使用超聲的深度酸化增強(qiáng)方法以及酸化工具的制作方法
【專利摘要】一種利用酸化工具使地層中待處理區(qū)深度酸化增強(qiáng)的方法，本方法包括以下步驟：引入酸化工具進(jìn)入井筒，引入酸配料至處理區(qū)處的井筒壁，以及，引入超聲能量進(jìn)入處理區(qū)處的地層。后續(xù)酸滲透深度比初始酸滲透深度更深。一種使地層一部分應(yīng)力壓裂的方法，包括以下步驟：引入酸化工具進(jìn)入井筒、并在關(guān)注處理點(diǎn)處引入酸配料和超聲能量。薄弱酸化點(diǎn)和作用于地層的應(yīng)力共同作用，從而形成與井筒流體連接的定向應(yīng)力誘發(fā)壓裂。酸化工具包括酸輸送系統(tǒng)和超聲波發(fā)射器。
【專利說明】使用超聲的深度酸化增強(qiáng)方法以及酸化工具
[0001]發(fā)明人:穆罕默德.納比爾.努依-梅希蒂
[0002]默罕默德.H.阿爾克哈奧帝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種方法和一種裝置，通過增加酸貫穿地下碳酸鹽地層的滲透深度，提聞基質(zhì)酸化技術(shù)的效率。

【背景技術(shù)】
[0004]為了提高地層滲透率，通常做法是對地層進(jìn)行酸化處理。例如，在石油工業(yè)中，為了提高周圍含碳?xì)浠衔飳拥臐B透率，可以將酸化液注入井中，從而有助于含碳?xì)浠衔锏囊后w從地層流入井中。這種酸化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)為“基質(zhì)酸化”過程或者“酸壓裂”過程。
[0005]在酸壓裂過程中，在足夠壓力下將酸化液配置在井內(nèi)，以導(dǎo)致在地層內(nèi)形成壓裂。因此，通過所形成的壓裂，以及通過酸在地層內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)滲透率的提高。
[0006]在基質(zhì)酸化過程中，以低于地層壓裂壓力的壓力，酸化液從井中通過而進(jìn)入地層。在這種情況下，滲透率增大主要是由酸在地層內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的，而由于如壓裂過程中那樣在地層內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械破碎的情況則很少或不會導(dǎo)致滲透率的增大。
[0007]大多數(shù)情況下，在鈣質(zhì)地層諸如白云石、石灰石、白云石質(zhì)砂巖等中執(zhí)行酸化處理。然而，在酸化處理這些類型地層的過程中存在共同的困難，原因是酸化液與其首先接觸的地層部分的反應(yīng)速度快。在基質(zhì)酸化處理過程中這是特別嚴(yán)重的。強(qiáng)制酸化液從井中進(jìn)入地層時，酸與緊鄰井的含鈣材料迅速反應(yīng)。因此，酸在其能滲透進(jìn)入地層相當(dāng)距離之前已消耗掉。例如，在石灰石地層的基質(zhì)酸化過程中，常見的是，用能起作用的酸(live acid)實(shí)現(xiàn)的最大滲透達(dá)到的深度距井筒面僅僅幾英寸至一英尺。當(dāng)然，這嚴(yán)重限制了井的生產(chǎn)力或注入能力(injectivity)的提高。
[0008]已經(jīng)嘗試了多種方法來降低酸與巖層的反應(yīng)速度。例如，其他人已經(jīng)嘗試過向酸配料添加反應(yīng)抑制劑。另外，為了減慢反應(yīng)速度，另一些工作已經(jīng)開始著手關(guān)注降低局部溫度的途徑。然而，所有這些方式的解決方案，都因增加了基質(zhì)酸化處理操作的成本和復(fù)雜性而帶來嚴(yán)重不足。所以，有利的是具有一種方法以及一種裝置，為當(dāng)前已知的那些方法以及裝置提供改進(jìn)的深度酸化增強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的方法以及裝置設(shè)置用于基質(zhì)酸化處理，為了在地層中實(shí)現(xiàn)更深的增強(qiáng)區(qū)。本方法使用超聲能量來推動增強(qiáng)酸更深地進(jìn)入地層。
[0010]一種用于執(zhí)行地層中待處理區(qū)深度酸化增強(qiáng)的方法，其使用一種酸化工具。本方法包括引入酸化工具進(jìn)入井筒的步驟。井筒可操作以允許接近地層。井筒還由井筒壁限定。酸化工具可操作以引入酸配料至井筒壁。酸化工具還可操作以引入超聲能量進(jìn)入地層。本方法包括引入酸配料至處理區(qū)處井筒壁的步驟。酸配料包括酸。酸配料的引入使得酸擴(kuò)散進(jìn)入處理區(qū)處的地層，達(dá)到初始酸滲透深度。本方法包括引入超聲能量進(jìn)入處理區(qū)處地層的步驟。酸擴(kuò)散進(jìn)入處理區(qū)處的地層，達(dá)到后續(xù)酸滲透深度。后續(xù)酸滲透深度比初始酸滲透深度更深入地層中。
[0011]一種使地層一部分應(yīng)力壓裂的方法，包括引入酸化工具進(jìn)入井筒使其接近于關(guān)注處理點(diǎn)定位的步驟。關(guān)注處理點(diǎn)與處于應(yīng)力下的地層部分相關(guān)聯(lián)。酸化工具可操作以在關(guān)注處理點(diǎn)處引入酸配料和超聲能量。本方法包括在關(guān)注處理點(diǎn)處同時引入酸配料和超聲能量的步驟。這種同時引入使來自酸配料的酸擴(kuò)散進(jìn)入處于應(yīng)力下的地層部分中。以低于應(yīng)力作用下地層壓裂梯度壓力的壓力，引入酸配料。擴(kuò)散的酸在處于應(yīng)力下的地層中形成薄弱酸化點(diǎn)。薄弱酸化點(diǎn)與地層中的應(yīng)力共同作用，導(dǎo)致形成與井筒流體連接的定向應(yīng)力誘發(fā)壓裂。
[0012]一種在穿過地層的井筒中使用的酸化工具，包括酸輸送系統(tǒng)，該酸輸送系統(tǒng)可操作以引入酸配料至井筒的井筒壁。酸化工具還包括超聲波發(fā)射器，該超聲波發(fā)射器可操作以引入超聲能量進(jìn)入地層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]參照優(yōu)選實(shí)施方式的下述具體描述、所附權(quán)利要求、以及附圖，可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、各方面、以及優(yōu)點(diǎn)，附圖中:
[0014]圖1A?IC在預(yù)先形成井筒的剖視圖中示出使用本發(fā)明方法的一種實(shí)施例，其中使用酸化工具的一種實(shí)施例；
[0015]圖2在預(yù)先形成井筒的剖視圖中示出使用本發(fā)明方法的一種實(shí)施例，其中使用酸化工具的一種實(shí)施例；
[0016]圖3示出酸化工具的一種實(shí)施例的剖視圖；
[0017]圖4示出酸化工具的一種實(shí)施例的剖視圖；
[0018]圖5示出關(guān)于酸配料暴露在第一鉆芯上之前以及之后兩種情況下的直方圖深度分析；以及
[0019]圖6示出關(guān)于酸配料和超聲能量暴露在第二鉆芯上之前以及之后兩種情況下的直方圖深度分析。
[0020]附圖中，類似的構(gòu)成要素或特征或二者可以具有相同或相似的附圖標(biāo)記。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本說明書(其包括
【發(fā)明內(nèi)容】
、附圖簡要說明和優(yōu)選實(shí)施方式的具體描述)以及所附權(quán)利要求，涉及本發(fā)明的獨(dú)有特征(包括過程或方法的步驟)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括說明書中所描述的獨(dú)有特征的所有可能組合及應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于說明書中所給出的實(shí)施方式的描述，也不受其限制。本發(fā)明主題沒有限制，只要其不脫離說明書和所附權(quán)利要求的精神范圍。
[0022]本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，描述特定實(shí)施方式所使用的術(shù)語并不限制本發(fā)明的范圍或?qū)挾取Ｔ诮忉屨f明書和所附權(quán)利要求的過程中，所有術(shù)語應(yīng)當(dāng)按與各術(shù)語上下文一致的最寬的可能方式解釋。除非另有定義，本說明書和所附權(quán)利要求中所使用的所有技術(shù)以及科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
[0023]在本說明書和所附權(quán)利要求中使用時，除非上下文明確指明，單數(shù)形式的“一”以及“該”包括多個所指對象。動詞“包括”及其派生形式，應(yīng)當(dāng)解釋為以非排除方式涉及組件、部件或步驟。所涉及的組件、部件、或步驟可以是現(xiàn)存的、與未清楚提及的其它組件、部件或步驟組合一起使用與之組合。動詞“連結(jié)”及其派生形式指完成任意形式的要求結(jié)合，包括電結(jié)合、機(jī)械結(jié)合或流體結(jié)合，以由兩個或更多事先非接合對象形成單個對象。如果第一裝置連結(jié)至第二裝置，連接可以直接方式進(jìn)行，也可以通過常見連接器實(shí)現(xiàn)?！翱蛇x地”及其變化形式指隨后描述的事件或情況可以出現(xiàn)也可以不出現(xiàn)。本說明書包括事件或情況出現(xiàn)的實(shí)例以及沒有出現(xiàn)的實(shí)例?！翱刹僮鞯摹奔捌渥兓问街高m配用于其適當(dāng)功能并且能用于其預(yù)期應(yīng)用。
[0024]空間術(shù)語描述一個對象或一組對象相對于另一對象或一組對象的相對位置?？臻g關(guān)系沿垂直軸及水平軸適用。使用包括“向上(uphole)”和“向下(doWnhole)”、“之上”和“之下”、“上”和“下”、以及其它類似術(shù)語的取向或相關(guān)詞，是為了描述方便，但并無限制，除非上下文明確指明。
[0025]本說明書或所附權(quán)利要求提供值的范圍，應(yīng)當(dāng)理解的是，區(qū)間包括上限和下限之間的各中間值以及上限和下限。根據(jù)所提供的排除性說明，本發(fā)明包含并且受限于較小的區(qū)間范圍。
[0026]本說明書以及所附權(quán)利要求涉及包括兩種或更多確定步驟的方法時，所限定的步驟可以以任意次序?qū)崿F(xiàn)或同時實(shí)現(xiàn)，除非上下文排除這種可能性。
[0027]圖1A ?圖1C
[0028]圖1A?圖1C在穿過地層預(yù)先形成井筒的剖視圖中示出本發(fā)明方法的一種實(shí)施例，其中使用酸化工具的一種實(shí)施例。
[0029]圖1A示出包含處理區(qū)15的地層10，處理區(qū)15是地層10的待處理的部分。通過井筒20可接近地層10以及處理區(qū)15。井筒20從地面向下延伸至處理區(qū)15，并且由井筒壁22限定。處理區(qū)15與井筒20在井筒壁22處交界，并且，處理區(qū)15從井筒20徑向延伸。處理區(qū)15具有上方邊界24和下方邊界26，上方邊界24是通過井筒20可接近的處理區(qū)15的最上方部分，以及，下方邊界26是通過井筒20可接近的處理區(qū)15的最下方部分。
[0030]在圖1A中，引入(箭頭32)酸化工具30進(jìn)入井筒20，使其接近于處理區(qū)15的上方邊界24定位。引入酸化工具10連結(jié)至盤管34。盤管可操作以從地面向酸化工具30供給酸配料和電力。通過酸輸送系統(tǒng)36將酸配料引入至處理區(qū)15，該酸輸送系統(tǒng)36包括酸流通道38，該酸流通道38可操作以引入酸配料至處理區(qū)15中的井筒壁22。
[0031]本方法的一種實(shí)施例包括地層處理區(qū)由碳酸鹽巖構(gòu)成的情況。
[0032]圖1B示出通過酸流通道38引入酸配料(噴嘴40)至處理區(qū)15的酸化工具30。酸化工具30將酸配料40徑向方式分送到從處理區(qū)15的上方邊界24至下方邊界26的井筒壁22上。酸配料40涂覆所分布到的井筒壁22，這讓來自酸配料40的酸擴(kuò)散并滲透進(jìn)入處理區(qū)15，形成處理區(qū)15的酸處理部分42。酸滲透進(jìn)入處理區(qū)15達(dá)到初始酸滲透深度44，這是從井筒壁22開始測量所獲得的進(jìn)入地層10深度。圖1B示出酸配料40導(dǎo)入同時進(jìn)一步引入酸化工具30進(jìn)入井筒20。
[0033]酸配料包括酸。稀釋的鹽酸和硫酸是用于酸配料的酸溶液的有用示例。本方法的一種實(shí)施例包括使用弱酸作為配方中的酸。弱酸是在水存在下不完全離解的酸。乙酸、甲酸、氟硼酸以及乙二胺四乙酸(EDTA)是可用弱酸的示例。這樣的弱酸被認(rèn)為是可用的:在與地層中存在的礦物接觸時，它們與地層中礦物的反應(yīng)并不是在瞬間發(fā)生的，也并不完全，而是以已知的反應(yīng)常數(shù)進(jìn)行量度，允許施加超聲能量。本方法的一種實(shí)施例包括酸具有的PH值在約2至約5范圍內(nèi)的情形。
[0034]作為所施加凝膠或發(fā)泡的一部分，酸配料可以延遲與井筒壁的接觸。凝膠或發(fā)泡也能減少與井筒壁直接接觸的酸配料的量，這增加了未反應(yīng)酸配料的量，這些未反應(yīng)酸配料可用于受到超聲能量的驅(qū)動而進(jìn)入處理區(qū)。由于發(fā)泡或凝膠附著至井筒壁，接近其分布部位，發(fā)泡或凝膠還能改進(jìn)酸配料的定位。本方法的一種實(shí)施例包括這樣的情況，酸配料是凝膠的一部分，該凝膠可操作以物理方式附著至井筒壁。本方法的一種實(shí)施例包括這樣的情況，酸配料是發(fā)泡的一部分，該發(fā)泡可操作以物理方式附著至井筒壁。增壓氣體，包括氮?dú)狻⒖諝?、以及二氧化碳，對于產(chǎn)生發(fā)泡以攜帶酸配料是有用的。
[0035]酸化工具30還包括超聲波發(fā)射器50 (示于內(nèi)部)。圖1C示出使用超聲波發(fā)射器50向處理區(qū)引入超聲能量(箭頭52)的酸化工具30。酸化工具30發(fā)射超聲能量52，從處理區(qū)15的上方邊界24至下方邊界26，徑向方式進(jìn)入處理區(qū)15。超聲能量52輻射穿過處理區(qū)15的酸處理部分42。超聲能量52推動酸處理部分42中的酸更深地進(jìn)入處理區(qū)15，形成處理區(qū)15的超聲處理部分54。酸更深地滲透進(jìn)入處理區(qū)15，達(dá)到后續(xù)酸滲透深度56，此深度為從井筒壁22測量所獲得的進(jìn)入地層10的深度。后續(xù)酸滲透深度56是比初始酸滲透深度44更大的值(也就是，自井筒壁22更深地進(jìn)入地層10)。圖1C示出超聲能量52導(dǎo)入，同時使酸化工具30自井筒20抽出，這允許酸化工具30達(dá)到接近于上方邊界24的位置。
[0036]基于所使用酸配料的濃度、類型、以及數(shù)量，超聲波發(fā)射器能在一些頻率范圍和強(qiáng)度范圍內(nèi)引入超聲能量進(jìn)入地層。本方法的一種實(shí)施例包括以約10千赫(kHz)至約I兆赫(MHz)范圍內(nèi)的頻率導(dǎo)入超聲能量。本方法的一種實(shí)施例包括以每平方厘米約I瓦至約10瓦(W/cm2)范圍內(nèi)的聲波強(qiáng)度(聲強(qiáng))導(dǎo)入超聲能量。
[0037]由酸化工具在大致相同方向引入酸配料以及超聲能量，以促進(jìn)酸的分散深入地層。本方法的一種實(shí)施例包括這樣的情況:酸配料和超聲能量二者都從酸化工具徑向方式導(dǎo)入。這允許自井筒開始的地層的總作用范圍。本方法的一種實(shí)施例包括將酸配料和超聲能量二者引入至關(guān)注處理點(diǎn)。
[0038]酸配料中的酸與地層的礦物組分反應(yīng)?？捎盟崤淞鲜沁@樣的，酸與地層礦物組分的反應(yīng)速度低于穿過地層擴(kuò)散的速度。使用弱酸能防止一旦將酸引入至井筒壁面就消耗掉所有酸的情況。此外，將酸配料混合進(jìn)凝膠或發(fā)泡也能防止一旦將酸初始施加至井筒壁就消耗掉大部分酸的情況。這允許使穿過地層的擴(kuò)散距離最大化，改進(jìn)了每次處理的地層增強(qiáng)品質(zhì)，而不是用所施加酸的全部量簡單地酸化處理井筒壁的表面。本方法的一種實(shí)施例包括這樣的情形，在通過導(dǎo)入超聲能量使酸擴(kuò)散進(jìn)入地層之前，相當(dāng)部分酸不與地層反應(yīng)。在本方法的一種實(shí)施例中，“相當(dāng)部分”指用酸配料導(dǎo)入的酸的至少50%。在一種實(shí)施例中，相當(dāng)部分指所導(dǎo)入酸的至少60%。在一種實(shí)施例中,相當(dāng)部分指所導(dǎo)入酸的至少70%。在一種實(shí)施例中，相當(dāng)部分指所導(dǎo)入酸的至少80 %。在一種實(shí)施例中，相當(dāng)部分指所導(dǎo)入酸的至少90%。在一種實(shí)施例中,相當(dāng)部分指所導(dǎo)入酸的至少95%。
[0039]初始酸滲透深度與后續(xù)酸滲透深度之間的深度差取決于數(shù)個因素，包括超聲能量的聲波強(qiáng)度和頻率、施加酸配料與施加超聲能量之間的時間、暴露于超聲能量的時間、酸組成、以及地層組成。本方法的一種實(shí)施例包括，自井筒壁開始測量，初始酸滲透深度與后續(xù)酸滲透深度之間的深度差為至少50%更大。本方法的一種實(shí)施例包括，自井筒壁開始測量，初始酸滲透深度與后續(xù)酸滲透深度之間的深度差是在約50%至約90%更大的范圍內(nèi)。
[0040]本處理方法不要求以超過地層壓裂梯度壓力的方式導(dǎo)入酸配料。盡管作為水力壓裂或“壓裂”流體潛在是有用的，然而，使用流體傳送及擴(kuò)散機(jī)械，可操作應(yīng)用于深度酸化增強(qiáng)的酸配料，以允許酸穿過井筒壁擴(kuò)散進(jìn)入地層。本方法的一種實(shí)施例包括以低于地層壓裂梯度壓力值的壓力導(dǎo)入酸配料。
[0041]本方法的一種實(shí)施例包括沒有導(dǎo)入外部供給的表面活性劑。
[0042]圖2
[0043]類似于圖1A?C，圖2在穿過地層的預(yù)先形成井筒的剖視圖中示出使用本發(fā)明方法的一種實(shí)施例，該實(shí)施例給出使用酸化工具的一種實(shí)施方式。酸化工具130通過酸流通道138引入酸配料(噴嘴140)至處理區(qū)115。酸流通道138沿酸化工具130定位于下方位置中。酸化工具130從處理區(qū)15的上方邊界124至下方邊界126分布酸配料140。來自酸配料40的酸擴(kuò)散并滲透進(jìn)入處理區(qū)115，形成酸處理部分142。酸滲透進(jìn)入處理區(qū)115達(dá)到初始酸滲透深度144。
[0044]同時，使用超聲波發(fā)射器150 (示于內(nèi)部)，酸化工具130引入超聲能量(箭頭152)至處理區(qū)115。超聲波發(fā)射器150位于酸流通道138的上方。引入酸化工具130，從而對于處理區(qū)115中的固定位置，在導(dǎo)入超聲能量152之前，使井筒壁122暴露于酸配料140。酸化工具130從上方邊界124至下方邊界126發(fā)射超聲能量152。超聲能量152輻射穿過酸處理部分142，推動酸處理部分142中的酸更深地進(jìn)入處理區(qū)115，以形成超聲處理部分154。酸更深地滲透進(jìn)入處理區(qū)115，達(dá)到后續(xù)酸滲透深度156。后續(xù)酸滲透深度156大于初始酸滲透深度144。
[0045]圖3
[0046]圖3示出酸化工具實(shí)施例的剖視圖。酸化工具230具有酸輸送系統(tǒng)236，該酸輸送系統(tǒng)236帶有多個酸流通道238。酸流通道238是這樣的，它們可操作以將酸配料(噴嘴240)引入至關(guān)注的處理點(diǎn)260。酸化工具230還具有超聲波發(fā)射器250，該超聲波發(fā)射器250定位成可操作以引入超聲能量(箭頭252)至關(guān)注處理點(diǎn)260。酸化工具的這種實(shí)施例允許同時引入酸配料240和超聲能量252至關(guān)注處理點(diǎn)260，驅(qū)動酸深入地層210。酸化工具230示為用卷曲配管234和輸電線管262連結(jié)至地面，卷曲配管234供給酸配料，而輸電線管262供給電力。
[0047]深度酸化增強(qiáng)的一種實(shí)施例包括這樣的情況，通過都指向關(guān)注處理點(diǎn)，酸化工具同時引入酸配料和超聲能量二者。關(guān)注處理點(diǎn)是井筒壁上的點(diǎn)或沿井筒壁的較短長度。
[0048]使用這種酸化工具實(shí)施例在關(guān)注處理點(diǎn)處同時引入酸配料和超聲能量，對于處在應(yīng)力下的地層部分內(nèi)建立定向壓裂是有用的。引入酸化工具進(jìn)入井筒，使其接近于關(guān)注處理點(diǎn)定位。該關(guān)注處理點(diǎn)與處在應(yīng)力下的地層部分相關(guān)聯(lián)。
[0049]通過在關(guān)注處理點(diǎn)處同時引入酸配料和超聲能量，在該部位處將酸擴(kuò)散深入地層。酸配料的導(dǎo)入不要求超過處于應(yīng)力下地層部分的壓裂梯度。地層內(nèi)的酸與地層反應(yīng)，并導(dǎo)致薄弱酸化點(diǎn)形成。
[0050]雖然圖1至圖3中示出在施加酸配料和超聲能量時，所施加酸在垂直于井筒取向的方向受到驅(qū)動而進(jìn)入地層，但深度酸滲透并引起應(yīng)力誘發(fā)壓裂的方法并不僅僅局限于和井筒垂直的角度。在因地層的取向而使地層自身不能相對井筒以90度角深度酸滲透的情況下，如常見于在豎井或偏斜方向井中施加酸配料和超聲能量進(jìn)入生產(chǎn)地層薄帶的情況，以遠(yuǎn)程方式或者在導(dǎo)入井筒之前預(yù)定位的方式，可操作超聲波發(fā)射器用于定位，使得超聲能量按與井筒非垂直的角度引入所施加酸配料進(jìn)入地層。例如，圖3示出一種酸化工具230，其具有第一超聲波發(fā)射器250和第二超聲波發(fā)射器250，第一超聲波發(fā)射器250定位成以相對于井筒取向成鈍角的方式引入其超聲能量252，以及，第二超聲波發(fā)射器250定位成以相對于井筒取向成銳角的方式引入所發(fā)射的超聲能量252。
[0051]地層內(nèi)薄弱酸化點(diǎn)的形成與地層中的應(yīng)力共同作用，導(dǎo)致處于應(yīng)力下的地層部分的應(yīng)力誘發(fā)壓裂。應(yīng)力誘發(fā)壓裂是定向液流通道，其不僅與井筒流體連接，而且更深進(jìn)入地層。在本方法的一種實(shí)施例中，應(yīng)力誘發(fā)壓裂與薄弱酸化點(diǎn)流體連接。這種定向應(yīng)力誘發(fā)壓裂是可用于附加操作的流體通道。
[0052]以大于地層壓裂梯度的壓力，將水力壓裂流體導(dǎo)入該定向應(yīng)力誘發(fā)壓裂，能加寬壓裂并使先前致密的地層打開以便開采，但相比于僅僅使地層水力壓裂，這種方式以可預(yù)測且可控制的方式進(jìn)行。
[0053]圖4
[0054]圖4示出酸化工具一種實(shí)施例的剖視圖。酸化工具330包括與第二酸輸送系統(tǒng)374和第二超聲波發(fā)射器376串聯(lián)的第一酸輸送系統(tǒng)370和第一超聲波發(fā)射器372。通過卷曲配管334從地面分送酸配料。第一酸輸送系統(tǒng)370和第二酸輸送系統(tǒng)374 二者都與卷曲配管334流體連接并互相連接。輸電線管362從地面向串聯(lián)方式電連接在一起的第一超聲波發(fā)射器372和第二超聲波發(fā)射器376 二者傳送電力。酸化工具330允許單次通過井筒320進(jìn)行更多酸配料和超聲能量的分送。
[0055]輔助設(shè)備
[0056]實(shí)施方式包括許多附加標(biāo)準(zhǔn)部件或設(shè)備，它們使上述裝置、過程、方法、以及系統(tǒng)能夠運(yùn)行，并使其可操作。
[0057]可以通過人工交互、預(yù)編程計(jì)算機(jī)控制、以及響應(yīng)系統(tǒng)或其組合，進(jìn)行過程或方法的一部分步驟或全體步驟的操作、控制以及執(zhí)行。
[0058]試驗(yàn)
[0059]通過特定實(shí)施方式的示例，有助于更好地理解深度酸化增強(qiáng)方法。這些示例不應(yīng)當(dāng)用于限制或限定本發(fā)明的范圍。
[0060]為了測試超聲波對酸滲透深度的影響，使用具有類似物理性能和滲透性能的兩個類似的碳酸鹽鉆芯。兩個碳酸鹽鉆芯都是具有對向平坦端面形式的圓柱，并且具有35毫米(mm)的面到面長度。第一鉆芯具有6毫達(dá)西(mD)的初始滲透率值。第二鉆芯具有8毫達(dá)西的初始滲透率值。通過以特氟隆(E.1.du Pont de Nemours and C0.；ffilmingtong,Del.)纏繞圓柱側(cè)部但保持端面露出，制備各鉆芯。
[0061]用于試驗(yàn)的酸配料是5重量％含水乙酸溶液的組合物。酸配料維持處于25°C，并且不攪拌以維持靜態(tài)條件。
[0062]將第一鉆芯和第二鉆芯二者都局部浸在盛有酸配料的浴槽中，使得鉆芯的一個端面與酸配料流體接觸。第一鉆芯保持其位置兩個小時，而其環(huán)境沒有任何附加改變。第二鉆芯遵循同樣過程，不同之處在于浴槽盛有酸配料、以及在兩個小時酸配料暴露期間使第二鉆芯暴露于來自超聲源的超聲能量。超聲源在浸入酸配料中的第二柱體的端面處引入超聲能量(以300千赫)。
[0063]在兩小時酸配料浸入期之后，使用計(jì)算機(jī)化斷層顯像(CT)分析，確定第一鉆芯和第二鉆芯二者的酸滲透距離。從鉆芯的流體暴露面開始到非暴露面，CT掃描儀以5毫米間隔對兩個碳酸鹽鉆芯執(zhí)行掃描。CT掃描儀對經(jīng)處理之前的兩個鉆芯掃描，以建立用于比較的基線。對于各鉆芯，在試驗(yàn)之前以及試驗(yàn)之后沿第一鉆芯和第二鉆芯二者的長度獲得7個CT “切片”，用以建立直方圖，該直方圖在確定超聲能量導(dǎo)入對酸滲透深度的影響方面是有用的。
[0064]圖5示出關(guān)于酸配料暴露在第一鉆芯上之前與之后兩種情況下的直方圖深度分析。圖6示出在關(guān)于酸配料和超聲能量暴露在第二鉆芯上之前與之后兩種情況下的直方圖深度分析。
[0065]直方圖分析示出，第一鉆芯和第二鉆芯二者都與酸配料中的乙酸反應(yīng)。經(jīng)由CT分析產(chǎn)生的CT分布值的下移，這反映出與暴露于酸的端面相距該距離處的鉆芯總密度變化。下移反映了酸從鉆芯內(nèi)部溶解了礦物成分，并且降低其總密度。CT分布中沒有出現(xiàn)下移處所在的距離，表明酸沒有滲透至該深度并從鉆芯溶解礦物。
[0066]第一鉆芯的直方圖分析表明，酸滲透該鉆芯達(dá)到距暴露面不超過23毫米的深度。超出此距離，在對第一鉆芯進(jìn)行處理之前或處理之后，CT分布值沒有差異，表明酸沒有進(jìn)一步滲透進(jìn)入第一鉆芯。
[0067]第二鉆芯的直方圖分析表明，酸滲透該鉆芯達(dá)到距暴露面幾乎35毫米的深度。與第一鉆芯相比，在酸配料處理期間引入超聲能量進(jìn)入鉆芯的效果，使酸滲透距離增大至少50%。該試驗(yàn)示出，超聲的使用增加了酸滲透深度。
【權(quán)利要求】
1.一種利用酸化工具使地層中待處理區(qū)深度酸化增強(qiáng)的方法，包括以下步驟: 將所述酸化工具引入井筒，所述井筒可操作以接近所述地層、并且由井筒壁限定，以及，所述酸化工具可操作以引入酸配料至所述井筒壁、以及將超聲能量引入所述地層； 將含酸的酸配料引入到所述處理區(qū)處的所述井筒壁上，使得所述酸擴(kuò)散進(jìn)入所述處理區(qū)處的所述地層，達(dá)到初始酸滲透深度；以及 將超聲能量引入所述處理區(qū)處的所述地層，使得所述酸擴(kuò)散進(jìn)入所述處理區(qū)處的所述地層，達(dá)到后續(xù)酸滲透深度，所述后續(xù)酸滲透深度比所述初始酸滲透深度更深入所述地層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述地層的所述處理區(qū)包括碳酸鹽巖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述酸配料是凝膠，可操作地以物理方式附著至所述井筒壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述酸配料是發(fā)泡體，可操作地以物理方式附著至所述井筒壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述酸是弱酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1至權(quán)利要求5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述酸具有的pH值在2~5范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，以10千赫~I兆赫范圍內(nèi)的頻率引入所述超聲能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，以I~10瓦/平方厘米范圍內(nèi)的聲波強(qiáng)度引入所述超聲能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述后續(xù)酸滲透深度比所述初始酸滲透深度至少更深50%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述酸配料和所述超聲能量二者都從所述酸化工具徑向方式引入。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，在通過引入所述超聲能量使所述酸擴(kuò)散進(jìn)入所述地層之前，相當(dāng)部分的所述酸不與所述地層反應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求11中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述處理區(qū)處的所述地層具有壓裂梯度壓力值，以及，以低于所述壓裂梯度壓力值的壓力引入所述酸配料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的深度酸化增強(qiáng)方法，其中，所述酸配料的引入和所述超聲能量的引入同時發(fā)生，并且使二者都指向關(guān)注處理點(diǎn)。
14.一種使地層一部分應(yīng)力壓裂的方法，所述方法包括以下步驟: 將所述酸化工具引入井筒內(nèi)，使其定位成接近于關(guān)注處理點(diǎn)，所述關(guān)注處理點(diǎn)與處于應(yīng)力下的地層部分相關(guān)聯(lián)，所述酸化工具可操作以在所述關(guān)注處理點(diǎn)處引入酸配料和超聲倉; 在所述關(guān)注處理點(diǎn)處同時引入所述酸配料和所述超聲能量，以使來自所述酸配料的酸擴(kuò)散進(jìn)入處于應(yīng)力下的所述地層部分中，以低于處于應(yīng)力下的地層部分的壓裂梯度的壓力，引入所述酸配料， 其中，擴(kuò)散進(jìn)入處于應(yīng)力下的地層部分的所述酸形成薄弱酸化點(diǎn)，所述薄弱酸化點(diǎn)與所述地層部分中的所述應(yīng)力共同作用，導(dǎo)致形成了與所述井筒流體連接的定向應(yīng)力誘發(fā)壓? ο
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的應(yīng)力壓裂方法，進(jìn)一步包括下述步驟，以大于處于應(yīng)力下的地層部分的壓裂梯度的壓力，將水力壓裂流體引入所述定向應(yīng)力誘發(fā)壓裂中。
16.一種在穿過地層的井筒中使用的酸化工具，所述酸化工具包括: 酸輸送系統(tǒng)，其可操作以將酸配料引入到所述井筒的井筒壁上，以及 超聲波發(fā)射器，其可操作以將超聲能量引入所述地層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的酸化工具，其中，所述酸輸送系統(tǒng)可操作以引入凝膠酸配料。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的酸化工具，其中，所述酸輸送系統(tǒng)可操作以引入發(fā)泡酸配料。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求18中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的酸化工具，其中，所述酸輸送系統(tǒng)可操作以徑 向方式引入酸配料。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求19中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的酸化工具，其中，所述超聲波發(fā)射器可操作以引入頻率在10千赫~I兆赫范圍內(nèi)的超聲能量。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的酸化工具，其中，所述超聲波發(fā)射器可操作以用I~10瓦/平方厘米范圍內(nèi)的聲波強(qiáng)度引入超聲能量。
22.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求21中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的酸化工具，其中，所述酸輸送系統(tǒng)可操作以引入酸配料，以及，所述超聲波發(fā)射器可操作以將超聲能量引入至關(guān)注處理點(diǎn)。
【文檔編號】E21B43/26GK104081000SQ201280060215
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月8日
【發(fā)明者】穆罕默德·納比爾·努依-梅希蒂, 默罕默德·H·阿爾克哈奧帝 申請人:沙特阿拉伯石油公司