專利名稱：用于激勵(lì)油藏的聲源的制作方法
用于激勵(lì)油藏的聲源本發(fā)明為我們的挪威專利175498號的改進(jìn)，該專利涉及一種通 過采用聲波來激勵(lì)油井的工藝，該聲波由液壓操縱聲源或樁錘發(fā)射。 本發(fā)明展示了聲源的不同設(shè)計(jì)，其加倍了油井激勵(lì)的效果。到目前為止，已經(jīng)僅僅可能開采油藏中的部分石油，因?yàn)榇嬖?特殊的、將石油限制在地巖層內(nèi)的結(jié)合力。該結(jié)合力為毛細(xì)力、粘 接力以及液壓力的組合。石油中的主要部分殘留于油藏中，直到新技術(shù)能夠影響將石油 限制在地巖層內(nèi)的結(jié)合力為止。由于油藏內(nèi)已探測到的儲(chǔ)量代表著實(shí)質(zhì)性的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，發(fā)現(xiàn)新 方法及裝備，以增加來自油藏的產(chǎn)率具有極大的重要性。本發(fā)明展示了用于增加石油開采的新工具，并且使重新啟動(dòng)從 已關(guān)閉油井中采油或者在具有減少采油量的油井中采油成為可能。 這是通過聲波而獲得的，并已發(fā)現(xiàn)當(dāng)聲波產(chǎn)生并發(fā)射到含油地巖 層的時(shí)候，最佳效果得以達(dá)成。根據(jù)本發(fā)明，推薦一種采用聲音激勵(lì)油井的工序，其中由氣體 驅(qū)動(dòng)的豎直震蕩振動(dòng)器(樁錘)插入到油井中，在該油井中，壓縮氣體從具有一定壓力的壓縮器或一組氣瓶中而充入到工具中，并且在該 油井中，氣體的排出向下且圍繞柱塞運(yùn)行，并運(yùn)行出去而進(jìn)入采集管柱與套管之間的環(huán)面內(nèi)。當(dāng)柱塞撞擊 一 個(gè)或者多個(gè)膨脹元件時(shí)， 該工具產(chǎn)生彈性聲波，并且以每分鐘幾個(gè)到幾百個(gè)擊打次數(shù)的速度將彈性聲波發(fā)射到油藏內(nèi)，波列內(nèi)的頻率以柱塞的沖擊為特征，該 沖擊被發(fā)現(xiàn)大約為從1000Hz降至幾Hz。世界范圍內(nèi)的研究在進(jìn)行中，以試圖發(fā)現(xiàn)新方法，以便在所謂 的第二開采源中增加采油量。這些方法包括化學(xué)物質(zhì)注射、電性激勵(lì)、電磁激勵(lì)以及用于聲學(xué)激勵(lì)的方法。興趣特別地集中圍繞著與 表面張力以及界面張力有關(guān)的條件，該界面張力位于石油和水之間， 并且已嘗試通過注射表面活性物或表面活性劑來解決該問題，該活 性物或表面活性劑破壞張力。本發(fā)明可與這些方法一起^f吏用，并且也可以與描述在挪威專利第161697號以及美國專利第5282508號中的電性激勵(lì)以及機(jī)電激勵(lì) 一起使用。下列內(nèi)容與聲波如何影響石油采集的情況，以及油藏的試驗(yàn)室 測試與三維激勵(lì)所展示的內(nèi)容有關(guān)。 油藏中的驅(qū)動(dòng)才幾構(gòu)可以為1. 流體與基巖擴(kuò)張2. 水驅(qū)動(dòng)3. 氣體頂部驅(qū)動(dòng)4. 溶解氣體驅(qū)動(dòng)本發(fā)明可以與所有這些機(jī)構(gòu)一起使用。與石油中的溶解氣體相結(jié)合，當(dāng)壓力下降或當(dāng)油藏被加熱時(shí)， 并且當(dāng)壓力低于臨界氣體壓力時(shí)，氣體將擴(kuò)張為小的微滴。氣體氣泡將轉(zhuǎn)移氣體，從而使得氣體將以壓力下降的方向在油 藏內(nèi)流動(dòng)。石油微滴通常由水環(huán)繞著，并且?guī)缀鯖]有顆粒，這能夠?qū)е職?泡的生長。在這種情況下，將會(huì)經(jīng)歷與增長的沸點(diǎn)一致的"泡點(diǎn)增 加"，并且氣泡開始形成時(shí)的壓力將遠(yuǎn)低于溫度應(yīng)顯示的壓力。因此，不得不減小壓力，以便發(fā)動(dòng)存在于任何液體中的微小氣 泡的氣泡生長。已發(fā)現(xiàn)聲振動(dòng)影響"泡點(diǎn)增加"，從而使得沸騰 可以更容易地開始。石油與氣體之間的界面張力傾向于防止油藏內(nèi) 的流動(dòng)。石油與氣體之間的界面張力是相對的，并且通過增加壓力 而得以進(jìn)一步減小。因此這是可能的即使使用微弱的振動(dòng)也可獲 得極大的效果。試驗(yàn)室測試已顯示使用像0.04g那么微弱的振動(dòng)，以便重新啟 動(dòng)石油在巖石基巖中的流動(dòng)是可能的。在這種關(guān)系中，已經(jīng)獲得限 制于基巖中的石油的80%的開采率。當(dāng)石油流動(dòng)已經(jīng)停止時(shí)，平衡得以建立，該平衡可通過微弱的 聲激勵(lì)而被改變。由于聲波自油井徑向地傳〗番，并且石油向油井流動(dòng)，使用適中 的能量消耗將獲得優(yōu)化的效果。已進(jìn)一步顯示的是，當(dāng)受到振動(dòng)的影響時(shí)，石油以及其它流體 更容易在多孔介質(zhì)中流動(dòng)。這解釋了為什么甚至可視為牛頓流體的流體的行為類似于小的 微滴中的觸變性(tixotropic)流體。在流動(dòng)液體與環(huán)繞開孔之間的邊界 內(nèi)，作為更大或者更低極性的結(jié)果，分子將對齊。流體的l展動(dòng)將導(dǎo)致在流體內(nèi)的細(xì)孩i毛細(xì)波，該細(xì)孩史毛細(xì)波防止 分子建立極性耦合，從而使得石油將更容易流動(dòng)。聲能將作為熱吸收在油藏中，這又將因部分蒸發(fā)和膨脹而增加 壓力，這又產(chǎn)生增加的油開采。當(dāng)水進(jìn)入采集井中時(shí)，通常面臨一種情形因?yàn)槊?xì)力緣故， 大量的石油限制在油藏內(nèi)。已開展廣泛的研究，以便開發(fā)用于減少這些毛細(xì)力的表面活性 物。聲激勵(lì)隨同表面活性物將有益處，因?yàn)槁暭?lì)非常適合于減小 界面張力。這也已可能開采被水限制的石油，然后使用更強(qiáng)的振動(dòng)(5-10g),并且波傳播的方向已經(jīng)與石油流動(dòng)的方向相同。上述美國專利第5282508號描述了許多不同的振動(dòng)器，用于與 電性激勵(lì)結(jié)合起來對油藏進(jìn)行激勵(lì)。這些振動(dòng)器由電力所驅(qū)動(dòng)，但 振動(dòng)器隨同惡劣環(huán)境在油井中的運(yùn)行，引起了專l大的實(shí)際絕緣問題， 因?yàn)樗褂玫碾妷捍蠹s為1500伏特。因此，已存在開發(fā)振動(dòng)器的必
要，該振動(dòng)器由可替換能源所驅(qū)動(dòng)。最合理的方案應(yīng)當(dāng)為使用液壓 動(dòng)力，但是由于沿著油井的相當(dāng)大的距離，以及需要使用兩條線(供 給和排出)，這導(dǎo)致了由壓力損失所引起的較大問題。如在我們的挪威專利第175498號中所述的那樣，即使一條壓力 線也將把流動(dòng)限制到一定程度，從而使得效果將劇烈地減小。本發(fā)明展示了一種設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中，使用氣體而不是液壓動(dòng) 力來操縱樁錘。實(shí)現(xiàn)這種情形需要下列條件壓縮器或壓縮氣體瓶 組，該壓縮器或壓縮氣體瓶組連續(xù)地將氣體供給到工具。由于工具 無法從表面調(diào)節(jié)，需要將活塞連接到工具內(nèi)的柱塞上，該活塞能被 氣壓舉起。活塞上方的空間具有蓄壓器(accumulator)的功能，并且當(dāng) 該儲(chǔ)藏室內(nèi)的氣體被壓縮時(shí)，該空間發(fā)揮彈簧的作用，從而使得活 塞及柱塞能夠向下加速。這可以通過閥門來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)活塞及柱塞已 經(jīng)到達(dá)它們的最高位置時(shí)，該閥門被觸發(fā)。閥門設(shè)計(jì)成使得當(dāng)它改 變自己的位置時(shí)，氣體在柱塞及其環(huán)繞管之間被排出。當(dāng)柱塞撞擊 定位于環(huán)繞著該柱塞的管的內(nèi)部的膨脹元件時(shí)，活塞改變閥I' "1的位 置，從而使得活塞被再次舉起。擊打次數(shù)取決于氣體流動(dòng)速率，并 且蓄壓器內(nèi)的預(yù)設(shè)壓力通過沖擊而引起柱塞的力量，即速度。在我 們的先前專利中，柱塞被石油所環(huán)繞。由于柱塞速度的緣故，大約50% 的能量以熱量的形式損耗，這是因?yàn)槭团c柱塞之間的摩擦。因?yàn)?在本發(fā)明中，柱塞被氣體環(huán)繞著，這種能量損耗得以避免，從而使 得本發(fā)明比我們先前的發(fā)明高出了 50%的效率。工具功能的描述假定壓力設(shè)定為pl bar，這是舉起柱塞以及壓縮儲(chǔ)藏室內(nèi)活塞上 方的氣體的壓力。儲(chǔ)藏室內(nèi)的壓力以及地球的重力加速度引起了使 柱塞向下加速的力量?；钊约爸毁x予加速度a-F/G，其中G 為活塞及柱塞以Kg表示的質(zhì)量。柱塞被沖擊的速度是通過v=(2gsf5 來計(jì)算的，其中s為以米表示的行程長度。運(yùn)行時(shí)間通過t二v/a而給 出。在沖擊過程中，活塞以及柱塞具有累積運(yùn)動(dòng)能量E=Gv2/2(Nm)。 沖擊效果通過P二E/At給出，其中At為沖擊時(shí)間。測試已經(jīng)顯示4十 對中等尺寸，在10ms的沖擊時(shí)間內(nèi)大約能夠累積3000Nm，即在沖 擊瞬間具有300,000W的效率(功率)。在測試過程中，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了來自定位于表面的測試井中心 的下列加速度。加速度3Hz及0.3Hz 尤里卡液壓搌動(dòng)器自中心井的長度m除了使用工具增強(qiáng)石油的開采之外，將該工具作為連續(xù)工作的 地震工具來使用，以便勘測油藏內(nèi)流體的流動(dòng)也是可能的。這是非 常重要的，以便能夠規(guī)劃來自不同油井中的采集量，從而能夠優(yōu)化 來自油藏中的總采集量。在我們的先前專利中，膨"長元件作為縫管的一部分而制造，柱 塞在該縫管內(nèi)運(yùn)行。由于這種結(jié)構(gòu)在管內(nèi)存在疲勞應(yīng)力，已顯示的 是，這種結(jié)構(gòu)引起了準(zhǔn)備應(yīng)用于油井內(nèi)的太短的壽命。膨脹元件也 將導(dǎo)致針對套管的沖擊力量集中。在本設(shè)計(jì)中沒有這種情況，在本 設(shè)計(jì)中膨脹元件是自由的，并且在沒有任何集中點(diǎn)位的情況下能夠 將其自身與套管對齊。膨脹元件面向套管的側(cè)部與套管平行，并且該側(cè)部具有圓形形狀，以便與套管的內(nèi)部直徑匹配。;!.i 1:廠iiM的況gw幼切w幼w。
膨脹元件具有斜邊切割部，該斜邊切割部位于膨脹元件面向工 具管體的每個(gè)端部內(nèi)。具有圓錐體的砧件定位于該膨脹元件的上側(cè) 部，該砧件與斜邊切割部匹配。接收柱塞沖擊的砧件的頂部幾乎呈 扁平狀。在膨脹元件的相對端部上具有靠著砧件的巢穴，該巢穴焊接在 柱塞于其內(nèi)運(yùn)行的管上。除了可以設(shè)置一套膨脹元件之外，定位多套膨脹元件是可能的， 這些膨脹元件借助位于每個(gè)端部的砧件圓錐體而互相分開，但在每 個(gè)端部上，接收沖撞的砧件在頂部具有扁平的表面。為了優(yōu)化聲波的效果，元件套可以互相相對地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得所有元件形成沿著套管的螺旋;洛徑。比如，如果一套是由兩個(gè)膨脹元件組成的，那么該組之上的下一組可設(shè)置成具有相對于第一組成90 度的位移，其它以此類推。通過這種結(jié)構(gòu)可以獲得具有90度相位差的兩個(gè)波列。當(dāng)波列相遇時(shí)，將發(fā)生干涉，其中一個(gè)波的波峰與另 一個(gè)波的波峰相遇，從而引起波幅的增加。本發(fā)明結(jié)合附圖而詳細(xì)解釋，在圖中

圖1展示了工具，該工具的構(gòu)件懸掛于釆集管柱G)的端部內(nèi)， 該采集管柱G)具有普通桿體吸4由泵，普通桿體吸抽泵把石油抽到表 面上。A)展示了容納有閥門結(jié)構(gòu)、活塞以及蓄壓器的氣缸，并且該 氣缸在上側(cè)部連接到端部件上，該采集管柱連接到該端部部件上， 并且該氣缸在下端部連接到部件上，該部件包括閥門并且管C)連接 到該部件上。在管C)內(nèi)運(yùn)行有才童擊砧件D)的柱塞B)。當(dāng)該砧件被向 下壓縮時(shí)，該砧件將相對于套管C)而壓縮膨脹元件E)。在膨脹元件 的下端部，設(shè)置有連接到管C)的反砧件F)。圖2展示了工具在運(yùn)行時(shí)的不同相位。圖3展示了具有不同構(gòu)件的工具的透視圖。圖4展示了懸掛于采集管柱G)內(nèi)的工具，該采集管柱G)具有開
口 1)，以供石油進(jìn)入采集管柱內(nèi)的桿體吸抽泵內(nèi)。J)展示了可以定位 于工具與采集管柱之間的吸振器，以便抑止兩者之間的振動(dòng)。此外，該工具可以借助桿體K)而支撐于油井的底部，該桿體K)靠著油井底 部的支撐體J)而擱置。這種支撐體可以由擱置在水泥塞上的鋼材料 或鑄鐵材料制成，該水泥塞灌注在套管內(nèi)。如果沒有使用這種結(jié)構(gòu)， 那么該工具可以懸掛在采集管柱內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于激勵(lì)油藏或油井以便獲得增強(qiáng)的石油開采和/或用于對油藏進(jìn)行地震勘測的聲源，其中，工具由來自在地面上的壓縮器或壓力容器的壓縮氣體所驅(qū)動(dòng)，并且所述氣體通過軟管或?qū)Ч茏⑸涞綒飧變?nèi)，所述氣缸帶有結(jié)合到所述工具內(nèi)的蓄壓器。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于激勵(lì)油藏或油井以便獲得增強(qiáng)的石 油開采和/或用于對油藏進(jìn)行地震勘測的聲源，其特征在于，在所述 工具的殼體內(nèi)設(shè)置有閥門，當(dāng)活塞已經(jīng)到達(dá)其最低點(diǎn)時(shí)，所述閥門 將所述閥門推動(dòng)到適當(dāng)位置，氣體借此被注射到所述活塞以下，并 且氣體將所述活塞舉起，直到所述工具內(nèi)的柱塞將所述閥門推動(dòng)到 適當(dāng)位置內(nèi)，所述氣體借此圍繞所述柱塞進(jìn)行排出，并且蓄壓器內(nèi) 的壓力將所述活塞加速，并且所述柱塞到達(dá)其沖擊點(diǎn)，所述過程借 此進(jìn)行重復(fù)。
3. 如權(quán)利要求1和2所述的用于激勵(lì)油藏或油井以便荻得增強(qiáng) 的石油開采和/或用于對油藏進(jìn)行地震勘測的聲源，其特征在于，從 所述氣缸驅(qū)出的所述氣體在所述柱塞與環(huán)繞所述柱塞的所述導(dǎo)管之 間排出，并且然后所述氣體在用于膨脹元件的縫處從所述工具中排 出，所述柱塞借此在氣體中運(yùn)4亍。
4. 如權(quán)利要求1和2所述的用于激勵(lì)油藏或油井以便獲得增強(qiáng) 的石油開采和/或用于對油藏進(jìn)行地震勘測的聲源，其特征在于，在 所述油井內(nèi)撞擊套管的所述膨脹元件由多套膨脹元件構(gòu)成，這些多 套膨脹元件借助砧件而互相上下分開，所述砧件的兩個(gè)端部為圓錐 體狀，并且所述膨脹元件相互之間可相對交錯(cuò)，使得每套元件相對 于另一套元件轉(zhuǎn)動(dòng)成一定角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于激勵(lì)油藏或油井以便獲得增強(qiáng)的石油開采或者用于對油藏進(jìn)行地震測量的聲源。該聲源在表面上由來自壓縮器或壓縮容器的壓縮氣體所操縱，并且該氣體借助供給線傳送到由聲源定位且具有蓄壓器的氣缸內(nèi)。
文檔編號E21BGK101155972SQ200680011254
公開日2008年4月2日 申請日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月11日
發(fā)明者O·埃林森 申請人:碳石油公司