探索科学开发

　　油田开发的初步实践，使科学家们去探索油田的科学开发。

　　布劳库依库尔研究了加拿大奥依尔一斯普利格斯油田的1 1000口油井，认为有3000口井是多余的，提出要确定一个油田开采的临界井数。

　　1925年，在苏联莫斯科召开油藏保护与合理开发问题会议，苏联人阿布拉莫夫提出应把油藏作为一个单个对象，即整体考虑来进行开采。

　　1933年，美国人马斯盖特等人利用模型来模拟不同井网的面积扫及效率。1936年，薛尔绍斯推导出油藏的物质平衡方程式。1936---1938年，美国人普勒和薛尔绍斯等人，提出测定束缚水饱和度的办法，开始以岩石孑L隙空间百分比来表示水、油、气的饱和度的概念。次年，马斯盖特又提出“流度比”的概念。

　　1939年，苏联人克留切夫提出，对巨厚油层组要划分成几个单独开采的对象；要扩大井距。

　　1941年，美国人莱弗里特和巴克利提出水驱油的前缘驱动方程式，建立了基本的注水理论。第二年，苏联人B?M?巴磊歇夫试验证明，在水压驱动的油藏，井网密到一定程度后，油产量不再增加。这一年，东得克萨斯油田开始全面注水二次采油，一次采油量为可采储量的22．9％，油层压力下降39％。

　　先期注水开发

　　20世纪40年代苏联对杜依玛兹油田的先期注水开发，是二次开发的又一次革命。因为先前的注水开采都是在油田一次开采到产量降得很低的时候才转而注水的。而杜依玛兹油田的开发，则是在油田投入开发时，一开始就有意识地在钻开发井网的同时，钻注水井网；第一批油井投产时，油田就开始注水，保持油层的压力，使油田可以长时间高产、稳产，而且达到较高的采收率。

　　杜依玛兹油田发现于1944年。要求1945年投入开发。格?克?马克西莫维奇建议采用稀井网和早期边外注水。1945年，在莫斯科石油学院成立设计研究部，采用了马克西莫维奇的意见，编制了杜依玛兹油田泥盆系油藏初步开发设计。在油区内部钻生产井网。在油区外面钻一系列注水井，在西北部，注水井排离第一生产井排5～6千米；在东南部，这个距离只有0．6～1．5千米。1944?1955年是第一开发阶段。1955年共有生产井698口，注水井59口，年产油1050万吨(产液量1570万吨)。1955--1962年为第二阶段，年产量保持在1200万吨左右，但产液量增加到1960万吨。整个油田边外注水17年。1962年开始加上边内(即油区以内)注水，1967年最高产量达到1390万吨。

　　1952年，苏联对罗马什金大油田一开始就实施早期边内加边外注水开发。用注水井排把油田分割为23个有单独井网的开发区。生产井排距1000米，井距600米；注水井井距1000米，第一生产井排距注水井排2000米。设计采收率高达60％。年产量节节上升，1964年达到5000万吨；1970年达到8150万吨，稳产到1975年。1976年为7775万吨，1979年6800万吨。

　　1960年我国大庆油田发现后，就吸收苏联的经验，采用先期注水开发，使油田得以长期高产、稳产。

　　储层改造

　　世界上有大量油气田的储集层相当致密，孔隙率和渗透率很低，因而油气井的产量很低。怎样使这些致密储集层得到更有效的开发?人们开始对储油层主动进攻，对其岩性进行人工改造，以提高产量，提高采收率。

　　1931年美国印第安纳标准石油公司(后来的Amoco)的上游子公司Stanolind石油公司在它位于塔尔萨市中心的办公大楼里开辟了一个实验室，开展油井酸化工艺的研究。把酸液注入碳酸岩盐岩地层，可以增加油井产量。其实，早在1895年，印第安纳标准石油公司就曾经对利马油田的一VI油井注入一定浓度的盐酸，见到了增产的效果。它的发明者是怀丁炼油厂化学工程师弗莱希(Herman Frasch)，1896年获得了专利权；同时，该厂总经理戴克(John VanDyke)获得另外一项专利，即用硫酸作为酸化液。但是，注下去的酸液会迅速腐蚀油管、套管，因此，不解决缓蚀问题，酸化是不可能实施的。

　　20世纪30年代初，陶氏(Dow)化学公司研发出了酸缓蚀剂，普尔石油公司主动和它合作，试验对石灰岩油层进行酸化。1932年2月11日，在密歇根州伊莎贝拉县Chippewa附近的Fox一6号井，用了500加仑酸液，加人含砷的缓蚀剂。这口原先不产油的井每天生产原油16桶(约2．2吨)。随后又处理了几口井，有的效果更好。陶氏化学公司于是成立道威尔(Dowell)公司实现商品化和工程化的酸化服务。这一年，成立了好几家公司搞酸化处理。

　　与此同时，哈里伯顿(Halliburton)注水泥公司于1930年初在邓肯设立了化学实验室，聘请化学家海登?罗伯茨(Hayden Roberts)主持研究工作。1933年，罗伯茨对酸化问题进行了调查和试验。他发现，盐酸和其他酸类在一定的压力下进入石灰岩或其他碳酸岩油层中，可以扩大岩石中的空隙或裂隙，扩大油的流动通道，使原油更加通畅地产出。1933年5月，哈里伯顿公司在得克萨斯州Archer附近King Royalty Co．的一口油井用盐酸加氢氟酸的混合液进行酸化，结果地层出砂。

　　1933年5月16日，Stanolind石油公司的威尔逊(J．R．Wilson)获得了关于用氢氟酸酸化砂岩地层的专利权；文德格里夫特(J．G．Vendergrift)获得关于运用矿物酸和氢氟酸混合液的专利权。

　　哈里伯顿公司受让了这些专利权，1935年形成了酸化的工艺，有了配套的装备，开始为客户提供酸化的作业服务。

　　改造储层的又一项重要技术是水力压裂。这就是用高压泵把特制的压裂液挤进储油(气)地层，人为地造成新的裂缝，或者扩大原有的裂缝，然后再挤入一定数量的支撑剂，撑开这些裂缝，不让它们重新闭合，从而为地下原油造成更多、更大的通道。

　　水力压裂这一技术的先驱者也是Stanolind石油公司。它从第二次世界大战结束后就开始研究和开发。20世纪40年代后期它们获得了专利权，名称是Hydrofrac(水力压裂)。1949年，Stanolind石油公司在俄克拉何马州的阿尔马(Alma)油田Pickens l号井进行了第一次压裂作业。承担施工作业的是哈里伯顿公司。为了使这项技术得到广泛应用，Stanolind石油公司把专利使用权独家转让给了哈里伯顿公司。

　　哈里伯顿公司认定这是一项很有前途的实用技术，在总工程师比尔?奥斯利(Bill Owsley)主持下，为此投入了数十万美元(这在当时是相当可观的了)，包括在伊利诺伊州萨勒姆建了一座工厂继续加以开发，研制多种压裂液和支撑剂，研发配套的工艺装备，于1949年首次商业化应用，在俄克拉何马州阿尔马油田上一口4882英尺(约1488米)深的油井中注入了150磅(约70千克)砂子作为支撑剂。

　　当时用作压裂液的有：原油、汽油等；用作支撑剂的有沙子、坚果壳、细铅粒等。

　　自此，哈里伯顿公司由一家专业的固井服务公司发展为能施行多种增产措施的油田服务公司。

　　1949?1977年间，美国采用压裂技术，使70亿桶(约9．46亿吨)石油地质储量变成了可采储量。20世纪80～90年代，平均每年施行压裂作业5万～6万次。

　　20世纪70年代，发展起多层压裂技术，可以压开同一口油井贯穿的多个油层。一种是运用多个封隔器加上桥塞的组合，由下而上，逐层压裂。对不同油层可以采取不同的压力，注入不同数量的压裂液和支撑剂。1975年在东得克萨斯油田，进行了对14个油层，埋深2745～3048米，总厚度457米的砂岩地层施行了压裂，取得了成功。

　　另一种是采用选择性封堵球(小的蜡球、铝球、包裹橡皮的尼龙球等)，把暂时不压裂层段所射开的孔堵塞，使压裂液携带支撑剂进入预定地层。1968?1971年间，埃克森公司的委内瑞拉子公司??克里奥尔公司在马拉开波盆地玻利瓦尔湖岸油区开展了封堵球压裂，平均压裂13级，最多达52级。用液量最高3940立方米，用砂419吨。1968年施工60次，平均日产量：压裂前165立方米，压裂后815立方米，到年底为530立方米。