專利名稱：烴采收作業(yè)中采用壓力瞬變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及烴采收作業(yè)(烴采收操作，hydrocarbon recovery operation)以及一種用于增加這些操作的效率的方法，其旨在增大從地下儲(chǔ)層(subterranean reservoirformation)的烴采收率和增大通過多孔介質(zhì)的滲透。
背景技術(shù)：
烴采收作業(yè)通常會(huì)涉及寬范圍的工藝，涉及用于從地層中采收烴的流體流動(dòng)操作 的使用和控制，包括例如向地層中引入或注入流體如處理液、固結(jié)液或水力壓裂液，注水作業(yè)，鉆井作業(yè)，對(duì)出油管和井眼的清理作業(yè)，以及在井眼中的注水泥(cementing)作業(yè)。在烴采收作業(yè)中采用壓力脈沖技術(shù)(PPT)在近年來已得到重大關(guān)注，并且存在許多其中包括了 PPT的專利申請(qǐng)和專利。烴采收作業(yè)例如會(huì)需要用于清理套管、來自井眼區(qū)域附近的沉積物、穿孔和濾網(wǎng)的工具。在具有增大的水產(chǎn)量(注水工程項(xiàng)目)的井中和地?zé)峋?，水垢和沉積物累積常常是產(chǎn)量下降的主要原因。除去這樣的累積物的常規(guī)方法如酸洗、電纜切削以及甚至替換采油管和出油管，其昂貴或僅提供有限的成功。清理流體流動(dòng)通道或井眼的另外的方法涉及使用脈動(dòng)流體流，如在例如W02009/063162和W02005/093264中公開的，其中使用脈沖流體流用于清理表面被描述為相比于穩(wěn)定流體流是有利的。其中已描述了應(yīng)用壓力脈沖的另一種烴采收作業(yè)包括向井眼基質(zhì)中化學(xué)引入處理液或向地層中引入處理液。這樣的方法的有效性尤其取決于引入流體透過經(jīng)常包括通常是低滲透性的頁巖、粘土和/或煤層的地層的能力。而且，井經(jīng)常位于地層的未固結(jié)部分中，該部分含有能夠隨著烴和流體的混合物的流動(dòng)而移出地層并進(jìn)入井眼的粒子。這些粒子(如砂子)的存在是不希望的，因?yàn)樗鼈兛赡芷茐谋煤推渌a(chǎn)設(shè)備。一種常規(guī)方法是向未固結(jié)區(qū)域施用樹脂組合物，然后在用流體對(duì)該區(qū)域進(jìn)行后沖洗(after-flush)以從該區(qū)域的孔隙空間除去過量的樹脂。這樣的樹脂固結(jié)方法被廣泛使用，但是受固結(jié)液(經(jīng)常是樹脂組合物)在地層的未固結(jié)部分中實(shí)現(xiàn)顯著滲透或均勻滲透的能力限制。用于將固結(jié)液注入井眼中的方法，如在US2009/0178801中公開的，描述了使用壓力脈沖以增強(qiáng)固結(jié)液滲透地層的一部分的能力。在井眼中的注水泥作業(yè)中，通常將水泥泵入井眼的壁與其內(nèi)設(shè)置的套管之間的環(huán)狀空間中。水泥在該環(huán)狀空間中固化并由此形成支撐井眼中的管柱的膠結(jié)物的硬化鞘。在水泥固化期間，流體和氣體的流入是常見的，并且這可能損壞井眼地層和套管的外表面之間的水泥膠結(jié)。用于減少流體或氣體移動(dòng)到水泥中的方法披露于例如US2009/0159282中，其包括在水泥固化之前在水泥中誘導(dǎo)壓力脈沖的步驟。向地下儲(chǔ)層中注入水力壓裂液使得有可能在常規(guī)技術(shù)無效的情況下生產(chǎn)烴，并且該方法施加流體壓力以在地下儲(chǔ)層中形成允許烴逸出并流到井外的裂隙?，F(xiàn)今，通過使用水力壓裂，在美國各地生產(chǎn)大量深頁巖天然氣。已經(jīng)提出了在水力壓裂過程期間施加壓力脈沖以增加頁巖天然氣的產(chǎn)量。
壓力脈沖技術(shù)同樣可以應(yīng)用于注水作業(yè)，其中將流體連續(xù)地注入到地層中，同時(shí)在流體被注入時(shí)對(duì)其施加壓力脈沖。一般地，已經(jīng)報(bào)道了，據(jù)稱壓力脈沖產(chǎn)生通過多孔介質(zhì)的流量增強(qiáng)。然而，目前，本領(lǐng)域中的文獻(xiàn)關(guān)于脈沖注入的優(yōu)點(diǎn)看起來是未確定的，因?yàn)橐恍?shí)驗(yàn)報(bào)告了關(guān)于PPT增大從實(shí)驗(yàn)室?guī)r心栓中的烴的采收率的能力，而一些文獻(xiàn)報(bào)告了關(guān)于與靜態(tài)注水法相比的低采收速率。注意到增大的采收率可能有許多原因，使得壓力脈沖單獨(dú)的可能效果可能難以分離出來，因?yàn)槊}動(dòng)流動(dòng)可能也有貢獻(xiàn)。有些人已經(jīng)主張，據(jù)稱借助于通過施加壓力脈沖的動(dòng)態(tài)激勵(lì)獲得的在多孔介質(zhì)中的增強(qiáng)流量是由于壓力脈沖而發(fā)生的，該壓力脈沖抑制對(duì)于堵塞的任何趨勢(shì)，由此將油藏保持處于優(yōu)異的流動(dòng)狀態(tài)。而且，主張二次采收作業(yè)通過壓力脈沖增強(qiáng)，該二次采收作業(yè)涉及用第二流體(通常是水)替代多孔介質(zhì)(地下儲(chǔ)層)中的流體(烴)。公開了用于產(chǎn)生壓力脈沖的裝置(有時(shí)稱為流體振蕩器)的文獻(xiàn)包括例如 W02004/113672、W02005/093264, W02006/129050, W02007/100352, W02009/089622, W02009/132433、US6976507和US2009/0107723。壓力脈沖可以例如通過如在W02007/139450中描述的對(duì)流燃燒機(jī)制、或通過在W02009/111383和US2009/0301721中概述的點(diǎn)火多個(gè)單獨(dú)長(zhǎng)度的高能材料而產(chǎn)生。如所述的，在以上所列的烴采收作業(yè)中已經(jīng)提出了施加壓力脈沖。而且，同樣提出了在鉆井作業(yè)、其它烴采收作業(yè)中使用壓力脈沖。還已提出了施加壓力瞬變以增加推動(dòng)鉆頭穿過地層的力，作為單獨(dú)使用靜壓力或鉆柱重量的備選方案。在鉆井作業(yè)期間施加的壓力瞬變常規(guī)地通過打開和關(guān)閉閥門產(chǎn)生。因此，鉆井泥漿向鉆頭的流動(dòng)是不連續(xù)的，因?yàn)樵摿鲃?dòng)通過閥門的關(guān)閉而中斷。從地下儲(chǔ)層可采收的烴的量取決于許多因素，如油的粘度、儲(chǔ)層的滲透性，以及因素如任何氣體的存在、來自環(huán)境如鄰近水的壓力等。通常，采用流體注入的采油率典型地大約在30-55%，并且記住，從即使采油率非常小的增加也可獲得巨大的潛在額外利潤(rùn)，在烴作業(yè)中所目前采用的方法留有用于改進(jìn)的足夠空間。如上文提到的，在烴采收作業(yè)中壓力脈沖技術(shù)的使用近年來已經(jīng)獲得了日益增長(zhǎng)的關(guān)注。更一般地，可以以不同的方式形成和施加壓力，其將在下文中考慮到根據(jù)本發(fā)明提出的方法和本文中使用的術(shù)語進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。在微觀水平，壓力是流體中的粒子的熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并且可以將壓力解釋為流體中的能量密度。然而，在宏觀水平，壓力更通常被視為流體對(duì)實(shí)體施加力的能力。液壓缸內(nèi)的壓力可以對(duì)活塞施加的力F可以通過F = Ap得到，其中A是與液壓缸內(nèi)的流體接觸的活塞的表面尺寸。因此，液壓缸內(nèi)產(chǎn)生壓力P的標(biāo)準(zhǔn)方法是對(duì)活塞施加力F，從而獲得通過P=F/A得到的壓力。以這種方式，可以通過恒力產(chǎn)生靜壓力。壓力波是壓力振幅在時(shí)間和空間上的振蕩，其中給出最大振幅和頻率。壓力駐波僅在時(shí)間上具有變化，其中頻率等于系統(tǒng)的共振頻率。獲得這樣的壓力波的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過在流體中采用振蕩活塞，其因此以給定的頻率和振幅運(yùn)動(dòng)。壓力脈沖可以用足夠快速運(yùn)動(dòng)的活塞產(chǎn)生，但在這種情況下，對(duì)于活塞的運(yùn)動(dòng)不必有給定的頻率。如在US2009/0272555中解釋的，這樣的脈沖活塞可以通過使用在磁場(chǎng)存在下改變它們的形狀的材料構(gòu)建。典型地，活塞向前快速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓力脈沖，而隨后相對(duì)較慢地向后運(yùn)動(dòng)。活塞的運(yùn)動(dòng)不需要是周期性的，并且在描述壓力脈沖時(shí)，術(shù)語頻率實(shí)際上不具有任何意義。然而，如果壓力脈沖以規(guī)則時(shí)間間隔產(chǎn)生，則經(jīng)常使用術(shù)語“頻率”以具體說明在各壓力脈沖之間的時(shí)間間隔。在W02004/113672中公開了這樣的壓力脈沖產(chǎn)生的實(shí)例，其中活塞在缸中通過電源組組件被迫上下運(yùn)動(dòng)。然而使用這樣的脈沖活塞在該活塞的快速運(yùn)動(dòng)期間且因此在壓力脈沖產(chǎn)生期間，產(chǎn)生流速的顯著增大。壓力脈沖可以類似地通過使用壓力室產(chǎn)生，其中當(dāng)該室出口處的閥門快速打開時(shí)，可以在加壓室外部的流體中產(chǎn)生壓力脈沖。然后出口閥門關(guān)閉，并且該室經(jīng)過室入口通過泵向室中推入流體而再一次被填充和加壓。然后重復(fù)該循環(huán)，以產(chǎn)生具有固定或任意時(shí)間間隔的壓力脈沖。術(shù)語“壓力脈沖”源自于此方法，因?yàn)樾枰煤蛪毫κ?，這可能與其中一個(gè)心室充當(dāng)泵而另一個(gè)充當(dāng)壓力室的人心臟相關(guān)。采用此最后的方法來產(chǎn)生壓力脈沖也導(dǎo)致不連續(xù)的流體流動(dòng)，因?yàn)殚y門關(guān)閉中斷流體流動(dòng)。
一般地，壓力脈沖可以說具有許多壓力波的性質(zhì)，如在整個(gè)流體是以音速運(yùn)動(dòng)，并且很像波一樣被反射和透射。壓力脈沖和壓力波之間的主要區(qū)別在于，壓力脈沖通常具有較短的上升時(shí)間和慢的衰減率，即它們不具有典型的周期正弦形狀(其是壓力波的特性)。與以正弦外形運(yùn)動(dòng)的壓力波相比，壓力脈沖以相對(duì)陡峭的前沿在整個(gè)流體上傳播。據(jù)推測(cè)，該陡峭前沿(波前，front)或相對(duì)較短的上升時(shí)間使得壓力脈沖對(duì)于在烴采收作業(yè)的應(yīng)用是有利的。為了理解本公開內(nèi)容中描述的方法的潛在構(gòu)思，理解如本文中所采用的術(shù)語壓力瞬變以及用于產(chǎn)生所述壓力瞬變的程序是很重要的。壓力脈沖和壓力瞬變之間的重要區(qū)別涉及自然界中的兩個(gè)最基本定律；能量和動(dòng)量守恒?？梢哉f，壓力脈沖不含有動(dòng)量，而壓力瞬變確實(shí)含有動(dòng)量。實(shí)際上，動(dòng)量在將于下文更詳細(xì)解釋說明的碰撞過程中轉(zhuǎn)化為壓力瞬變。為了產(chǎn)生壓力脈沖，有許多可以使用的方法，但是以我們的知識(shí)，只有一種用于產(chǎn)生壓力瞬變的程序，即通過實(shí)施碰撞過程。流體中的壓力瞬變發(fā)生在兩種不同類型的碰撞中；1)當(dāng)運(yùn)動(dòng)中的固體物體與流體碰撞時(shí)，或2)當(dāng)流動(dòng)的流體與固體碰撞時(shí)。在第一種情況下，固體物體的動(dòng)量經(jīng)由碰撞過程轉(zhuǎn)化為流體中的壓力瞬變。后一種情況描述了水錘現(xiàn)象，其中流動(dòng)的流體的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為流體中的壓力瞬變。在兩種情況下，壓力瞬變?cè)诹黧w中產(chǎn)生。在碰撞過程中，實(shí)體上的巨大沖擊力和流體上所得到的負(fù)載是巨大量且短持續(xù)時(shí)間，使得描述流體運(yùn)動(dòng)的支配項(xiàng)變?yōu)閯?dòng)量守恒。而且，時(shí)間量程如此短以至于流體加速度中的對(duì)流項(xiàng)可忽略。因此，相比于常規(guī)壓力脈沖，所述碰撞過程導(dǎo)致極小持續(xù)時(shí)間和極陡前沿的極高振幅的行進(jìn)的壓力瞬變。動(dòng)量向壓力瞬變的轉(zhuǎn)化可以通過分析水錘現(xiàn)象更詳細(xì)地解釋，在水錘現(xiàn)象中，在管道(具有橫截面積σ)中流動(dòng)的流體在時(shí)間間隔At期間由于閥門的突然關(guān)閉而被迫停止。為了解決這一問題，可以依照N.Joukowsky的工作。牛頓第二定律可以以動(dòng)量形式寫成FA t = Δ (mu),其中F是力，A t是時(shí)間間隔并且Δ (mu)是質(zhì)量為m且速度為u的實(shí)體的動(dòng)量的變化。通過采用可以表示為Γ =F/ ο的壓力瞬變，由此獲得Γ σ At = PuV =PuoL= PuocAt,其中σ是管道橫截面積，At是動(dòng)量變化Δ (mu)的時(shí)間間隔，V =oL是失去其動(dòng)量的流體(密度為P)的部分的體積V，并且L是壓力瞬變?chǔ)Ｒ砸羲僭跁r(shí)間間隔At內(nèi)傳播的長(zhǎng)度。由此獲得熟知的Joukowsky方程Γ = p CU。通過以上概述的工作,Joukowsky已經(jīng)證實(shí),如果流動(dòng)流體的動(dòng)量轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w中的壓力瞬變，則所述動(dòng)量可能喪失。因此，Joukowsky解釋了流動(dòng)流體的動(dòng)量在水錘現(xiàn)象期間喪失的佯謬。該佯謬涉及動(dòng)量必須總是守恒的事實(shí)，但是Joukowsky通過證實(shí)產(chǎn)生了壓力瞬變而解答了這一佯謬。因此，只有所述壓力瞬變包含所述動(dòng)量時(shí)，動(dòng)量才守恒。這也適用于運(yùn)動(dòng)的固體物體并且不僅應(yīng)用于流動(dòng)流體。還注意到，逆反現(xiàn)象也是成立的。壓力瞬變僅在轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的固體物體或流動(dòng)流體的動(dòng)量時(shí)才會(huì)消失。動(dòng)量通常被認(rèn)為是一個(gè)重要物理性質(zhì)，其通常被認(rèn)為僅存在于運(yùn)動(dòng)固體或流動(dòng)流體中。然而，Joukowsky已經(jīng)證實(shí),動(dòng)量還包含在壓力瞬變中，但在這種情況下，所述動(dòng)量不是流體運(yùn)動(dòng)或固體物體的運(yùn)動(dòng)。壓力瞬變不代表任何物質(zhì)(原子或分子)運(yùn)動(dòng)，然而它們含有動(dòng)量。當(dāng)用于移出在采用其它現(xiàn)有技術(shù)方法時(shí)通常是不可移動(dòng)的烴時(shí)，通過碰撞過程誘·導(dǎo)的壓力瞬變的這種性質(zhì)可以是有利的。這種性質(zhì)是壓力脈沖所缺乏的。壓力脈沖不含有動(dòng)量，這與壓力瞬變相反，壓力瞬變被迫在產(chǎn)生所述壓力瞬變的碰撞過程中所采用的物體的動(dòng)量守恒。這種性質(zhì)進(jìn)一步使得有可能主張壓力瞬變?nèi)缤Ｗ颖憩F(xiàn)行為?？傊瑝毫λ沧兛梢酝ㄟ^使用活塞產(chǎn)生，其中運(yùn)動(dòng)的固體物體與活塞(實(shí)體)碰撞。因此，如果固體物體通過其它實(shí)體(如活塞)間接地與流體碰撞，則壓力瞬變也可以出現(xiàn)在流體中。對(duì)壓力瞬變(也經(jīng)常稱為壓力沖花或液壓沖擊)的報(bào)告和分析主要是關(guān)于當(dāng)例如在管道系統(tǒng)中非故意發(fā)生時(shí)它們的潛在破壞或甚至災(zāi)難性后果，或者關(guān)于因?yàn)樵?占井)平臺(tái)上的海水砰擊或波浪破碎導(dǎo)致的堤壩和岸邊的建筑。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的流體被迫停止或突然改變方向(例如由于管道系統(tǒng)中的閥門突然關(guān)閉)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生水錘擊。在管道系統(tǒng)中，水錘擊可能導(dǎo)致從噪聲和振動(dòng)到破裂和管道崩塌的問題。為了避免水錘擊，管道系統(tǒng)最經(jīng)常裝配有蓄壓器、旁路、減震器等。由水錘現(xiàn)象導(dǎo)致的破壞作用的一個(gè)原因是在流體系統(tǒng)中形成空化。當(dāng)封閉系統(tǒng)中的壓力瞬變被阻止轉(zhuǎn)化回動(dòng)量而相反轉(zhuǎn)化為空化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這樣的空化。如所述的，壓力瞬變可以通過所謂的水錘作用而獲得，例如如W02009/082453中描述的。其中描述的方法涉及其中鉆井液的流動(dòng)被閥門中斷的鉆井作業(yè)，以及重復(fù)的打開和關(guān)閉閥門的循環(huán)產(chǎn)生朝向鉆頭傳播的壓力瞬變，其目的是增強(qiáng)鉆井作業(yè)的穿透速率。據(jù)稱，與使用單獨(dú)的泵壓和鉆柱重量獲得的，壓力瞬變以顯著更高的力推動(dòng)鉆頭穿過地層。而且，采用水錘作用和由此產(chǎn)生的壓力瞬變，據(jù)稱在巖石碎片去除和鉆井穿透速率具有正面作用。這樣的利用水錘作用的裝置的實(shí)例可以在例如US4901290、US6237701、US6910542、US7464772、W02005/079224和W02009/082453中找到。這些裝置的共同點(diǎn)是，通過快速打開和關(guān)閉閥門來產(chǎn)生壓力瞬變，然而，其不利地產(chǎn)生不連續(xù)的流體流動(dòng)。而且，通過這樣的打開和關(guān)閉產(chǎn)生的壓力瞬變的尺寸和傳播會(huì)難以控制。在W02010/137991中描述了另一種產(chǎn)生壓力瞬變的裝置，用于輸送和泵送流體。這種裝置通過采用與一個(gè)實(shí)體碰撞的具有非零動(dòng)量的物體而產(chǎn)生壓力瞬變。如上所述的，與壓力波相比，壓力脈沖在整個(gè)流體上以相對(duì)尖銳前沿傳播。當(dāng)比較壓力瞬變和壓力脈沖時(shí)，注意到，如同在水錘現(xiàn)象期間觀察到的，壓力瞬變具有甚至更尖銳的前沿并且在流體中像激波前沿一樣傳播。因此，壓力瞬變顯示出如同壓力脈沖的同樣重要的特性，但是它們具有顯著更多的具有尖銳前沿或短上升時(shí)間的這種至關(guān)重要的作用?？梢垣@得的壓力瞬變的振幅取決于碰撞物體的初始動(dòng)量(即碰撞過程中涉及的物體的質(zhì)量和初始速度)以及流體的可壓縮性。這樣的一個(gè)實(shí)例在圖6B中給出，其中振幅為約170巴(約2500psi)的壓力瞬變?cè)跍y(cè)量點(diǎn)處的持續(xù)時(shí)間為約5毫秒(ms)。這對(duì)于該壓力給出了約35，000巴/秒的極短上升時(shí)間。比較而言，在流體中產(chǎn)生壓力脈沖期間，其中沒有動(dòng)量從任何沖擊物體被轉(zhuǎn)化，施加相當(dāng)大量的能量來移動(dòng)脈沖聚集體(如活塞的沖程)，并由此純傳輸流體。這不是有利的，因?yàn)閴毫γ}沖裝置通常趨向于連同流體注入裝置一起采用，這在用于輸送流體時(shí)是更有效的。壓力瞬變的粒子行為可以通過觀察牛頓擺(一種流行的經(jīng)典桌上玩具)來舉例說明，其中第一球從一側(cè)的沖擊使得在相反側(cè)的最外側(cè)的最后一球運(yùn)動(dòng)，其中在它們之間的球幾乎不運(yùn)動(dòng)。第一球的動(dòng)量轉(zhuǎn)化成傳播通過中間球的壓力瞬變，而當(dāng)該壓力瞬變到達(dá)最后一球時(shí),它表現(xiàn)如同粒子的行為,使得該球運(yùn)動(dòng)。以這種方式，來自第一球的動(dòng)量被轉(zhuǎn)化 為傳播通過中間的球的壓力瞬變，并且最終轉(zhuǎn)化為最外側(cè)的最后一球的動(dòng)量并因此運(yùn)動(dòng)。這舉例說明了壓力瞬變的臨時(shí)性。還注意到，壓力瞬變也使能量守恒，因此這兩個(gè)定律的守恒給出了特有的效果，即左邊的兩個(gè)球的沖擊導(dǎo)致在右邊的兩個(gè)球的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，并且這適用于任何數(shù)量的球。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，與一般認(rèn)識(shí)相反，單獨(dú)的能量和動(dòng)量守恒定律都不足以完全地解釋這種行為，并且在牛頓擺中的球系統(tǒng)必須滿足進(jìn)一步的條件。所述系統(tǒng)必須能夠接近于無耗散的能量傳播。因此，壓力瞬變必須在幾乎沒有能量損失下傳播，如在例如Am. J. Phys. 49,761(1981)和Am. J. Phys. 50，977 (1982)中描述的。當(dāng)在烴采收作業(yè)中采用壓力瞬變時(shí)，這種作用可能是重要的。由于壓力瞬變被迫使在產(chǎn)生壓力瞬變的碰撞過程中采用的物體的動(dòng)量守恒的事實(shí)，所以壓力瞬變可以被看作處于臨時(shí)或短暫狀態(tài)的實(shí)體。在流體中傳播的壓力瞬變是一種臨時(shí)狀態(tài)，其最終將轉(zhuǎn)化為流體和/或與流體相接觸的一些物體的運(yùn)動(dòng)。忽略所述過程期間的任何能量損失，最終的運(yùn)動(dòng)理想地應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生與在其中產(chǎn)生壓力瞬變的碰撞過程中所采用的第一物體最初損失的動(dòng)量相等的總動(dòng)量。比較而言，壓力脈沖和壓力波不具有如上關(guān)于壓力瞬變描述的任何臨時(shí)性，因?yàn)閴毫γ}沖和壓力波當(dāng)它們?cè)诹黧w中傳播時(shí)由于耗散作用而會(huì)被減弱，但它們不會(huì)以與最終轉(zhuǎn)化回動(dòng)量的壓力瞬變的相同方式消失。發(fā)明描述基于已知技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)目的是通過提供增大烴采收率的程序來克服或至少減少用于烴采收作業(yè)的已知方法的上述缺點(diǎn)中的一些或全部。本發(fā)明的實(shí)施方案的另一個(gè)目的是提供一種用于烴采收作業(yè)的方法，其可以產(chǎn)生增大的通過多孔介質(zhì)的滲透。本發(fā)明的實(shí)施方案的另一個(gè)目的是提供產(chǎn)生可應(yīng)用于烴采收作業(yè)領(lǐng)域并且可應(yīng)用于地下儲(chǔ)層或井眼中的流體的壓力瞬變的替代方法，。本發(fā)明的實(shí)施方案的又一個(gè)目的是提供一種可以相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)地在現(xiàn)有烴采收地點(diǎn)實(shí)施并且有效的方法。根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過一種在包括使用至少一種流體的烴采收作業(yè)中的方法實(shí)現(xiàn)。所述方法包括在流體中誘導(dǎo)壓力瞬變以在所述流體中傳播。壓力瞬變通過碰撞過程誘導(dǎo)，該碰撞過程通過使至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體(moving object)在流體的外部與至少一個(gè)實(shí)體(body)發(fā)生碰撞而產(chǎn)生，該實(shí)體與在至少一個(gè)部分封閉空間內(nèi)的流體接觸。本發(fā)明的有利實(shí)施方案在其余的從屬權(quán)利要求中陳述。通過碰撞過程，來自所述物體的能量以及動(dòng)量轉(zhuǎn)化成流體中的壓力瞬變。所述壓力瞬變以音速行進(jìn)和傳播通過流體。通過碰撞過程誘導(dǎo)的壓力瞬變的產(chǎn)生可以是有利的，因?yàn)橛纱丝色@得非常陡峭或陡的壓力前沿，其相比于例如用常規(guī)壓力脈沖技術(shù)可獲得的壓力脈沖，具有高振幅、極短的上升時(shí)間以及極小的寬度或持續(xù)時(shí)間。而且，與相比于例如單個(gè)正弦壓力波的單一頻率，可以看到通過碰撞過程誘導(dǎo)的壓力瞬變包含增加的高頻率含量。這在不同的烴采收作業(yè)，例如在注水、引入處理液或在固結(jié)過程中可以是有利的，因?yàn)榭梢钥吹礁哳l率含量增加流體進(jìn)入多孔介質(zhì)的滲透速率，其中不同材料性質(zhì)的材料和不同尺寸的液滴可以另外限制或降低流通(量)。這在阻止或降低對(duì)于阻塞的任何趨勢(shì)的風(fēng)險(xiǎn)以及在將儲(chǔ)層保持在優(yōu)異流動(dòng)條件(狀態(tài))方面也是有利的。增加的滲透速率在關(guān)于在固結(jié)作業(yè)中的注入固結(jié)液和后沖洗的操作兩方面可以同樣是有利的。而且，通過所提出的碰撞過程誘導(dǎo)的壓力瞬變可以有利地應(yīng)用于清理流體流動(dòng)通道或井眼，產(chǎn)生改善的和更有效的表面清理。所提出的方法可以例如應(yīng)用于清潔液，其中用于產(chǎn)生壓力瞬變的設(shè)備可以被引入出油管或井眼中。而且，通過所提出的碰撞過程誘導(dǎo)的壓力瞬變可以有利地應(yīng)用于井眼中的注水泥作業(yè)。這里，在未固化水泥中誘導(dǎo)壓力瞬變可以產(chǎn)生減少的流體或氣體向水泥中的遷移和流入。根據(jù)上述的壓力瞬變的應(yīng)用關(guān)于向地下儲(chǔ)層中注入壓裂液的作業(yè)也可以是有利的，其中壓力瞬變可以起到增強(qiáng)在地下儲(chǔ)層中形成允許烴逸出和流出的裂隙的效率的作用。根據(jù)上述的壓力瞬變的應(yīng)用在鉆井作業(yè)中也可以是有利的，其中如通過碰撞過程 誘導(dǎo)的壓力瞬變可以增大鉆井滲透速度并起作用而有助于推動(dòng)鉆頭穿過地層。相比于基于利用通過打開和關(guān)閉閥門的水錘現(xiàn)象來在鉆井作業(yè)中產(chǎn)生壓力瞬變的已知方法，根據(jù)本發(fā)明的方法是有利的，因?yàn)檫@里的壓力瞬變可以在連續(xù)流體流動(dòng)中產(chǎn)生，而不會(huì)顯著地影響流量。而且，壓力瞬變可以通過簡(jiǎn)單又有效的方式誘導(dǎo)，并且無需根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的閥門的任何打開和關(guān)閉以及用于此的控制設(shè)備。通過所提出的方法，還可以獲得，可以在流體的流量不增加或僅有很小增加的情況下對(duì)流體誘導(dǎo)壓力瞬變，因?yàn)閷?shí)體不像在常規(guī)壓力脈沖中那樣被移動(dòng)和擠壓通過流體。相反，可以看到在碰撞期間來自運(yùn)動(dòng)物體對(duì)該實(shí)體的沖擊僅使該實(shí)體最小程度地位移，基本上對(duì)應(yīng)于實(shí)體下方的液體的壓縮。因此烴采收作業(yè)中的期望流體流量可以借助于例如在作業(yè)中采用的泵送裝置更精確地控制，并且作為實(shí)例，可以在期望流動(dòng)下保持均勻或接近均勻而與壓力瞬變的誘導(dǎo)無關(guān)。因此，根據(jù)上述的方法例如在流體注入和灌注作業(yè)中可以是有利的，其為了降低在地層中早期流體突破的風(fēng)險(xiǎn)，適中的流體流量且在該流量下具有最小波動(dòng)是期望的。關(guān)于注水作業(yè)，已進(jìn)行了試驗(yàn)，表明與恒定靜壓力驅(qū)動(dòng)流相比，通過施加由碰撞過程誘導(dǎo)的壓力瞬變，烴采收率增加了 5-15%。增加的采收率是在未改變流量的情況下獲得的。流體可以包括以下組中的一種或多種主要是水(primarily water)、固結(jié)液、處理液、清潔液、鉆井液、壓裂液或水泥。壓力瞬變可以被誘導(dǎo)以全部或部分地在流體中傳播。當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體在流體外部與實(shí)體碰撞時(shí)，可以獲得，該物體的大部分(如果不是全部)動(dòng)量轉(zhuǎn)化為在所述流體中的壓力瞬變。另外，在碰撞過程在流體中向下進(jìn)行時(shí)，該物體 的一些動(dòng)量將在碰撞前喪失在移動(dòng)流體的位置中。運(yùn)動(dòng)物體可以直接或間接地通過其它碰撞來碰撞或沖擊實(shí)體。所述實(shí)體可以包括各種形狀，如活塞形狀，其頭部位于流體頂部或完全浸沒在流體中。而且，所述實(shí)體可以在支架上置于在部分封閉空間中，或者可以在封閉空間被寬松地保持在原位。部分封閉空間可以成形為圓筒狀，其中在該圓筒相對(duì)于所述實(shí)體的相反部分具有流體通道。封閉空間可以連接于一個(gè)或多個(gè)流體通道，其布置用于封閉空間中的流體與其中在烴采收作業(yè)中施加流體的地方如地層或井眼之間的流體聯(lián)通。此外，部分封閉空間可以布置成使所述流體被傳輸通過該部分封閉空間。碰撞過程可以簡(jiǎn)單地通過使一個(gè)或多個(gè)物體從給定高度下落到所述實(shí)體上而產(chǎn)生。然后被誘導(dǎo)的壓力瞬變的大小可以通過下落物體的質(zhì)量、下落高度和與流體接觸的實(shí)體的截面積確定。由此可以容易地控制它們誘導(dǎo)的壓力瞬變的振幅和時(shí)間。同樣地，通過調(diào)節(jié)例如在碰撞過程中的物體的質(zhì)量、下落高度、碰撞物體的相對(duì)速度或與液體接觸的實(shí)體的橫截面積(例如直徑)，可以容易地調(diào)節(jié)、改變或定制壓力振幅。這些調(diào)節(jié)可能性在流體注入和流體灌注中證明是特別有利的，因?yàn)樵谡?chǔ)層壓力和破裂壓力之間的差異經(jīng)?？赡苁钦摹Ｒ?yàn)榕鲎策^程可以在無需任何直接氣動(dòng)功率源便進(jìn)行，所以所提出的方法可以通過更小和更緊湊的裝置來實(shí)施。而且，相比于例如常規(guī)壓力脈沖技術(shù)，所提出的方法的功率要求低，因?yàn)橥ㄟ^碰撞過程或沖擊，更多的能量可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w中的壓力瞬變。所提出的在烴采收作業(yè)中施加壓力瞬變的方法可以有利地從更接近表面的平臺(tái)或位置進(jìn)行操作，因?yàn)閴毫λ沧儽瘸Ｒ?guī)壓力脈沖傳播得更遠(yuǎn)。因此，用以實(shí)施所述方法的設(shè)備不必需地置于浸沒在儲(chǔ)層或井眼中或在海床以下。這可以導(dǎo)致更廉價(jià)的設(shè)備以及更容易和更廉價(jià)的維護(hù)，尤其是當(dāng)考慮離岸作業(yè)時(shí)。而且，由于根據(jù)本發(fā)明的方法不需要在井眼下或靠近地下底層進(jìn)行，所以壓力瞬變有可能可以同時(shí)地在多個(gè)井眼或流體注入點(diǎn)中誘導(dǎo)。一般地，使壓力脈沖適用于烴采收作業(yè)的一個(gè)特性在于，如上所述它們像陡峭前沿一樣在整個(gè)流體中傳播。因?yàn)閴毫λ沧兙哂猩踔粮佣盖偷那把鼗蛏踔粮痰纳仙龝r(shí)間并且如在水錘現(xiàn)象期間觀察到的一樣像激波前沿在流體中傳播，因此壓力瞬變表現(xiàn)出與壓力脈沖相同的重要特性，但達(dá)到更高的程度。因此，在烴采收作業(yè)中施加壓力脈沖的所有優(yōu)點(diǎn)都可以利用壓力瞬變以更高程度獲得。此外，在地球重力場(chǎng)中向下行進(jìn)的壓力瞬變可以看成類似于粒子獲得動(dòng)量。因此，在烴采收作業(yè)中，可以在表面處有利地進(jìn)行壓力瞬變的施加，以獲得最好的效果，因?yàn)楫?dāng)壓力瞬變從表面向下行進(jìn)并進(jìn)入地下儲(chǔ)層時(shí)，它們可以獲得顯著的動(dòng)量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，烴采收作業(yè)中的方法包括通過碰撞過程在至少一種流體中誘導(dǎo)壓力瞬變，其中該碰撞過程涉及至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，其與至少一個(gè)與在至少一個(gè)部分封閉空間內(nèi)的所述至少一種流體接觸 的實(shí)體碰撞，并且其中允許壓力瞬變?cè)趹?yīng)用于烴采收作業(yè)中的所述至少一種流體中傳播。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述流體處于靜止并且源自一個(gè)或多個(gè)的貯液器。備選地，所述流體是流動(dòng)的并且源自至少一個(gè)貯液器，并且所述流動(dòng)通過流體輸送設(shè)備獲得。在烴采收作業(yè)中的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體被引入地下儲(chǔ)層和/或替代地下儲(chǔ)層中的其它流體。在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含主要是水，其在注水操作期間被引入地下儲(chǔ)層中。在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含固結(jié)液，其被引入地下儲(chǔ)層的未固結(jié)部分中。在所述方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含處理液，其用于地下儲(chǔ)層的化學(xué)處理。在所述方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含清潔液，其用于清潔流動(dòng)通道和井眼。在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含鉆井液，其用于鉆井作業(yè)，其中通過鉆頭的滲透速率是必須的。在所述方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含壓裂液，其被用于在水力壓裂作業(yè)期間在地下儲(chǔ)層中產(chǎn)生裂隙。在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是或包含未固化且在井眼中的注水泥作業(yè)期間應(yīng)用的水泥。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一種流體從至少一個(gè)與部分封閉空間流體聯(lián)通的貯液器提供。而且，所述方法可以包括借助于至少一種流體輸送設(shè)備從所述至少一個(gè)貯液器輸送所述至少一種流體的步驟。由此，流量可以通過該流體輸送設(shè)備充分控制，并且可以根據(jù)應(yīng)用所述方法及被引導(dǎo)流體的地層或井眼的狀況連續(xù)地調(diào)整或調(diào)節(jié)在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，碰撞過程包括借助于重力使其下落到實(shí)體上的物體。因此如之前提到的，可以通過簡(jiǎn)單的手段獲得導(dǎo)致相當(dāng)可觀大小的壓力瞬變的碰撞過程。誘導(dǎo)的壓力振幅可以作為物體的下落高度、物體的沖擊速度、其質(zhì)量、實(shí)體的質(zhì)量及其與流體接觸的橫截面積的函數(shù)來確定并控制。可以有利地施加在50-400巴范圍內(nèi)，如在100-300巴范圍內(nèi)，如在150-200巴范圍內(nèi)的壓力振幅。前述參數(shù)同樣影響壓力上升時(shí)間，其可以有利地在1，000-200, 000巴/秒的范圍內(nèi)，如在10. 000-150. 000巴/秒的范圍內(nèi)，如在70，000-120, 000巴/秒的范圍內(nèi)。類似地，前述參數(shù)影響壓力瞬變的寬度或持續(xù)時(shí)間，在測(cè)量點(diǎn)，其可以有利地在O. 1-1000毫秒的范圍內(nèi)，如在O. 5-100毫秒的范圍內(nèi)，如約幾毫秒例如大約1-5毫秒。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，物體與實(shí)體在另外的流體中碰撞。由此得到，所提出的方法可以在例如下至海床上、下至井眼中或進(jìn)入地層內(nèi)實(shí)施。另外的流體可以有利地具有相對(duì)較低的粘度以在碰撞之前降低運(yùn)動(dòng)物體上的阻力和動(dòng)量損失。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，物體與所述實(shí)體在空氣中碰撞。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)以上任一項(xiàng)所述的方法還包括以時(shí)間間隔產(chǎn)生許多碰撞過程，這可以起到增加在流體中誘導(dǎo)的壓力瞬變的效果的作用。壓力瞬變可以以規(guī)則間隔或不均勻間隔誘導(dǎo)。作為一個(gè)實(shí)例，壓力瞬變可以在烴采收作業(yè)的早期更經(jīng)常且以較短時(shí)間間隔誘導(dǎo)，而在后期以較長(zhǎng)間隔誘導(dǎo)。壓力瞬變之間的時(shí)間間隔可以例如依靠在地層上同時(shí)進(jìn)行的測(cè)量(如壓力測(cè)量)而進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，碰撞過程以在2-20秒范圍內(nèi)，如在4-10秒范圍內(nèi)的時(shí)間間隔產(chǎn)生。最佳時(shí)間間隔可以取決于諸如地層的類型、地層的孔隙率、壓裂的風(fēng)險(xiǎn)等因素。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括以下步驟以壓力振幅和碰撞之間的時(shí)間的第一設(shè)置產(chǎn)生第一序列碰撞過程，接著以壓力振幅和碰撞之間的時(shí)間間隔的不同設(shè)置的第二序列碰撞過程。例如，壓力瞬變的突破可以以這種方式周期性地被輸送。這在增大壓力瞬變的效果方面可以是有利的。如之前提及的，誘導(dǎo)的壓力瞬變的振幅和時(shí)間間隔可以通過·例如調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)物體的重量或通過調(diào)節(jié)其下落高度而容易地進(jìn)行改變和控制。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，壓力振幅的設(shè)置通過改變運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量、或相對(duì)于實(shí)體的速度改變運(yùn)動(dòng)物體的速度而進(jìn)行改變。由此壓力振幅可以以簡(jiǎn)單而有效且可控的方式根據(jù)需要進(jìn)行改變。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)體被安置以將所述流體與所述至少部分封閉空間中沒有流體的部分分隔開。這例如可以通過將實(shí)體作為活塞置于缸中并在活塞下方用流體填充該缸而獲得。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，部分封閉空間包括被所述實(shí)體分隔開的第一和第二部分，并且所述方法還包括在所述碰撞過程之前用流體填充所述第一部分。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體連接至至少一個(gè)波動(dòng)捕獲系統(tǒng)。而且，所述至少一個(gè)波動(dòng)捕獲系統(tǒng)可以包括至少一個(gè)被布置成通過波發(fā)生運(yùn)動(dòng)的浮標(biāo)，并且所述至少一個(gè)浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)所述物體的運(yùn)動(dòng)，從而在與所述實(shí)體碰撞之前獲得所述物體的非零動(dòng)量。由此得到，所提出的用于烴采收作業(yè)的方法可以通過波的動(dòng)力有效且廉價(jià)而連續(xù)地被提供動(dòng)力。附圖
簡(jiǎn)述在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的不同實(shí)施方案，其中圖I顯示了本發(fā)明的一個(gè)可能的實(shí)施方案，其中壓力瞬變施加于流體，該流體隨后被注入地下儲(chǔ)層中；圖2舉例說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中壓力瞬變施加于流動(dòng)流體，該流動(dòng)流體隨后被注入地下儲(chǔ)層中；圖3概述了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中在管道中引入了蓄壓器以保護(hù)流體傳輸設(shè)備免于壓力瞬變的影響；圖4顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中壓力瞬變通過從海洋波捕獲的能量產(chǎn)生，圖5提供了在本發(fā)明的方法在伯里亞(Berea)砂巖巖心上的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中應(yīng)用的構(gòu)造的示意性概觀；
圖6A舉例說明了在伯里亞砂巖巖心上的實(shí)驗(yàn)期間獲得的壓力瞬變的典型形狀；圖6B顯示了在伯里亞砂巖巖心上的注水實(shí)驗(yàn)中獲得和測(cè)量的更詳細(xì)的單個(gè)壓力瞬變，圖7是在有和沒有壓力瞬變下的注水試驗(yàn)中獲得的一些結(jié)果的概述；和圖8是用于在伯里亞砂巖巖心上的巖心注水實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置的略圖?？赡艿膶?shí)施方案的詳述本專利申請(qǐng)的發(fā)明基于在烴采收作業(yè)中采用通過碰撞過程誘導(dǎo)的壓力瞬變。圖I顯示了本發(fā)明的一個(gè)可能實(shí)施方案，其包括具有以下組件的系統(tǒng)具有開口 104的液壓缸101，活塞102，連接至第三管道110的第一和第二管道111、112，分別布置在第一和第二管道111、112中的第一和第二止回閥121、122，以及可以與活塞102碰撞的物體103。來自貯液器131的流體被置于地下儲(chǔ)層132中，或來自貯液器131的流體替代地下儲(chǔ)層132中的烴和/或其它流體。在物體103與活塞102碰撞時(shí)產(chǎn)生的壓力瞬變以音速沿著來源于貯液器131的流體傳播到地下儲(chǔ)層132中。這些壓力瞬變?cè)鰪?qiáng)地下儲(chǔ)層132中的滲透速度并且抑制對(duì)于阻塞的任何趨勢(shì)，以及將地下儲(chǔ)層132保持處于優(yōu)異流動(dòng)條件。這種優(yōu)異流動(dòng)條件增大來自貯液器131的注入液可以被置于地下儲(chǔ)層132中的速度和面積。烴采收作業(yè)經(jīng)常涉及用另一種流體(在圖I中，其來自貯液器131)替代地下儲(chǔ)層132中的烴，并且這種流體交換通過傳播到地下儲(chǔ)層132中的壓力瞬變被增強(qiáng)。圖2概述了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案,其包括與關(guān)于圖I描述的實(shí)施方案相同的組件，并且另外包括連接至管道系統(tǒng)的流體泵送裝置240，用于輔助將來自貯液器的流體傳輸?shù)降叵聝?chǔ)層232中。該系統(tǒng)包括以下組件具有開口 204的液壓缸201，活塞202，連接至第三管道210的第一和第二管道211、212，分別布置在第一和第二導(dǎo)管211、212中的第一和第二止回閥221、222，連接至第一管道211和第四管道213的流體泵送裝置240，布置在第四管道213中的第三止回閥，以及可以與活塞202碰撞的物體203。來自貯液器231的流體被放置到地下儲(chǔ)層232中，或者來自貯液器231的流體替代地下儲(chǔ)層232中的烴和/或其它流體。當(dāng)物體203與活塞碰撞時(shí)產(chǎn)生的壓力瞬變以音速沿著來自貯液器231的通過流體泵送裝置240傳輸?shù)牧黧w傳播到地下儲(chǔ)層232中。圖3概述了本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方案，其包括的系統(tǒng)類似于關(guān)于圖I和2概述的系統(tǒng)，另外包括蓄壓器。該系統(tǒng)包括以下組件具有開口 304的液壓缸301，活塞302，連接至第三管道310的第一和第二管道311、312，分別布置在第一和第二管道311、312中的第一和第二止回閥321、322，連接至第一管道311、第四管道313的流體泵送裝置340，布置在第四管道313中的第三止回閥323，包括室350和膜351 (其能夠?qū)⑿顗浩髦械牟煌黧w分隔開)的蓄壓器，其與在第一止回閥321和流體泵送裝置340之間的第一管道311流體聯(lián)通，以及可以與活塞302碰撞的物體303。來自貯液器331的流體被置于地下儲(chǔ)層332中，或者來自貯液器331的流體替代地下儲(chǔ)層332中的烴和/或其它流體。在物體303與活塞碰撞時(shí)產(chǎn)生的壓力瞬變以音速沿著來自貯液器331的通過流體泵送裝置340傳輸?shù)牧黧w傳播到地下儲(chǔ)層332中。布置在泵送裝置340和其中產(chǎn)生壓力瞬變的缸301之間的蓄壓器起到減弱和累積行進(jìn)通過管道系統(tǒng)的該部分并因此無助于烴采收作業(yè)的任何壓力瞬變的作用。圖4概述了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其包括如之前關(guān)于圖I至3描述的系統(tǒng)，并且其中通過海洋波使物體403與活塞402碰撞而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)包括以下組件具有開口 404的液壓缸401，活塞402，連接至第三管道410的第一和第二導(dǎo)管411、412，分別布置在第一和第二管道411、412中的第一和第二止回閥421、422，連接至第一管道411、第四管道413的流體泵送裝置440，布置在第四管道413中的第三止回閥423 ;包括室450和膜451 (其可以將蓄壓器中的不同流體分隔開)的蓄壓器，該蓄壓器與在第一止回閥421和流體泵送裝置440之間的第一管道411流體聯(lián)通，連接至物體403的浮標(biāo)405，防止物體403相對(duì)于活塞402水平漂移的導(dǎo)向裝置406,能夠與活塞402碰撞的物體403。該系統(tǒng)可以任選地構(gòu)造為不具有任何泵送裝置440。同樣，該系統(tǒng)可以構(gòu)造為不具有任何蓄壓器或具有放置在其它位置處的另外的蓄壓器。所述(這些)蓄壓器同樣可以是不同于這里所示的具有膜的蓄壓器的類型。浮標(biāo)405通過海洋波460發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)向裝置406引導(dǎo)物體403以使物體403的用于與活塞402的碰撞過程的大部分動(dòng)量可以通過海洋波460提供。來自貯液器431的流體被置于地下儲(chǔ)層432中，或者來自貯液器431的流體替代地下儲(chǔ)層432中的 烴和/或其它流體。在物體403與活塞碰撞時(shí)產(chǎn)生的壓力瞬變以音速沿著來自貯液器431的通過流體泵送裝置440傳輸?shù)牧黧w傳播到地下儲(chǔ)層432中。圖5是在伯里亞砂巖巖心的注水實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的構(gòu)造的概觀，其中采用了以下組件連接至兩個(gè)管線510和511的液壓缸501，活塞502，物體503，連接至管線511和513的流體泵送裝置540，容納有用于巖心注水實(shí)驗(yàn)的鹽水的貯液器531，安裝了伯里亞砂巖巖心栓并且連接至管線510和512的容器532，連接至兩個(gè)管線512和514的單向閥522，基本垂直地安置并用于測(cè)量在巖心注水實(shí)驗(yàn)期間采收的油的體積的(油)管533，連接管533和其中收集鹽水的貯液器534的管線515 ;以及最后的止回閥521。在實(shí)驗(yàn)期間，鹽水從貯液器531中通過置于容器532中的芯材泵送。在這些實(shí)驗(yàn)中，使用了具有約100-500mDarcy(毫達(dá)西)的不同滲透性的伯里亞砂巖巖心,它們?cè)趯?shí)驗(yàn)之前根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法用油飽和。從通過鹽水的注水法采收的油在實(shí)驗(yàn)期間將在管533的上部累積，并且在貯液器534中收集的鹽水的體積則等于通過泵送裝置540從貯液器531傳輸?shù)捏w積。在這些實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的更具體程序遵照關(guān)于在伯里亞砂巖巖心上的注水實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。管線511是柔性的以容納任何小體積的流體，該小體積流體可能是由于通過泵送裝置540連續(xù)輸送流體導(dǎo)致的在活塞502與物體503之間的碰撞過程期間在管道中累積的?；钊?02在支架中置于缸501中，且活塞下方的缸空間用流體填充。在實(shí)驗(yàn)中，使用用于約20ml水的液壓缸。流過容器532的鹽水的總體積看成近似對(duì)應(yīng)于泵送裝置的固定流量。因此包括液壓缸501、活塞502和物體503的設(shè)備在這些實(shí)驗(yàn)中僅對(duì)鹽水的傳輸無明顯貢獻(xiàn)。物體與活塞的碰撞發(fā)生在非常短的時(shí)間間隔期間。因此，流體不能通過導(dǎo)致流動(dòng)增加且因此代替所述固定流量的位移而響應(yīng)于該高沖擊力。更確切地，流體通過該沖擊被壓縮并且活塞的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為壓力瞬變。因此，認(rèn)為碰撞過程期間活塞502的任何運(yùn)動(dòng)都涉及活塞下方的流體的壓縮，并且不是由于液壓缸501外的流體的任何凈位移導(dǎo)致。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)期間的壓力瞬變是通過將重量為5kg的物體503提升至17cm的高度并使其下落到缸上，從而與處于靜止的活塞502碰撞而產(chǎn)生。使用的液壓缸501的體積為約20ml且內(nèi)徑為25mm,其對(duì)應(yīng)于活塞502的直徑。用于實(shí)施碰撞過程的設(shè)備在圖8中不出。在許多小時(shí)的時(shí)間跨度上，用以約6秒(10次沖擊/分鐘)的間隔產(chǎn)生的壓力瞬變來進(jìn)行試驗(yàn)。通過碰撞導(dǎo)致的活塞502的移動(dòng)相比于活塞502的直徑和液壓缸501的容積是可忽略的，僅導(dǎo)致總流體體積的壓縮，這可以從下文推導(dǎo)。液壓缸501的體積為約20ml，并且容器中的伯里亞砂巖巖心中的流體體積為約20-40ml (使用不同尺寸的巖心)。因此通過與活塞502碰撞的物體503壓縮的總體積可能為約50-100ml (包括一些管線體積)。約0，5%的這樣的體積的壓縮(需要約110巴的壓力，因?yàn)樗捏w積模量為約22000巴)表示體積減少約0，25-0, 5ml，對(duì)應(yīng)于活塞502向下的位移為約Imm以下。因此，活塞502在5毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)移動(dòng)約1mm，在這期間壓力瞬變可能已經(jīng)傳播約5-10m。這種運(yùn)動(dòng)相比于活塞502的直徑和液壓缸501的體積而言是可忽略的。 圖6A顯示了作為對(duì)于所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)之一的持續(xù)時(shí)間的時(shí)間函數(shù)，在容器532的入口處測(cè)得的流體中的壓力。通過使重量為5kg的物體503從17cm的高度落到活塞上而產(chǎn)生壓力瞬變。碰撞(以及因此壓力瞬變)在約6秒的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生。通過上述手段，產(chǎn)生的壓力振幅在至少70-180巴或甚至更高的范圍內(nèi)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中使用的壓力計(jì)僅能測(cè)量至多180巴。相比而言，為了向下推動(dòng)或壓縮(不是錘擊)活塞以產(chǎn)生僅約10巴的靜壓力，將需要約50kg質(zhì)量(重量約為500N)的物體。在伯里亞砂巖中的流體狀態(tài)(湍流等)和條件對(duì)于所有沖擊均從不相同，因?yàn)檫@些條件在實(shí)驗(yàn)過程期間發(fā)生改變。因此系統(tǒng)在每次沖擊后都改變，這可能是所測(cè)得的壓力瞬變之間有變化的原因。圖6B中更詳細(xì)地顯示了單個(gè)壓力瞬變，也示出了如在伯里亞砂巖巖心上的實(shí)驗(yàn)室注水實(shí)驗(yàn)中所獲得和測(cè)得的壓力瞬變的典型形狀。注意到在這些實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)壓力瞬變的振幅為約170巴(約2500psi)，以及寬度為近似或大約5毫秒，由此產(chǎn)生非常陡峭的壓力前沿和非常短的上升和下降時(shí)間。相比而言，通過快速打開閥門導(dǎo)致的壓力脈沖所獲得的壓力振幅的寬度為數(shù)秒并且通常小于10巴。圖7是在之前描述的在伯里亞砂巖巖心上的注水實(shí)驗(yàn)中所獲得的一部分結(jié)果的總結(jié)。進(jìn)行了在沒有(標(biāo)記為“A”)和有(標(biāo)記為“B”)壓力瞬變下的對(duì)比試驗(yàn)，并且彼此分別列在圖7的表中，且對(duì)于不同的注水速度。在沒有壓力瞬變下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)(標(biāo)記為“A”)是用靜壓力驅(qū)動(dòng)流體流來進(jìn)行的，其中泵送裝置540直接耦接于芯缸532。換言之，包括活塞502和物體503的液壓缸501被斷開或繞過。在兩個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)中，使用相同的Decan油類型。平均(在巖心栓的橫截面上)注水速度(按μ m/秒計(jì))通過泵送裝置的流量給出。在所有實(shí)驗(yàn)中，除了 3B，用于產(chǎn)生壓力瞬變的設(shè)備都對(duì)總流量及因此對(duì)注水速度的貢獻(xiàn)都是可忽略的，這是期望的，因?yàn)楦咦⑺俣瓤赡軐?dǎo)致被注入的水更不均勻滲透，并因此導(dǎo)致早期的水突破。在實(shí)驗(yàn)3B中，實(shí)驗(yàn)裝置還包括置于液壓缸501和流體泵送裝置540之間的蓄壓器，其被認(rèn)為提供了導(dǎo)致表中報(bào)告的30-40 μ m/秒的高注水速度的額外泵送效果。如從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看到的，對(duì)注水法施加壓力瞬變導(dǎo)致油采收率的顯著提高，范圍在約
5.3-13. 6% (分別在試驗(yàn)2和4中)，因此明確地證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明所提出的烴采收方法的潛力。圖8是略圖，顯示了用于在伯里亞砂巖巖心上的實(shí)驗(yàn)中的碰撞過程中采用的用于移動(dòng)物體的設(shè)備，以及如前描述的在伯里亞砂巖巖心上的巖心注水實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)裝置。 這里通過在流體填充的液壓缸501中的活塞502上的沖擊負(fù)載產(chǎn)生壓力瞬變。在垂直放置的桿802上提供物塊(mass)801，其借助于馬達(dá)803提升至一定高度，從該處允許其下落到并沖擊活塞502。因此沖擊力通過下落物塊的重量和下落高度確定?？梢栽跅U上安置更多物塊并調(diào)節(jié)沖擊負(fù)載。液壓缸501經(jīng)由管511連接至流體泵540，該泵從804貯液器(未顯示) 將鹽水泵送通過缸并通過置于容器532中的初始油飽和的伯里亞砂巖巖心。在不同的位置連續(xù)測(cè)量壓力。在泵和缸之間的止回閥521 (未顯示)確保單向流動(dòng)。當(dāng)已通過伯里亞砂巖巖心時(shí)，流體(開始時(shí)流體僅是油，而在水突破后，它幾乎僅是鹽水)被泵送至用于收集所采收的油的管和用于鹽水的貯液器，如圖5中概述的。
權(quán)利要求
1.在包括使用至少一種流體的烴采收作業(yè)中的方法，所述方法包括在所述流體中誘導(dǎo)壓力瞬變以在所述流體中傳播，其中所述壓力瞬變通過碰撞過程誘導(dǎo)，所述碰撞過程通過使至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在所述流體外部與至少一個(gè)實(shí)體碰撞產(chǎn)生，所述實(shí)體與在至少一個(gè)部分封閉空間內(nèi)的所述流體接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述至少一種流體從至少一個(gè)與所述部分封閉空間流體聯(lián)通的貯液器(131)提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烴采收作業(yè)中的方法，所述方法還包括借助于至少一個(gè)流體輸送設(shè)備(240，340，440)，從所述至少一個(gè)貯液器(231，331，431)輸送所述至少一種流體的步驟。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述碰撞過程包括使所述物體借助于重力下落到所述實(shí)體上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述物體與所述實(shí)體在另外的流體中碰撞。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述物體與所述實(shí)體在空氣中碰撞。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，所述方法還包括以時(shí)間間隔產(chǎn)生多個(gè)所述碰撞過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述碰撞過程以在2-20秒范圍內(nèi)，如在4-10秒范圍內(nèi)的時(shí)間間隔產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，所述方法包括以下步驟產(chǎn)生以壓力振幅和所述碰撞之間的時(shí)間的第一設(shè)置產(chǎn)生第一序列碰撞過程，接著以壓力振幅和所述碰撞之間的時(shí)間的不同設(shè)置產(chǎn)生第二序列碰撞過程。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述壓力振幅的設(shè)置通過改變所述運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量、或相對(duì)于所述實(shí)體的速度改變所述運(yùn)動(dòng)物體的速度而進(jìn)行改變。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中安置所述實(shí)體以將所述流體與所述至少部分封閉空間中沒有流體的部分分隔開。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述部分封閉空間包括通過所述實(shí)體分隔開的第一和第二部分，并且其中所述方法還包括在所述碰撞過程之前用流體填充所述第一部分。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的烴采收作業(yè)中的方法，其中所述至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體(403)連接于至少一個(gè)波動(dòng)捕獲系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的烴采收作業(yè)中的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)波動(dòng)捕獲系統(tǒng)包括至少一個(gè)被布置成通過波發(fā)生運(yùn)動(dòng)的浮標(biāo)(405)，并且其中所述至少一個(gè)浮標(biāo)(405)的運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)所述物體(403)的運(yùn)動(dòng)，從而在與所述實(shí)體(402)的碰撞之前獲得所述物體(403)的非零動(dòng)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及在用于烴采收作業(yè)的流體中誘導(dǎo)壓力瞬變方法。本發(fā)明的特征還在于通過碰撞過程在流體中誘導(dǎo)壓力瞬變。所述碰撞過程采用運(yùn)動(dòng)物體(103，203，303，403)，其在所述流體外部與實(shí)體(102，202，302，402)碰撞，所述實(shí)體與在部分封閉空間(101，201，301，401)內(nèi)的流體接觸。此外，必須使所述壓力瞬變?cè)诹黧w中傳播。所述流體可以是以下組中的一種或多種主要是水、固結(jié)液、處理液、清潔液、鉆井液、壓裂液和水泥。
文檔編號(hào)E21B43/16GK102971483SQ201180029593
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者吉姆-維克多·保爾森 申請(qǐng)人:壓力技術(shù)系統(tǒng)公司