根据阴阳平衡原理发明的采油新技术及其验证试验

根据阴阳平衡原理发明的采油新技术及其验证实验摘要：由于没有哲学的指导，注水油田的开发并没有走在正确的道路上，其一味地以注水、注聚、注三元等性质相同的技术（均属阳性技术）进行开发，致使采收率不高的情况下，产液含水和油水井密度已攀升到经济效益容许的极限，这条路现已走到了尽头。“一阴一阳谓之道、偏阴偏阳谓之疾、阴阳离决谓之死”是中国古代阴阳学说对万事万物生老病死的高度概括。大庆油田正是由于处在注水强势、堵水弱势的阳盛阴衰状态，才是使其进入特高含水期并走向“枯竭”的根本原因。为了通过加强堵水来恢复注水和堵水的阴阳平衡，特发明了“水平井注堵水剂解决石油开采三大矛盾的方法”和“水平井压裂缝填充覆膜砂建立透油阻水筛的采油方法”。1根据阴阳平衡原理确定正确的采油技术研发方向1.1阴阳平衡原理简介阴阳学说是七千年前人文始祖伏羲创立的，该学说认为阴阳平衡是万事万物健康存在的根本。凡是运动的、外向的、上升的、温热的、明亮的都属于阳；相对静止的、内守的、下降的、寒冷的、阴暗的都属于阴。宇宙间万事万物皆生于阴阳，阴阳是宇宙间万事万物共同的基因和密码，历次重大科学发现无一不证明这一学说的正确性，如时间和空间就是一对阴阳互动的对立统一体，二者共同构建了宇宙万事万物存在和发展的平台，这在爱因斯坦相对论得到很好的阐述，说明中国最古老的哲学和最现代的科学是高度统一的。阴阳学说是中医及中华传统文化的总源头。相对于人体来说，只有阴阳平衡，身体才能健康，阴阳失衡则是病态，中医利用这个原理拯救了无数人的生命。为了形象地表示阴阳平衡使一个事物健康存在的原理，我们的祖先用如下图1所示的阴阳图表示这个原理。图1阴阳平衡原理图和采油研发体系存在短板示意图1.2根据阴阳平衡原理确定正确的采油技术研发方向因为采油技术研发方向的正确与否直接关系到油田的未来，故在堵水短板2特高含水的今天有必要重新审视一下我们的采油技术研发方向。大部分油田的采收率不超50%，产液含水却达到了95%，这说明油田正处于一种病态的开发过程。既然阴阳学说适用于万物，下面我就用该原理分析一下目前水驱砂岩油藏存在的问题，并指出正确的采油技术研发方向。只有开出正确的药方，才能药到病除，延长油田开发寿命。砂岩油田多以注水、注聚、注三元为主，在属性上应该属于运动的，即属阳性，那么按照阴阳学说的相克相生原理，就应该有一个静止的、阴性的与之相抗衡。顾名思义，堵水与注水应该是相克相生的一对，只有当注水与堵水处于平衡状态，油田才能处于健康的开发状态。当阳盛阴衰时，即注水、注聚、注三元处于强势、而堵水处于弱势时，则产液含水上升，升高到一定程度就必须停产，进入死亡状态；当阴盛阳衰时，即堵水处于强势、注水等处于弱势时，则水井不吸液、油井不产液，如不加处理，则进入死亡状态。上述两种死亡状态都是阴阳失衡的最终结果，按阴阳学说就是阴阳离决谓之死。油田注水开发初期，注水和堵水是平衡的，产液含水很低。但随着大孔道的日益增多，注水和堵水的平衡被打破，使注水逐渐处于强势而堵水处于弱势。目前大庆油田综合含水超过95%，这明显是阳盛阴衰的外观表现，这说明我们多年的采油技术研究过度地集中于各种注入技术，使阳盛；而在属阴性的堵水技术上，在油层内部我们多年来只局限于浅调剖和深度调剖，但因这些堵水措施无法封堵在油层最佳位置处（剩余油富集区），使该堵水措施无法适应目前特高含水期开发的需要，这就使大庆油田多年来逐步走向阴衰状态。基于上述认识，在油田进入特高含水的今天，堵水技术攻关是注水油田可持续开发的唯一出路，只有通过增加堵水的强势使注水和堵水恢复到最佳平衡状态，才能使油田恢复健康状态。但多年来，我们技术研发只是一味地集中于各种注入技术，这样的研发体系是不健全的，使堵水技术成为研发体系里的短板，由于堵水这快短板的存在，使采收率无法得到提高。只有弥补短板的不足后，长板才能发挥其更大的作用，也就是说堵水短板弥补后，聚驱后油层还可以进行二次注聚（即堵水是聚驱和三元驱提效的重要手段，产生1+1＞2的效果），如图1所示的堵水短板图。为提高油层内部堵水效果，根据自然辩证法，我们只有两条路可走，一条是通过堵水剂量变的积累提高堵水效果，这就是深度调剖，3但通过量变积累实现质变需成本上升，故多年来一直未形成主导技术；第二条路是通过堵水剂在油层空间结构形状或位置变化提高堵水效果，这种实现质变的方法具有事半功倍的效果，但油田开发史上从未尝试过该方法，也是本文主要阐述的方法。为通过堵水剂在油层内空间位置变化提高堵水效果，模拟水利工程的防洪大坝设计出了“水平井注堵水剂封堵油层注水道解决石油开采三大矛盾的方法”；模拟建筑工人筛分沙子原理设计了“水平井压裂缝填充覆膜砂建立透油阻水筛的采油方法”。这两种方法无需大规模的井站加密，是高密度油水井油田进一步深度开发的唯一出路。2水平井注堵水剂封堵注水道解决石油开采三大矛盾的方法多年注水开发的砂岩油藏产生的三大矛盾有层间矛盾、同层内纵向矛盾和平面矛盾。这三大矛盾作用的结果是注入水只沿大孔道或高渗透层流动，并在水流冲刷不到的区域留有大量的剩余油.，最终在采收率不是很高的情况下，被迫关井停产。要大幅度提高采收率，就必须解决这三大矛盾。2.1同层内平面矛盾的解决由于平面矛盾的存在，必然在滞留区和低渗区存在剩余油。为解决平面矛盾，在主力油层五点法中，我们可以沿着剩余油富集区块垂直于主流线方向钻水平井组，并通过这些水平井注入堵水剂，堵水剂必然优先在渗流阻力低的高水淹段或高渗段进入油层，难于在渗流阻力高的剩余油富集段进入油层（即智能堵水）。然后将水平井一侧的垂直井全改为注水井，另一侧垂直井全改为采油井（即行列井网），如图2所示（以各向同性的理想状态油层为例）。图2水平井注堵水剂解决平面矛盾示意图通过水平井组注堵水剂和其一侧全改为水井、另一侧全改为油井剩余油富集区水平堵水井选择性堵水剂4后，原注水道将被堵水剂堵塞，注入水就被迫按图2箭头所示方向流动，使主流线改为分流线，分流线改为主流线，其结果是将富集区的剩余油冲到采油井处，从而实现堵水采油的目的，其效果达到了解决平面矛盾的目的。2.2同层内纵向矛盾的解决受同层内纵向矛盾的作用，使剩余油在纵向上多集中在厚油层顶部。为解决这个矛盾，可使水平段在纵向上位于厚油层底部，注入堵水剂封堵底部注水通道后来开采顶部剩余油，如图3所示。厚油层底部注水通道被封堵后，水流被迫向顶部剩余油处冲刷，将顶部剩余油冲到采油井处，其效果达到了解决层内纵向矛盾的目的。图3水平井注堵水剂解决层内纵向矛盾示意图2.3层间矛盾的解决对于多油层油藏，由于各油层间存在渗透率的差异（即层间矛盾），致使水流沿高渗层流动，而低渗层石油无法动用。水平井只在垂直方向上射孔后进行压裂，裂缝开裂方向不再受上部覆盖层重力的影响，只向上或向下开裂，可同时压裂多个油层或夹层，此时我们通过垂直裂缝注入选择性堵水剂，堵水剂必然沿垂直裂缝优先进入渗流阻力低的高渗透层（即智能堵水），如图4所示。高渗层被封堵后，再通过垂直井的注水和采油，就可动用低渗层剩余油，其效果达到了解决层间矛盾的目的，此时可恢复油田早期笼统注采的开采方式，无需再进行精细地质研究和精细注水挖潜等。采油井死水区注水井顶部剩余油冲刷区冲刷区水平堵水井堵水剂5图4水平井压裂多油层后注堵水剂解决层间矛盾示意图横断面图综上所述，通过油层中合理位置处的水平井注堵水剂阻断注水通道和大孔道，再结合垂直井的注采系统调整，相互构成协调配合的统一整体，就可彻底解决高含水油藏的三大矛盾，使注水水流在整个油藏空间内发生彻底改变，由沿大孔道和高渗层流动改变为沿剩余油富集区和低渗层流动（即主流线和分流线互换），并将剩余油推到采油井处，实现水找油的目的（即智能注水），其效果达到了通过堵水措施恢复油层内注水与堵水相平衡的目的（即阴阳平衡）。2.4验证实验。中石油勘探开发研究院研发的“水平井置胶成坝深部液流转向技术”的原理与“水平井注堵水剂解决三大矛盾的方法”完全相同，因此本文借用“水平井置胶成坝深部液流转向技术”的物理模拟结果如下表1所示。由表可知，该项技术可提高水驱采收率27.3%，并明显优于同等条件下深度调剖的试验结果。表1水平井置胶成坝物理模拟试验结论表模拟试验方案采出程度（%）直接水驱采出程度（%）采收率提高值（%）1个胶坝水驱73.65617.62个胶坝水驱83.327.33水平井压裂缝填充覆膜砂建立透油阻水筛的采油方法在应用水平井注堵水剂解决三大矛盾时，堵水剂注入过多时容易造成堵水强势、注水弱势的被动局面。如果改用透油阻水材料，则可实现注水、堵水最佳的平衡状态，而北京仁创集团发明的具有透油阻水功能的覆膜砂恰巧迎合了这种需要。覆膜砂是将高温融化状态下的树脂覆裹于砂粒表面而形成的，由于覆膜砂表面与油、水间界面张力不同，使原油流过覆膜砂缝隙的渗流阻力变小，而水流过覆膜砂缝隙注堵水剂垂直裂缝堵水剂堵水剂隔层石油水平段6的渗流阻力变大，当油水混合液流经覆膜砂缝隙时，就可将油和水筛分出来。但目前只是沿用传统技术，该覆膜砂被直接用作采油井压裂缝的支撑剂，在抽油机上冲程过程中进入井筒液流流速极高，使大量水瞬间透过覆膜砂缝隙进入井筒并挤占油的流动空间，使其透油阻水功能荡然无存。而透油阻水筛采油法是将覆膜砂放置在油层流速最慢的位置，可滴水不漏地将石油从水中筛分出来。3.1覆膜砂直接用作裂缝支撑剂无法进行油水筛分的原因具有透油阻水功能的覆膜砂只有在低流速下才能将石油从水中筛分出来，高流速时，其透油阻水功能则荡然无存，这可通过油井底部液流流速进行预测。通过液流流速预测：下表试验记录是仁创集团为验证覆膜砂透油阻水性能所作的实验结果，在下表的油水混驱一栏中，当驱替液流速从5mL/min增加到10mL/min后，过滤后液中油水体积比由6：4变化为5.8：4.2。这一变化说明，随着流速的升高，过滤后液体中含水在上升，覆膜砂的透油阻水功能在降低。表25：5油水混驱透过覆膜砂试验数据驱替液流速（mL/min）驱替压力（Mpa）滤后油水比例油水混驱50.025油水体积比6：4100.048油水体积比5.8：4.2而在油井实际生产过程中，抽油机上抽过程中油水混合液要在更大的流速下进入油井（为试验流速的数百倍），在如此高的生产流速下，进入井筒内部混合液的油水比例与井筒外部混合液的油水比例是相差无几的，使覆膜砂的透油阻水功能荡然无存，需要全新的覆膜砂使用方法来改变这种状况。王德民院士所作的利用相渗透率改善剂提高采收率的压裂方法失败原因也是由于井下液流流速过高，使改善剂的改善功能彻底消失造成的（违背了《孙子兵法》避实击虚原理）。按照《孙子兵法》避实击虚的作战原则，以己之长克敌之短，才能百战不殆。据此原理，覆膜砂应该避开井筒附近压力梯度大、流速高的区域，转而应该去攻击压力梯度小、流速慢的区域，只有通过这种避实击虚的方法，才能充分发挥覆膜砂低流速下滴水不漏的优点，避免其高流速严重漏水的缺点。为此用覆膜砂在油层中压力梯度最小、流速慢的油水井中间建立透油阻水筛的采油方法，必然能滴水不7漏地将油从水中筛分出来。3.2透油阻水筛采油方法简介为了截断注入水在孔道中的流动、增强油的流动性，我们可以在注水井和采油井中间的水平井垂向压裂缝内用覆膜砂作支撑剂，在油层中建立一道“透油阻水筛”来过滤油水混合物，使原油透过筛子流向油井，而水被阻挡在筛子的另一侧。该透油阻水筛将原油开采区分隔成注水区和采油区，图5为多小油层内建立的透油阻水筛及生产过程横断面图。由于透油阻水筛放置在液流流速最低的位置处，故可滴水不漏的将原油从水中筛分出来，且筛分出的原油可沿纵向裂缝在油层间纵向流动，并优先聚集在渗流阻力低的在大孔道和高渗层内而形成挡水油墙，并通过挡水油墙堵水作用解决石油开采的三大矛盾。此时的高渗层和大孔道内也会有大量原油流出，故油水井可恢复油田早期笼统注采的开发方式，无需再进行精细地质研究和精细注水挖潜。图5多油层内建立透油阻水筛及生产过程横断面图3.3透油阻水筛堵水效果预测及验证实验3.3.1效果预测覆膜砂的性能和驱替压力（或液体通过的流速）决定了透油阻水筛的堵水效果。根据室内演示试验，水在驱替压