(zhàn)是在中國西部地區(qū)提高地震資料主頻10赫茲和在東部地區(qū)增加10到15赫茲,從而達到增加地層圈閉的鉆井成功率20%目的。
2.3 其他問題
除了上述存在的問題外,由于老油區(qū)巖性復雜、深層勘探比較困難,在這里發(fā)現(xiàn)新的石油儲備難度比較大。此外,由于老油區(qū)剩余的石油分布比較雜亂,油藏勘探比較困難,提高老油田的采收率也非一件易事。由于種種問題的存在,對物探技術有了更多的要求。首先要求新的物探技術有對更復雜地區(qū)的探測能力,其次需要儀器的構造要有更高的精度和分辨率,此外,要對所收集的信息有較強的處理能力,對剩余的石油分布可以進行動態(tài)的檢測。
3、解決復雜問題的物探技術介紹
3.1 海域物探技術
海底儲存著豐富的石油資源,但由于海底地形比較復雜,在海底得到的數(shù)據(jù)往往比較糟糕。信噪比很低、相位的連續(xù)往往中斷、能量阻尼比較大、反射差等一系列問題一直以來很難得到完滿解決。
要解決這一問題,需要從數(shù)據(jù)的來源和信號的處理兩方面著手。先前使用的海底測量電纜往往比較短,大部分不足5000m。由于長度不足,海底的信號往往不能很充分的接收。加上數(shù)據(jù)的處理技術不好,造成所形成的模擬形態(tài)發(fā)生變形,不能真實反映相應地區(qū)的地質狀態(tài)。如果采用長度較大的電纜,便可以獲得質量更高的信號,信噪比比較大。在處理數(shù)據(jù)時,采用分頻去噪的方法,并采取措施消除海底因不平造成的影響。這樣,便可以得到更好的結果,更能反映真實的地質形態(tài)[4]。
3.2 油區(qū)高精度地震技術
在油區(qū),由于已經存在的油田對地震技術往往造成干擾。此外,由于不停地開采作用,地下的石油分布也相應發(fā)生動態(tài)變化。這就造成了油區(qū)開采難度比較大。
要解決油區(qū)石油勘探問題,有公司提出如下措施:(1)延時三維數(shù)據(jù)采集;(2)小接收器地面測量;(3)基于巖性和油藏動力學的安放位置設計;(4)高精度靜態(tài)修正;(5)區(qū)域聯(lián)合處理;(6)疊前數(shù)據(jù)儲層特征描述;(7)考慮地層傾角,適當擴大面元,合成統(tǒng)一剖面,提高地震分辨率。這些措施取得了比較好的效果。
3.3 復雜地區(qū)地震技術
在地形復雜地區(qū),如我國柴達木盆地附近,石油儲存量比較豐富,比較有希望探測出石油分布。然而,由于地勢起伏比較大,地表受到比較高的侵蝕,施工非常困難。此外,即使測得數(shù)據(jù),信號處理也比較困難。為解決復雜地區(qū)的石油勘探問題,可考慮采取以下措施。(1)利用精度較高的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),更好地設計探測系統(tǒng);(2)更詳細地勘察地表的形態(tài);(3)根據(jù)不同的地表形態(tài)使用不同的激發(fā)參數(shù);(4)采用寬線技術,更好的采集數(shù)據(jù),提高信噪比。利用本項技術可以大大提高數(shù)據(jù)質量,基本模擬真實的面貌。
4、結語
在石油勘探過程中存在如復雜陡坡結構、復雜的地形地貌、地層圈閉、油區(qū)探測困難等問題和挑戰(zhàn)。這些問題可以通過數(shù)據(jù)的發(fā)展找到一些相應的方式去解決。如加長測量電纜的長度,利用延時三維數(shù)據(jù)采集信息,利用三維技術對數(shù)據(jù)進行高精度修正,采用寬線技術,用各種方式進行數(shù)據(jù)處理,提高信噪比等,最終合成貼合實際的圖像。
參考文獻
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第二篇：微生物在石油開采中的應用
微生物在石油開采中的應用
摘要：經過幾十年的發(fā)展，微生物采油技術（MEOR）已經成為繼熱力學驅、化學驅、聚合物驅之后的第4種提高采收率的新“三采”技術。已經引起了石油工程技術人員的空前關注。本文闡明了微生物采油的方法及特點、作用機理及應用，最后對微生物采油的前景做了展望。
關鍵詞：微生物采油；機理；作用機理；菌種篩選。
前言：MEOR應用于三次采油、提高原油采收率的一項高新技術。主要特點是成本低、適應性強、施工方便、不傷害地層、不污染環(huán)境。特別對于枯場或近枯場的油旅更顯示其強大的生命力。微生物在生物代謝作用下所產生的酶類，可以裂解重質烴類和石蠟，使原油粘度、凝固點降低，從而降低原油的流動阻力，改 善原油的流動性能，提高原油產量和采收率。
1、微生物采油的背景、方法及特點
當今石油工業(yè)面臨的一個重要問題是怎樣采出在開發(fā)成熟的油田和即將枯竭的油田中仍然留在地下未被開采出的很大百分比的原油可采儲量。新的技術必須通過經濟方法處理現(xiàn)有生產井和扭轉井堵塞的加速度，從而延長油田的生產壽命并且提高油藏的原油采收率。
我國稠油（高黏度重質稠油，黏度在1000mPa·s以上）資源分布很廣，陸地稠油約占石油總資源的20%以上。稠油突出的特點是瀝青質、膠質的含量比較高，具有高凝固點、難流動、難開采、高成本等特點。在我國的準噶爾盆地、塔里木盆地、吐魯番盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等盆地中有豐富的稠油資源，也發(fā)現(xiàn)了許多稠油大油田，如塔里木的塔河油田、渤海的PL193油田等，如果能尋找到一種經濟有效的方法采出這些原油，對緩解我國石油進口壓力具有重要意義。于是研究人員將目光轉到微生物上，希望借助于以原油為碳源的微生物能夠解決這些短板。
MEOR是指利用微生物提高石油采收率的各種技術總稱，凡是與微生物有關的采油技術均屬于MEOR。微生物提高石油采收率并不是一種單一的方法，具有明顯的優(yōu)點：① 成本低，微生物的主要營養(yǎng)物之一是用通常手段難以采出的石油，微生物的繁殖能力和適應性很強，作用效果持續(xù)時間長。這尤其對邊際油田吸引力大；② MEOR工序簡單，利用常規(guī)注入設備即可實施，不必增添井場設備，比其他EOR技術實用且操作方便；③ 應用范圍廣，不僅可開采各種類型的原油(重油、輕油、中質 原油)，更適于開采重油；④ 注入的微生物和培養(yǎng)基原料來源廣，容易制取，且可根據(jù)具體油藏特點靈活調整微生物的配方；⑤ 易于控制，通過停止注入營養(yǎng)液，即可終止微生物的活動；⑥ 為生物細胞小且運動性強，能進入其他驅油工藝的盲區(qū)如死油區(qū)或裂縫；⑦ 微生物只有在有油的地方繁殖并產生代謝產物，避免了表面活性劑注入或降粘劑段塞的盲目性；⑧ MEOR產物均可生物降解，不損害底層，不會造成環(huán)境污染，且可以在同一井中重復使用多次。微生物采油機理
微生物提高原油采收率作用涉及到復雜的生物、化學和物理過程，除了具有化學驅提高采油率的機理外，微生物生命活動本身也具有提高采油率機理。
2.1 微生物的產氣作用
在油井一采、二采之后，通常地下壓強會降低，油井下的石油不容易抽上地面，傳統(tǒng)做法是向油井注水，通過這種方式增大底下的壓強，達到將石油抽上來的目的，但是這種方法會使得抽上來的石油含水量高，品質較差，增加后續(xù)的分離成本。而微生物在地下發(fā)酵過程中能產生各種氣體，如CH4、CO2、N2、H2等，這些氣體會增加油井下的壓強，相應的可以減少注水量，從而提升原油的品質，降低成本。
2.2 微生物代謝產生各種有機物質
微生物在油井中以重鏈烴為碳源，會代謝產生許多化合物，如生物聚合物、生物表面活性劑、小分子有機酸、醇類等。這些物質可以降低原油粘度，減小表面張力，使得原油的流動性加強。
2.3 微生物代謝產生的酶類
微生物在生物代謝作用下所產生的酶類，可以裂解重質烴類和石蠟，再綜合2.2中微生物代謝產生的各種化學物質，可以使原油粘度、凝固點降低，從而降低原油的流動阻力，改善原油的流動性能，使得油井石縫中原油流出，能夠溶解巖石，增加巖石孔隙度和滲透率，將有助于提高原油產量和采收率。2.4 微生物發(fā)酵產生的生物聚合物
微生物在油井中發(fā)酵產生的生物聚合物能調整注水油層的吸水剖面，控制高滲地帶的流度比，改善地層滲透率。
2.5 微生物的封堵作用
微生物注入水驅油層后，生長繁殖的菌體和代謝產物與重金屬形成沉淀物，具有高效堵水作用，封堵率可達到99%。這對于非均質油藏的堵水調剖面效果較好，可提高原油產量和采收率。在地層中產生的生物聚合物，能夠在高滲透地帶控制流度比，調整注水油層的吸水剖面，增大掃油面積，提高采收率。微生物的篩選
油井中的環(huán)境都是非常苛刻的，通常都具有高溫、高壓、高鹽的特點，為了發(fā)揮微生物采油的優(yōu)點，需要選用生存能力強、代謝活性高的菌株，才能實現(xiàn)利用微生物來提高原油品質和采油率的目的。
一般以利用原油中的重質鏈烴為碳源的微生物都是生長在含油量豐富的地方，所以將從油田污水、污泥以及煉油廠污水中獲得微生物樣品作為篩選對象，應用微生物室內富集培養(yǎng)與分離純化技術，篩選出具有應用潛力的菌株。當然，也可以將菌株的篩選與細胞工程、基因工程等技術結合起來，進行培育，也可以在很大程度上獲得高產高效的菌株。應用
近年來，為了探索提高采收率的新途徑，已先后在我國華北、新疆、吉林、河南、勝利、長慶、遼河、大慶、中原等14個油田開展了微生物采油現(xiàn)場先導性試驗，并且在一些油田取得了較好的增產效果。
4.1 微生物水驅
該技術是將菌種和營養(yǎng)液混合而成的微生物處理液注入目的層，使微生物作用于油層，當處理液被注入水推進并通過油層時，微生物通過代謝作用產生生物表面活性劑、氣體、酸、醇等代謝產物的同時，還不斷增殖。代謝產物通過物理、化學作用將巖石表面黏附的原油和巖石孔隙中的原油釋放出來，使原來不能流動的原油以油水乳狀的形式被注入到水驅生產井中，在生產井中被采出。4.2 周期性微生物處理（微生物吞吐法）
該技術是將微生物發(fā)酵液及營養(yǎng)液注入生產井內，關井一段時間（從數(shù)天到數(shù)周不等），讓微生物進行發(fā)酵，然后開井生產，周而復始。
4.3 微生物選擇性封堵地層（微生物調剖法）
該技術是把能夠生產聚合物的微生物注入地層，使其在高滲透層內大量繁殖，從而可以起到封堵高滲透帶的作用。改種方法比注入人工合成的有機聚合物或凝膠更為有效，而且不會造成底層的永久性破壞。
4.4 微生物清蠟和降低重油粘度
微生物清蠟技術可以取代溶劑和分散劑的使用，并能基本上取代熱油處理法。微生物清蠟和降黏機理在于微生物對石蠟和仲有得代謝作用。通常，大多數(shù)微生物對蠟類芳香烴的代謝速度大于對對芳香烴的代謝速度。微生物代謝產生的溶劑對近井區(qū)域能起到很好的清洗作用。展望
微生物采油技術具有其他三次采油技術無可比擬的有點——多功能性，近些年來，隨著生物技術的不斷發(fā)展，目前，一經發(fā)現(xiàn)開始應用一些在極端環(huán)境下能夠生存、繁殖的微生物、但是MEOR技術也有自己的局限性：微生物在溫度較高、鹽度較大、重金屬離子含量較高的的油藏條件下易于遭到破壞，微生物產生的表面活性劑和生物聚合物有造成沉淀的危險，裴炎微生物的條件不易把握，微生物采油甲護身在冬季不易施工。為了克服這些局限性，在現(xiàn)有的菌種基礎上，通過基因工程手段獲取基因工程菌，使其性能更加優(yōu)良，同時將計算機技術、基因檢測技術等新技術用于為生物鐘。
參考文獻
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第三篇：新型技術在石油地質勘探中的應用
新型技術在石油地質勘探中的應用
[摘 要]隨著社會飛速的發(fā)展，社會生產與生活都需要大量的石油資源，致使我國石油氣資源勘探工作的任務加重，因此，必須加強我國新型技術在石油地質勘探的應用，提升石油資源的開采率。文章以石油勘探現(xiàn)狀為出發(fā)點，對新型技術在石油地質勘探中應用的意義進行了分析，并對新型技術在石油地質勘探中的應用進行了闡述。
[關鍵詞]新型技術；石油資源；地質勘探；
中圖分類號：TH38 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）28-0192-01
隨著科學技術的逐漸進步，人們的生活與生產變得更加便利，同時也使得社會對石油的需求日益增多。目前，石油在多個領域都得到了較為廣泛的應用，其石油產品已經覆蓋了我們生活的很多方面，比如瀝青、石油燃料、殺蟲劑等，這些都是以石油為原料從而生產出來的。而且石油是屬于不可再生資源，因此如何利用新型技術來提升石油開采的效率以及質量，有效地應用在石油地質勘探中，對于我國的發(fā)展具有重要意義。石油勘探概述及其現(xiàn)狀
1.1 石油勘探概述
石油勘探主要是為了尋找油氣資源，從而使用多種的勘探手段來了解地下的情況，探析儲油、生油、油氣運移、保存等條件，進而評價含油氣的遠景，準確地確定出油氣聚集的較為有利的地區(qū)。并且利用石油勘探還能夠找到儲油氣的圈閉，探析出油氣田的整體面積，查明油氣層的產出能力以及相關的一些情況。石油勘探的過程主要是對其地理環(huán)境的巖性、物性以及地質構造等特征進行描述，從而確保提升原有采收率和油田的產量。石油企業(yè)是否先進，主要取決于評價決策系統(tǒng)，所以必須及時實行對策、抓住商機，提高評價決策系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進而使得我國石油企業(yè)在國際市場上的競爭力有所保障。對程序地層學分析技術的發(fā)展。發(fā)展迅速的市場經濟已帶動石油資源的大量使用，需要石油企業(yè)在進行石油開發(fā)的同時，還要考慮到商業(yè)的運用，并使用科學的措施，在最大程度上提高石油開發(fā)的經濟效益。程序地層學分析技術在我國絕大多數(shù)石油企業(yè)中已經得到廣泛的運用，并且效果很好，這對我國石油企業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒作用。
1.2 我國石油地質勘探的?F狀
社會的發(fā)展使人們對石油的依賴性日益增加，我國正在不斷加大對石油地質勘探技術的創(chuàng)新與研究，并且資金的投入也在逐漸增加，取得了非?？捎^的進步，促進了我國很多個地區(qū)的發(fā)展與進步。但是，我國的石油地質勘探的新型技術在一定程度上與發(fā)達國家相比有很多的不足之處。隨著社會的發(fā)展以及我國經濟的增長，對石油資源的需求也會逐漸的增加，如果石油的儲存量不能跟上經濟發(fā)展的需求，便會產生較大的石油缺口，從而影響我國經濟的健康發(fā)展。目前我國石油的儲量以及后備采儲量存在不足的現(xiàn)象，并且對于新型技術沒有得到很好的突破，因此提升石油的勘探與開采是當前石油產業(yè)面臨重要的問題。我國應該對石油地質勘探的工作給予高度的重視，加快新型技術的開發(fā)與應用，提升石油勘探和開采的效率，緩解我國石油資源匱乏的重大問題。新型技術在石油地質勘探中應用的意義
隨著科學技術的發(fā)展，在石油地質勘探領域不斷的出現(xiàn)新技術。比如：三維地震模擬方法技術在運用上不斷成熟，使石油勘探的相關人員在進行盆地模擬和地下成像的工作時，技術得到進一步提高。在石油勘探過程中，通過運用GPS以及3G網(wǎng)絡技術，使工作人員對數(shù)據(jù)組織、工程設計的研究都得到明顯的進步。我國的復雜地形很多，給石油地質勘探工作帶來很多困難和挑戰(zhàn)，所以，石油勘探人員不得不研發(fā)出一些新技術來處理實際工作中所遇到的困難。石油地質勘探的工作人員通過勘探過程中的新技術，從而研發(fā)出陸地、海洋兩種途徑的石油開采，充分的運用我國廣闊的海洋資源；通過對石油地震的勘探以及一維、二維、三維的描述來制定更全面的勘探方案；在進行物探的過程中，通過勘探評價開發(fā)等三個階段不斷運用地震勘探技術，使我國的石油勘探水平得以提升，通過不斷使用先進的石油勘探技術，來促進我國石油勘探效率以及我國采集石油效率的提升，進一步使我國石油產業(yè)的發(fā)展和國家的經濟得到穩(wěn)步的提升。
2.1測井前沿技術
隨著計算機、信息技術、電子技術的發(fā)展，極大地改變了人們的生活方式和生產方式。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理技術發(fā)展迅速，成像測井儀的數(shù)據(jù)傳輸率快，一定時間內能傳輸更多的數(shù)據(jù)，極大地擴大了井眼搜索的范圍，并通過技術創(chuàng)新能發(fā)現(xiàn)鉆孔附件的盲礦體。此外還有磁共振測井技術、快速平臺測井技術、隨鉆測井技術以及套管井測井技術也得到了進一步的發(fā)展。通過這些現(xiàn)代化信息技術，在鉆探之前，可以有效地了解作業(yè)區(qū)域的地質條件，從而根據(jù)鉆井實際情況選擇合適的勘探技術，降低石油地質勘探的成本，從而提高我國石油開采銷量，進一步擴大石油企業(yè)的經濟利益。
2.2鉆井技術
鉆井技術是石油地質勘探過程中的常用技術，可以說，石油地質勘探的大部分成本都是花費在了這上面，鉆井工程的重要性可見一斑。石油鉆井技術應在保障鉆井效率及鉆井質量的同時，盡量降低成本。傳統(tǒng)的鉆井技術成本較高，近年來我國在不斷改進原有技術，并研發(fā)新的鉆井技術，目的就是為了降低鉆井成本。如欠平衡鉆井技術就是一種比較新型的石油鉆井技術，其不但成本較低，且在鉆井過程中對地表的破壞較少，同時還解決了卡鉆和漏失等常見鉆井問題，大大提高了鉆井速度。該技術十分適合應用于枯竭油層的勘探。不過其也存在一些缺點，例如易腐蝕、安全風險大等，因此還需要進一步進行技術優(yōu)化，或是聯(lián)合運用深井鉆井技術等其他技術?？偠灾灰獙@井技術合理運用到需要的場合，就能夠發(fā)揮其更大的效用。
2.3虛擬現(xiàn)實技術和空中遙測技術
在石油地質勘探工程開展中，信息技術的發(fā)展也帶來完全新型化的技術，應用在石油地質勘探工程中。虛擬現(xiàn)實技術，指的就是通過大屏幕可視化環(huán)境與計算機輔助可視化環(huán)境等多種可視化系統(tǒng)，把石油地質勘探過程中所獲得的所有數(shù)據(jù)用圖形建立模型或者是采用三維模擬動態(tài)圖等形式來表現(xiàn)出來的一項技術。這一項技術應用于石油地質勘探工程中，可以在一定程度上大大節(jié)省人力和物力，在節(jié)省勘探成本的基礎上提高勘探效率，而且可以在大屏幕上直接觀看顯現(xiàn)的勘探數(shù)據(jù)和情況，加深了現(xiàn)實效果的模擬性，促使石油地質勘探工作得到更好的發(fā)展。與此同時，空中遙測技術也是作為一項新技術應用于石油地質勘探工程開展之中，空中遙測技術指的是通過地震源和石油地質勘探儀器以及相關的軟件進行遙測監(jiān)控的一項新型技術，這一項技術與成像技術相互結合，在獲得數(shù)據(jù)的基礎上制作出高清晰的石油地質油藏結構圖，能夠擴大石油勘探范圍，大幅度提高了石油勘探的質量和效率。
3.結語
綜上所述，探討新型技術在石油地質勘探中的應用具有重要的意義。加強對石油地質勘探技術的創(chuàng)新，能夠有效地提升石油勘探以及開采的效率，與國家能源安全以及社會的穩(wěn)定密切相關。所以相關部門要對新型技術在石油地質勘探中的應用給予重視，加大技術和資金的投入力度，提升石油地質勘探的技術水平，從而有效地保證我國穩(wěn)定的發(fā)展。
參考文獻
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第四篇：煤層氣富集區(qū)的地球物理勘探技術概述
煤層氣富集區(qū)地震勘探技術概述
前言
煤層氣，是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產資源，屬非常規(guī)天然氣。長期以來，煤層氣一直被當做是煤礦生產過程中的重大安全隱患，往往直接被排放到大氣，利用率極低，這不僅造成了嚴重的資源浪費，還對全球變暖產生了重要作用。自美國煤層氣實現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)生產以來，煤層氣越來越被視為一種清潔的能源，我國煤層氣資源豐富，若能夠實現(xiàn)煤層氣資源大規(guī)模的開發(fā)必將對我國國民經濟可持續(xù)發(fā)展、改善我國能源結構有著重大的意義。目前，國內煤層氣勘探開發(fā)、井位布設主要依靠地質和鉆探研究成果，盡管地質和鉆探資料可靠性很高，但由于其成本高，因此用高密度的地質和鉆探資料預測煤層氣不太現(xiàn)實。地震勘探作為一種面積勘探，可以提供煤層的空間分布形態(tài)、斷裂體系、厚度和巖性等地質信息，因其密度高、成本低，已被煤田地質勘探廣泛應用。
如何將稀疏的地質和鉆探資料與密集的地震資料有機的結合起來，利用地球物理特征進行煤層氣富集區(qū)識別，為煤層氣開發(fā)選擇井位、布設井網(wǎng)提供可靠的地質依據(jù)，成為煤層氣勘探開發(fā)急需解決的問題。
一 地球物理技術在煤層氣勘探領域的研究現(xiàn)狀
隨著煤層氣勘探開發(fā)的持續(xù)升溫，地球物理技術在煤層氣勘探的運用也得到了迅速的發(fā)展。
楊雙安等利用三維地震勘探技術進行瓦斯預測研究；焦勇等進行了煤層氣地震精細解釋及儲層預測技術探討；何志勇等提出了利用地震屬性預測煤層氣儲層孔隙度方法；祁雪梅等研究了地震相技術在煤層氣勘探中的應用；彭劉亞等利用巖性地震反演信息進行煤體結構劃分。
在煤層氣AVO技術研究方面，彭蘇萍等分析了煤層頂?shù)捉缑娴姆瓷湔穹卣?，認為底界面不利于AVO分析，不同結構煤體在AVO響應上存在明顯的差異；彭曉波等將Ｐ波方位AVO應用于煤層裂縫探測中；孫斌等研究了煤儲層含氣性與地震AVO屬性之間的關系，獲得煤層參數(shù)與地震波彈性參數(shù)之間的關系式及其AVO響應特征；杜文鳳等基于zoeppritz方程，分析了振幅與偏移距的關系，利用瓦斯突出煤與非突出煤的物性參數(shù)，進行數(shù)值正演模擬，分析了瓦斯突出煤與非突出煤的AVO響應差異；胡朝元等研究了利用地震AVO反演預測煤與瓦斯突出區(qū)；崔大尉等利用AVO屬性研究構造煤的分布規(guī)律；在煤層氣富集區(qū)預測方面，閆寶珍等基于控制沁水盆地煤層氣富集特征分異的關鍵地質因素（如構造、熱力場和水動力等）進行了綜合分析，對該盆地煤層氣的富集類型劃分進行了研究；常鎖亮等基于煤層氣（瓦斯）富集引起的高頻吸收衰減特性，利用不同頻率的調諧振幅變化，對研究區(qū)煤層含氣性進行了預測；湯紅偉對地震勘探技術在煤層氣富集區(qū)預測中的研究進行了探討；陳勇等進行了基于主控因素的煤層氣富集區(qū)地震預測技術應用研究。崔若飛等提出了利用“兩個理論、四項技術”來指導煤層氣(瓦斯)地震勘探工作。其中 兩個理論是雙相介質理論和各向異性介質理論，四項技術是地震屬性技術、AVO技術、方位各向異性技術和彈性波阻抗反演技術。
二 煤層氣地震勘探理論
（1）雙向介質理論
當今煤田地質地震勘探是建立在均勻各向同性純固體基礎上的巖石彈性理論和波動傳播理論的單相（固相）介質基礎上的，而煤儲層非均質性很強，在各向上存在異性，而且煤儲層屬于雙相介質—煤基質和流體（氣、液），因此傳統(tǒng)的建立在單相介質理論基礎上的地震勘探技術，在煤層氣勘探領域是不使用的。而雙相介質理論認為地下介質是由固體骨架和充
填在骨架空隙中的流體(氣體和液體)組成。煤層與煤層瓦斯是一種典型的(固相+流相)雙相介質，與單相介質理論相比，雙相介質理論更接近于實際。因此，研究雙相介質中彈性波的傳播規(guī)律，對于指導煤層氣地震勘探有著重要的意義。
煤儲層是典型的雙相介質，與單相介質相比，地震波在雙相介質中傳播后，各個頻率成分的能量分布發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)為地震波能量向低頻方向移動。產生這一現(xiàn)象的主要原因是：雙相介質中固體顆粒與空隙中流體(氣體)的相互作用產生了慢縱波，慢縱波的存在使得雙相介質中波的能量分配發(fā)生了變化，即地震波場的動力學特征發(fā)生了變化。這種地震波場動力學特征的變化為預測瓦斯富集帶提供了理論基礎。
（2）各向異性介質中彈性波傳播理論
在地震勘探中，各向異性是指在地震波長的尺度下介質彈性特征隨方向發(fā)生變化。煤儲層是各向異性（不同方向可能煤儲層的厚度、孔裂隙發(fā)育、煤體結構、含氣量、含水等等）的儲層，研究地震波在煤儲層中的傳播特征是進行地震勘探的基礎。
在各向異性介質中，P 波速度隨入射角與地層裂隙方位角而變化，界面上的反射系數(shù)隨入射角、地層裂隙方位及各向異性有關，即地震屬性(如速度、振幅)隨波傳播方向的變化而變化。而在各向同性介質中，則不具有這一特點。因此，通過研究 P 波方位地震屬性特征，可以研究地層的各向異性系數(shù)及裂隙發(fā)育密度。而煤儲層裂隙發(fā)育區(qū)往往是煤層氣聚集帶。
三 幾種煤層氣地震勘探技術
（1）煤層氣地震勘探的地震反演技術——儲層厚度及精細構造
地震反演技術是綜合運用地震、測井、地質等資料以揭示地下目標層（儲層、油氣層、煤層等）的空間幾何形態(tài)（包括目標層厚度、頂?shù)装鍢嬙煨螒B(tài)、延伸方向、延伸范圍、尖滅位置等）和目標層微觀特征，它是將大面積的連續(xù)分布的地震資料與具有很高分辨率的測井資料進行匹配、轉換和結合的過程。波阻抗反演是指利用地震資料反演地層波阻抗（或速度）的地震特殊處理技術。是儲集層巖性預測、油藏特征描述的確定性方法，在實際應用中取得了顯著的地質效果，因此，地震反演通常指波阻抗反演。波阻抗反演技術是巖性地震勘探的重要手段之一，利用波阻抗反演計算煤層氣儲層厚度是煤層氣地震勘探技術的重要用途。將時間域的地震數(shù)據(jù)轉換位深度域的地震數(shù)據(jù)，與測井數(shù)據(jù)聯(lián)合反演，得到深度域的波阻抗數(shù)據(jù)體。儲層的波阻抗值介于一定振幅之間，以此區(qū)間作為某儲層的波阻抗的最小值，再對全區(qū)進行追蹤，得到儲層的頂板數(shù)據(jù)，二者之差即為該儲層的初始厚度值。利用克拉克法預測的結果與實際鉆井結果進行匹配，可得到采區(qū)該儲層的厚度。另外，利用地震、測井數(shù)據(jù)采用稀疏脈沖反演的方法可反演出儲層和頂板巖性的精細構造。儲層厚度和結構的精細反演為圈定煤層氣富集區(qū)提供了地質基礎。
（2）煤層氣地震勘探的 AVO 技術——烴類、巖性和裂隙的重要檢測手段
AVO 技術是以彈性波理論為基礎，利用疊前 CDP 道集對地震反射振幅隨炮檢距（或入射角）的變化特征進行研究、分析振幅隨炮檢距的變化規(guī)律，得到反射系數(shù)與炮檢距之間的關系，并對地下反射界面上覆、下伏介質的巖性特征和物性參數(shù)做出分析，達到利用地震反射振幅信息檢測油氣的目的。
從國內外的油氣勘探的理論和實踐來看，利用振幅隨炮檢距變化的AVO技術（包括多分量 AVO技術），能夠有效獲取油氣儲層的孔隙大小、地層壓力、裂縫密度與分布、流體、氣體充填量等重要的儲集層參數(shù)信息。這也是最近幾年 AVO 技術所取得的最大的進步。但作為一門不斷發(fā)展的技術，AVO本身也存在局限性，如：建立在測井資料分析基礎上的彈性參數(shù)與儲層物性線性統(tǒng)計關系的相關系數(shù)都不高，難以得到可靠的巖石物理結果，地震處理中真振幅難以保持。但 AVO 技術作為油氣勘探中最為有效的儲層參數(shù)反演技術和發(fā)展最快的技術之一，為煤層厚度和瓦斯富集部位預測提供了一種間接的探測手段。
（3）煤層氣地震勘探的三維三分量地震探測技術——準確預測煤層中的裂隙發(fā)育部位
三維三分量地震探測技術源于理論研究和實踐觀測，與常規(guī)三維地震勘探的區(qū)別是，在除了原來的縱波技術的基礎上，還利用了地震波橫波技術，其理論基礎是介質的彈性各向異性，即地層的彈性性質是有方向性的，垂向的各向異性對應于地層的層狀構造，水平向的各向異性對應于地層的微觀斷裂構造，如裂隙等。
根據(jù)實際礦區(qū)實驗室測定的瓦斯含量可知：瓦斯含量低時，快慢波時差較小，瓦斯含量高時，快慢波時差較大，這說明快慢波時差與實驗室測定的瓦斯含量之間具有較好的對應關系，即快慢波時差越大，表明煤層的裂隙越發(fā)育。通過拾取快波和慢波數(shù)據(jù)體上煤層的時間值，便可求得煤層的快慢波時差。
這說明，當一個橫波入射到近于平行的垂直裂隙體系后，快橫波在平行于裂隙平面方向上偏振，慢橫波在垂直于裂隙平面方向偏振。當?shù)卣鸩ㄖ械臋M波在遇到裂隙、氣體等地質異常時，其快慢波至的延遲時間加大，因此，可以利用這種方法，準確預測煤層中的裂隙發(fā)育部位，進而準確預測煤層氣富集部位。
三維三分量地震勘探提供的時間、速度、振幅、波阻抗等信息同單一縱波勘探相比，會有成倍的增加，并能衍生出差值、比值、幾何平均值、彈性系數(shù)等參數(shù)。利用這些參數(shù)能有效估算出地層巖性、孔隙度、裂隙、含氣性等。而三維三分量縱橫波速度比、傳播時間比、振幅比、泊松比等可用來研究巖石孔隙度的變化、孔隙流體性質、裂隙發(fā)育區(qū)、巖性變化等參數(shù)。這些參數(shù)的預測對含氣儲層的研究具有直接的物理意義。
四 煤層氣富集區(qū)尋找的基本思路
煤層氣的富集受到多種因素的影響，包括煤儲層厚度、煤熱演化程度、構造、埋深、沉積環(huán)境、頂?shù)装鍘r性、煤體結構等等。煤層是煤層氣生成和聚集的基礎。煤層越發(fā)育，煤層厚度越大，其單位面積內的生氣量和吸附量就越大，其勘探開發(fā)潛力也更大；煤層埋深太淺，壓力太小，煤層氣自然解析附和逸散，煤層不含氣或含氣量極低；煤層埋深過大，壓力隨之增大，煤層孔滲性變差，吸附氣含量和產量不隨深度變化線性增加，而開采成本和難度則增加更快，埋深適中的煤層才可兼顧；煤系的熱演化史和熱演化程度，決定了煤系的生烴排烴史和煤巖煤階，也直接影響煤層物性和含氣性。代表不同熱演化程度的不同煤階的煤巖，其含氣能力和含氣方式也有不同，煤層甲烷含量隨著煤變質程度的呈現(xiàn)出急劇增高（Ro,max<1.3%）— 緩慢增加（1.3%
在上述幾個較為重要的影響因素中，煤厚、埋深、構造、裂縫、煤體結構完全可以由地震勘探技術獲取。因此，在進行煤層氣富集區(qū)的預測時，多利用地震勘探獲取某一主控或多個控制因素進行評價。例如崔若飛教授認為煤層裂隙富集區(qū)域一般為瓦斯富集帶，并以此為基礎利用地震P波對裂縫性地層所表現(xiàn)出的方位各向異性特征,根據(jù)地震屬性隨方位角變化可以預測裂隙發(fā)育方向和密度的基本原理,應用多種地震P波方位屬性預測裂隙發(fā)育帶，并據(jù)此劃分瓦斯富集帶；彭蘇萍教授認為煤層埋深、煤層厚度、結構、構造和頂?shù)装鍘r性等參數(shù)是控制研究區(qū)煤層氣富集的主要地震地質因素，并據(jù)此通過地震反演和地震屬性分析，獲得了這些地質參數(shù)，基于地球物理信息融合方法對煤層氣富集區(qū)進行了預測，取得了較好的效果。
五 存在的問題
（1）煤層氣地震響應微弱
常規(guī)天然氣儲集空間較大,含氣后地震響應加強,通過地震反射異常區(qū)可預測常規(guī)天然氣聚集區(qū)。而煤層氣儲集空間多為微孔、微裂縫,地震響應微弱,并且受煤界面地震強反射的屏蔽影響,也加大了預測難度。（2）含氣與否的煤層巖石物理差異小
對于常規(guī)天然氣而言,儲層的聲波時差低,密度較大,波阻抗相對較高。含氣后聲波時差增大,密度降低,波阻抗明顯降低,通過對波阻抗“高中找低”技術可以容易預測常規(guī)天然氣。而煤層本身聲波時差大,密度低,波阻抗較低。含氣后,聲波時差有所增大,密度有所降低,但煤層氣波阻抗與煤層低阻抗兩者差別小,難以區(qū)分,含氣與非含氣煤層的波阻抗門檻值難以確定。而且由于煤儲層的特殊性,即使是同一變質程度煤巖,也很難區(qū)分是煤層物性還是含氣性造成的波阻抗低,使預測難度加大。
（3）裂縫性煤層氣儲層預測難度大
針對常規(guī)裂縫性氣藏而言,氣體為二次運移游離氣,由于重力分異,有明顯的氣水分界面,通過頻率異常衰減,可判斷氣藏的存在。而煤層吸附氣與微孔、割理中的水沒有明顯分界面,在地震上都有頻率衰減現(xiàn)象,因此單通過地震上頻率衰減大難以判斷是割理含氣還是裂縫含水,使煤層氣的預測難度進一步加大。
參考文獻
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第五篇：水力加壓技術在石油鉆井中的應用
水力加壓技術在石油鉆井中的應用
山東偉創(chuàng)石油技術有限公司
概 述
水力加壓技術是一項廣泛應用于工業(yè)生產及其產品中的實用技術。根據(jù)其液壓能轉化為機械能的原理研制的水力加壓裝置，應用于石油天然氣鉆井作業(yè)中，可以在不消耗額外能量、不需要其它特殊設備的情況下，利用循環(huán)鉆井液產生的液壓力給鉆頭加壓，從而為鉆頭提供一個穩(wěn)定的鉆壓，有效地改變下部鉆具的受力狀態(tài)，改善鉆頭和鉆具的工作條件，達到加 快鉆井速度、延長鉆頭、鉆具的使用壽命、減少井下事故、保證井身質量、減輕司鉆勞動強度的目的。常規(guī)鉆井是靠鉆頭上部的鉆鋌重量給鉆頭加壓，為了獲得穩(wěn)定的鉆壓，需要司鉆小心翼翼地精心操作，均勻送鉆。采用液力加壓技術給鉆頭加壓，不但可使鉆頭獲得穩(wěn)定的鉆壓，而且還能起到吸震防跳、保護鉆頭鉆具、實現(xiàn)自動送鉆、保證井身質量等作用。是石油鉆井中一項投入小、效果明顯、容易操作的實用技術，值得推廣應用。在20 世紀90 年代國外首先將液力加壓技術應用于石油鉆井中。國內應用此項技術是在1996 年塔里木油田所鉆的和4井，在深部φ104.65mm小井眼中使用了美國貝克—休斯公司生產的85.73mm水力推進器。隨后國內西南石油學院、山東偉創(chuàng)石油技術有限公司等也開始研制相應工具，現(xiàn)場試驗均取得了一定的效果。但是由于多數(shù)現(xiàn)場技術人員對此項技術了解較少，對其工作原理及井下鉆具受力情況仍有不同認識，現(xiàn)場試驗應用的范圍有限等，因而使得該項優(yōu)越的技術不能廣泛推廣。下面結合試驗水力加壓裝置的現(xiàn)場實踐，論述液力加壓裝置的工作原理，分析其使用前后鉆具在井下的受力狀態(tài)，總結其所起的作用，回答使用該裝置時人們可能存在的一些疑問，提出現(xiàn)場應用的幾種鉆具組合。旨在為推廣應用此項技術提供理論依據(jù)和技術支持。
一、結構與工作原理
1、基本結構
如圖1-1所示：根據(jù)水力加壓原理研制的水力加壓裝置（單級）由上接頭、缸體（外筒）、活塞、心軸（花鍵軸）、花鍵體、下接頭等組成。其基本結構簡單，加工制造容易。
2、工作原理
水力加壓器在使用時連接在靠近鉆頭的下部鉆具中（上接鉆鋌，下接鉆頭）。鉆進（工作）時，開泵循環(huán)鉆井液，鉆具內高壓流體直接作用于活塞端面上，產生推力推動活塞下行，下接頭 花鍵軸 傳動軸 低壓腔 活塞 缸套 高壓腔 上接頭
通過與活塞相連的心軸（花鍵軸）傳遞推力給鉆頭，此推力即為鉆進時所需鉆壓。
3、液壓力計算
鉆井液從鉆井泵→地面管匯→高壓立管→水龍帶→水龍頭→鉆具內→鉆頭（噴嘴）→環(huán) 1 空→地面鉆井液罐→鉆井泵，形成一個循環(huán)系統(tǒng)，從而泵壓為：泵壓＝所有地面管匯壓耗＋鉆具內壓耗＋鉆頭噴嘴壓降＋環(huán)空壓耗當井身結構、鉆具組合、鉆頭噴嘴、鉆井液密度、排量等一定時，鉆具內某一點處的液體壓力是可以計算出來的。那么，在水力加壓裝置活塞上面（高壓腔內）的液體壓力也是可以求出的。即：液體壓力P＝鉆頭噴嘴壓降Pb＋加壓裝置以下鉆具內壓耗PL又當液力加壓裝置加工成后，其基本尺寸一定，通過計算即可求出當量面積S（或廠家給出計算面積）。
4、鉆壓計算
由上述分析可知：施加在鉆頭上的鉆壓的大小，與作用于活塞上的液體壓力、活塞有效面積以及液力加壓裝置以下鉆具、鉆頭的重量成正比。即
W=F+G1+G2+G3 式中：W——施加在鉆頭上的鉆壓，kN
G1——傳壓桿及接頭重量，kN
G2——液力加壓裝置以下鉆具重量，kN
G3——鉆頭重量，kN 如果水力加壓器直接接在鉆頭上，在鉆井實踐中可以忽略其他重量及裝置壓耗，那么液體壓力可近似等于鉆頭壓降，即：
P≈Pb
W≈0.1PbS
二、水力加壓器井下工作狀態(tài)分析
現(xiàn)場使用水力加壓器，應懂得其工作原理，了解其結構，會計算推力的大小，而明白其在井下工作狀態(tài)、受力情況更是使用好工具的關鍵。
1、工作行程
水力加壓器的工作行程即為活塞在缸體內移動的距離。此行程由研制者設計，加工成后，該行程也就固定了。此節(jié)主要說明在使用中如何觀察判斷。
使用液力加壓裝置鉆進前，鉆頭提離井底先開泵，此時活塞在下止點，行程全部打開，指重表顯示鉆壓為“0”。下放鉆具鉆頭接觸井底后，鉆壓很快升到計算值，在下放鉆具一個行程的距離，鉆壓保持不變，活塞到達上止點，此時停止送鉆，工具會保持一定鉆壓鉆進。當鉆壓顯示值減小時，活塞到達下止點，即完成一個工作行程。再次下放鉆具送鉆，開始下一
個行程的鉆進。此即為自動（在有效行程范圍內）送鉆功能。
2、受力分析
水力加壓器在井下怎樣工作，受力狀態(tài)如何，怎樣傳遞壓力，如何判斷壓力大小，常規(guī)使用鉆鋌加壓所稱“中和點”的概念還有沒有等，都是需要解決的問題，也有部分技術人員對此懷有疑問。筆者試圖通過液力加壓裝置在井下工作時受力情況的分析解決這些問題。（1）鉆壓顯示的分析
如圖2-1所示，液力加壓裝置可以看作是一個倒置的注射器。
圖中G為鉆具重量、G′為大鉤的承載力、F為高壓液體作用于活塞處的推力（向下）、F′為向上的液壓力、W′及W為地層巖石對鉆頭的反作用力。水力加壓器在井下有四種工況：
圖a為不工作（未鉆進）或液壓力大于實際鉆壓時，活塞位于工具的下止點（行程全打開）； 圖b為鉆頭接觸井底，液體推力F等于鉆壓W時，活塞在缸筒內處于浮動狀態(tài)（正常工作狀態(tài)）； 圖c所示為鉆頭接觸井底、液體推力F小于鉆壓W時，活塞位于上止點（行程關閉）時的情況。
中和點
圖 2-1 圖 2-2 圖 2-3 無論哪種情況，整個系統(tǒng)的受力可以簡化為: 大鉤的承載力G′、鉆具的重量G、向下的液壓力F、向上的液壓力F′、地層巖石向上的反作用力W。其關系式為： G′+F′+W = G+F 而 F = F′
則 W = G-G′
我們知道，“G-G′”
即為鉆壓，所以使用水力加壓器可像常規(guī)鉆井一樣，直接通過指重表觀察鉆壓的大小。（2）下部鉆具受力情況分析 就一般情況講，使用液力加壓裝置仍需要加入鉆鋌。但此時鉆鋌的作用不是直接給鉆頭加壓，而是平衡液壓推力的反作用力，以及為保證井身質量而使下部鉆具具有一定的剛性。
圖2-2為常規(guī)鉆鋌加壓的情況。為了保證一定的鉆壓，必須加夠一定長度的鉆鋌，使下部鉆 鋌的重量大于可能要施加的最大鉆壓。而靠近鉆頭L長度的鉆鋌的
重量正好等于鉆壓時，L長度處的點（截面）稱為“中和點”。中和點以下鉆鋌受壓力，（鉆具自身重量導致），以上鉆具受拉力。但是由于加壓不穩(wěn)，井下跳鉆等影響，中和點是上下移動的，中和點處的鉆具所受拉、壓交變應力變化頻繁，因而此處的鉆具極易疲勞破壞。圖2-3為使用液力加壓裝置的情況。
當液推力等于鉆壓時，活塞處于浮動狀態(tài)。因為裝置缸筒內徑（活塞直徑D）大于上部鉆鋌內徑（d），則在內徑變化處產生液體上頂力（F′），鉆鋌的主要作用之一是平衡此上頂力。顯然，F(xiàn)′小于鉆壓W，因而需要平衡, F′的鉆鋌的重量或長度也小于常規(guī)鉆鋌加壓所需要的重量或長度。
又因常規(guī)鉆鋌（加壓部分鉆鋌）的長度（中和點的位置）取決于加壓的大小，而使用液力加壓裝置所需鉆鋌的長度由液力加壓裝置的結構及上部所接鉆鋌的內徑決定（當然也和鉆壓有關），而且使用水力加壓器中和點的位置是固定的，且已不是原來中和點的意義了。
三、水力加壓器主要功能
在石油鉆井作業(yè)中應用水力加壓技術，其優(yōu)越性是在不需增加額外設備、不消耗額外能量的情況下，只接入一個液力加壓裝置即可改變常規(guī)鉆井靠鉆鋌加壓的模式，使鉆頭與鉆鋌由剛性聯(lián)結變?yōu)槿嵝月?lián)結，由給予鉆頭的硬性、變化的鉆壓變?yōu)榉€(wěn)定、柔性的加壓，大大改善了鉆頭和鉆鋌的工作條件。理論分析和現(xiàn)場實踐均表明，使用液力加壓裝置可以起到以下幾 個主要作用。
1、平穩(wěn)、恒定的加壓功能，有利于加快鉆井速度
眾所周知，鉆井作業(yè)中加壓鉆進，最忌忽高忽低，加壓不穩(wěn)。而常規(guī)鉆井靠司鉆操作，下放鉆具加壓，不但鉆壓傳遞滯后，也不可能保持恒定的鉆壓。加之鉆頭跳鉆、井斜鉆具托壓 3 等原因，更會使實際鉆壓不穩(wěn)。而采用水力加壓器會得到均衡、穩(wěn)定的鉆壓，因而有利于提高鉆井速度。
2、有效的吸震、防跳作用，能夠保護鉆頭和鉆具
常規(guī)鉆井中為了防止跳鉆，要使用減震器。減震器一般有機械式（彈簧減震）和液壓式（液壓有吸震）兩種。機械式易損壞，液壓式由于工具空間的限制，所加液壓油有限。而液力加壓裝置活塞上部是敞開的，整個鉆具內的上千米液體（鉆井液）均為吸震液體，從而能夠有效地吸震防跳，延長鉆頭和鉆具的使用壽命。
3、用于定向井、小井眼中，可提供穩(wěn)定、真實的鉆壓
在定向井中，由于鉆具摩阻力的影響，使鉆壓的傳遞滯后且極不穩(wěn)定，忽大忽小，容易出現(xiàn)“假鉆壓”現(xiàn)象。而且為了防止鉆具粘卡，一般要求司鉆“點送”鉆，這更加劇了鉆壓的不穩(wěn)定性。使用液力加壓裝置，在有效行程內，司鉆可以點送且送鉆下放的幅度大，不但能有效地克服摩阻力，還可保證鉆壓真實穩(wěn)定。小井眼使用小鉆具，由于柔性大、鉆具彎曲貼靠 井壁，同樣使加壓不穩(wěn)，出現(xiàn)假象。使用液力加壓裝置可在一定程度上克服此種現(xiàn)象的發(fā)生。
4、在行程范圍內實現(xiàn)自動連續(xù)送鉆，減輕司鉆的勞動強度
常規(guī)鉆進時要求司鉆精力集中，連續(xù)送鉆，此時司鉆就要不停地抬、壓剎把，稍有不慎，就會出現(xiàn)溜鉆現(xiàn)象，司鉆的勞動強度較大。而使用液力加壓裝置司鉆可以“點送”，即間歇送鉆就可保持一定鉆壓鉆進。如裝置設計行程為0.3米，天車、游車為5×6繩系，則絞車滾筒外緣轉動3米相當于鉆具下放0.3米。那么司鉆一次下放0.3米即可煞住剎把，讓工具自動送鉆。這樣，不但便于司鉆觀察情況，也大大緩解了其精神緊張的壓力，降低了勞動強度。
5、增強了下部鉆具的剛性，有利于防斜打直，保證井身質量
下部鉆具的彎曲是導致井斜的一個重要原因。為了保證下部鉆具的“直”，技術人員采取加大鉆具直徑、設計不彎鉆鋌等辦法。而采用液力加壓裝置即可增加下部“直”鉆具段的長度，相當于增強了下部鉆具的剛性。在常規(guī)鉆井中，下部鉆具由于自重而引起彎曲，其產生彎曲（一次彎曲）的長度（重量）與施加的鉆壓密切相關。為了不使鉆具彎曲就要控制鉆壓。而使用液力加壓裝置后使鉆具彎曲的長度（重量）只與該裝置與上部所連接鉆具的臺階處產生的上頂力有關，顯然，該上頂力小于鉆壓，因而增加下部“直”鉆具段的長度。如在φ215.9mm井眼中使用φ158.75mm、內徑為φ71.44mm的鉆鋌，鉆井液密度為1.2g/cm3，經過計算可知，鉆鋌長度達到38.9 m時就發(fā)生彎曲（一次彎曲）。為保證井身質量，可施加的鉆壓不能超過40.14kN。若使用φ165mm液力加壓裝置，鉆壓可控制在55.483 kN，提高了 38.22%。這樣，在可比常規(guī)鉆具組合加壓大的情況下，還能保持鉆具不發(fā)生彎曲，相當于增強了鉆柱的剛度。
6、配以適當?shù)你@具組合，可以起到良好的降斜作用
前已述及，平穩(wěn)加壓、保證鉆具的剛性，是防止井斜、保證井身質量的重要因素。而在需要降斜時，采用液力加壓裝置配以適當?shù)你@具組合，可以提高鉆具穩(wěn)定器的位置，增大鐘擺降斜力，從而起到較好的降斜作用。
四、注意問題
現(xiàn)場使用水力加壓器，有幾個問題需要注意。
1、鉆壓的調節(jié)
在鉆進中，由于情況的變化需要調節(jié)鉆壓。在設計水力加壓器時，均考慮了現(xiàn)場實際情況，根據(jù)不同鉆具組合及鉆頭尺寸設計了不同尺寸、不同級別（單級、雙級、多級）的工具。同時還可設計截流塞用于調節(jié)鉆壓的大小。現(xiàn)場可根據(jù)需要選擇不同規(guī)格、不同級別的液力加壓裝置。并根據(jù)實際組配鉆頭噴嘴，以使其產生所需要的壓降。另外，由于目前鉆井所用鉆 4 井泵，其功率、排量都較大，有調節(jié)的余地，可在鉆進時適當調節(jié)滿足鉆壓需要。在上述都調節(jié)不成時，水力加壓器允許在關閉或打開狀態(tài)下鉆進，即超過或小于液推力的情況下鉆進，只是減震等效果稍差。
2、如何防止鉆鋌彎曲
通過前面分析，為了平衡液壓推力的反作用力，需要加入一定數(shù)量的鉆鋌。而在一定情況下，即反推力達到一定值后，鉆鋌也會彎曲。如在3.5所舉實例中，要施加70—80 kN的鉆壓，那么噴嘴壓降要達到70 MPa，此時產生的上頂力為50.057kN，超過了使鉆鋌產生彎曲最低壓力40.14 kN，鉆鋌自然會彎曲。解決的辦法：一是根據(jù)實際優(yōu)選、設計好水力參數(shù)，調節(jié)好鉆壓值，盡量不使上部鉆具彎曲；二是可在水力加壓器下面接少量鉆鋌調節(jié)鉆壓;三是在液力加壓裝置上面使用大水眼鉆鋌，通過減少大、小水眼過度臺階處的環(huán)形面積來減小反推力，以保證整個鉆具的不彎曲。
3、水力加壓器安放位置
從工具本身講，水力加壓器可以安放在鉆柱組合中的任何位置。但要使其有效發(fā)揮作用，原則是越靠近鉆頭效果越好。一般距離鉆頭不要超過3根鉆鋌的長度。
4、水力加壓器的使用技術
現(xiàn)場使用技術，是一項新工藝、新技術成功并取得較好效果的關鍵，特別是對于還未推廣開的技術，更要講究使用操作。液力加壓技術的推廣，不但要靠設計人員研制可靠、實用的工具，更要依賴于現(xiàn)場推廣技術人員的辛勤工作。在此不再贅述。
五、推薦鉆具組合
根據(jù)筆者參與水力加壓器現(xiàn)場應用的體會，結合理論分析，推薦現(xiàn)場使用水力加壓器的幾種鉆具組合如下。
1、鉆頭+水力加壓器+鉆鋌
此種組合是常用組合?？梢杂行У姆乐固@，施加穩(wěn)定的鉆壓。下部鉆具的剛性較強，有利于保證井身質量。若使用PDC鉆頭，因其所用鉆壓較小，因而更容易操作，使用效果更明顯。
2、鉆頭+水力加壓器+鉆鋌18—23m+穩(wěn)定器+鉆鋌
此種組合為鐘擺鉆具組合，有利于防斜打直。特別適合于糾斜、降斜時使用。因穩(wěn)定器以下鉆具均處于不彎狀態(tài)，且比常規(guī)組合長（重），降斜力增大，可適當增大鉆壓，在達到降斜效果的情況下，加快鉆井速度。
3、鉆頭+鉆鋌2根+水力加壓器+鉆鋌
這種組合一方面可調節(jié)由于現(xiàn)場條件的限制（如壓降有限），液壓推力不夠的情況，另一方面更增加了下部鉆具的剛性（鉆鋌少不易彎曲），能起到一定的穩(wěn)斜效果。
4、鉆頭+穩(wěn)定器+水力加壓器+穩(wěn)定器+鉆鋌1根+穩(wěn)定器+鉆鋌
在這種滿眼鉆具組合中，水力加壓器相當于短鉆鋌的位置，可以在穩(wěn)斜鉆進中使用。但近鉆頭穩(wěn)定器最好加兩個，以保證穩(wěn)斜效果。上述是推薦使用的液力加壓裝置的幾種常用鉆具 組合。現(xiàn)場使用液力加壓裝置時，不只限于這幾種組合。應根據(jù)鉆井實際，結合工具的結構尺寸合理搭配鉆具，以使其發(fā)揮更好的作用。
六、水力加壓器應用實例
由山東偉創(chuàng)石油技術有限公司研制的不同規(guī)格的水力加壓裝置，已在勝利、西部鉆探、川東北、長慶、吉林、華北、塔里木等油田的數(shù)百口井使用，技術經濟效果明顯，典型實例如下:
1、華北油田S50井 該井是一口重點探井，? 311mm鉆頭鉆至館陶底地層時跳鉆嚴重，為防止跳鉆使用水力加壓裝置（H437鉆頭），從井深2069.76米鉆至2307.70米，進尺237.94米，純鉆時間78.16小時，平均機械鉆速3.14米/小時。鉆進中鉆頭工作平穩(wěn)，綜合錄井儀顯示大鉤負荷、鉆壓、扭矩曲線平滑，明顯優(yōu)于上、下未使用水力加壓裝置時鉆頭工作曲線。且起出鉆頭新度較高（綜合評定75%），無一斷掉齒現(xiàn)象。與未使用水力加壓裝置的鄰井同井段相比，平均機械鉆速提 高28%，起到了很好的防跳、延長鉆頭壽命、提高機械鉆速的效果。其鉆具組合為： 1/2 ″HA517+6 1/2 ″水力加壓裝置+6 1/4 ″NDC×1根+6 1/4 ″DC×1根+Φ214扶正器+6 1/4 ″DC×19根+5″DP
2、塔里木油田TZ1井
該井吉迪克組上部地層的蘭灰色泥巖，巖性致密堅硬，可鉆性差。用? 444.5mm大鉆頭鉆進時，跳鉆極為嚴重，加之該地區(qū)地層傾角大，易井斜，無奈采用輕壓（80-100kN）、低轉（45rpm）的措施勉強鉆進。此種情況下使用了水力加壓裝置，采用150-180 kN鉆壓、95rpm的轉速鉆進，不但有效地避免了跳鉆現(xiàn)象，加快了鉆井速度，而且還保證了井身質量，起到了較好的防跳、防斜、加快鉆速的作用。平均機械鉆速比同井上部井段未使用水力加壓裝置時提高了25%;單只鉆頭進尺明顯高于相鄰兩口井同井段、同型號鉆頭，平均機械鉆速分別提高75.4%和132%;使用液力加壓裝置前的最大井斜為3.7°/358米，使用后最大井斜2°/844米。
3、華北油田WG2井
WG2井是一口重點預探井，設計井深5400 m。二開? 311.1mm鉆頭鉆到2500 m時井斜已達7.5°，只好采用小鉆壓吊打糾斜，待井斜降下來以后，加大鉆壓鉆進又斜了出去，這樣反復多次，不但降斜效果不明顯，而且嚴重影響了鉆井速度，不得已又采用螺桿鉆具＋彎接頭反摳降斜，到3100 m時井斜降至2.5°。為保證井身質量，又加快鉆速，下入SJ229B水力加壓裝置。該裝置入井后采用正常參數(shù)鉆進，鉆壓180-240 kN，鉆到井深3224 m時，井斜降為 0.5°。以后又連續(xù)兩次入井，最后鉆到3453 m中完井深后起出。該裝置累計入井3次共450.5 h，純鉆226.5 h，進尺353 m，平均機速1.56 m/h（最快時4-5 m/h，錄井人員怕漏撈砂樣不允許鉆速太快），比上部600 m機械鉆速提高二、三倍（鉆上部600 m用了兩個月時間，平均每天10 m左右），同比WG1井機械鉆速提高51%。鉆頭壽命也有明顯提高，無崩斷齒現(xiàn)象。其鉆具組合為：
φ 311 鉆頭＋水力加壓裝置＋φ203NDC ＋φ203短DC＋φ308F＋φ203DC＋φ178DC＋ φ127DP
4、塔里木油田KL204井
該井位于山前構造帶，地層傾角大（45°?55°），極易井斜，為防井身質量超標，通常采用鐘擺鉆具結構，小鉆壓吊打的方式鉆進，以犧牲機械鉆速來保井身質量。KL204井以防斜、加快鉆速為目的，在二開第二只鉆頭下入SJ203B水力加壓裝置，使用井段為592?818 m，鉆壓為120-200 kN，既解放了鉆壓，又控制了井斜，在保證井身質量的前提下機械鉆速比 上下兩只鉆頭分別提高70.3%和145.74%，比鄰井KL201井提高77.25%，起出鉆頭新度為60%。
結 論
水力加壓技術是一項投入小、見效快、操作簡便、經濟有效的實用技術。理論分析和現(xiàn)場實踐都表明，使用液力加壓裝置能夠有效地起到平穩(wěn)、恒定加壓、吸震、防跳、保護鉆頭、鉆具，延長其使用壽命、加快鉆井速度、保證井身質量、減輕司鉆勞動強度等作用，值得大力推廣應用。由于液力加壓技術還是一項沒有被現(xiàn)場人員普遍認識、接受的新技術，因此推廣應用此項技術，還需要科技人員大力宣傳其優(yōu)越性，需要研制人員和現(xiàn)場技術人員緊密結合，6 共同制定符合現(xiàn)場實際的使用措施，用實際使用的對比效果來表明其有效作用?？蒲腥藛T要不斷完善液力加壓技術，研制使用范圍更廣、更加適合于現(xiàn)場調節(jié)的工具，以不斷拓展其 功能，使其發(fā)揮更大的作用。
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