CN101155972A - 用于激励油藏的声源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采或者用于对油藏进行地震测量的声源。该声源在表面上由来自压缩器或压缩容器的压缩气体所操纵，并且该气体借助供给线传送到由声源定位且具有蓄压器的气缸内。

Description

用于激励油藏的声源

本发明为我们的挪威专利175498号的改进，该专利涉及一种通过采用声波来激励油井的工艺，该声波由液压操纵声源或桩锤发射。本发明展示了声源的不同设计，其加倍了油井激励的效果。

到目前为止，已经仅仅可能开采油藏中的部分石油，因为存在特殊的、将石油限制在地岩层内的结合力。该结合力为毛细力、粘接力以及液压力的组合。

石油中的主要部分残留于油藏中，直到新技术能够影响将石油限制在地岩层内的结合力为止。

由于油藏内已探测到的储量代表着实质性的经济价值，发现新方法及装备，以增加来自油藏的产率具有极大的重要性。

本发明展示了用于增加石油开采的新工具，并且使重新启动从已关闭油井中采油或者在具有减少采油量的油井中采油成为可能。这是通过声波而获得的，并已发现：当声波产生并发射到含油地岩层的时候，最佳效果得以达成。

根据本发明，推荐一种采用声音激励油井的工序，其中由气体驱动的竖直震荡振动器(桩锤)插入到油井中，在该油井中，压缩气体从具有一定压力的压缩器或一组气瓶中而充入到工具中，并且在该油井中，气体的排出向下且围绕柱塞运行，并运行出去而进入采集管柱与套管之间的环面内。当柱塞撞击一个或者多个膨胀元件时，该工具产生弹性声波，并且以每分钟几个到几百个击打次数的速度将弹性声波发射到油藏内，波列内的频率以柱塞的冲击为特征，该冲击被发现大约为从1000Hz降至几Hz。

世界范围内的研究在进行中，以试图发现新方法，以便在所谓的第二开采源中增加采油量。这些方法包括化学物质注射、电性激励、电磁激励以及用于声学激励的方法。兴趣特别地集中围绕着与表面张力以及界面张力有关的条件，该界面张力位于石油和水之间，并且已尝试通过注射表面活性物或表面活性剂来解决该问题，该活性物或表面活性剂破坏张力。

本发明可与这些方法一起使用，并且也可以与描述在挪威专利第161697号以及美国专利第5282508号中的电性激励以及机电激励一起使用。

下列内容与声波如何影响石油采集的情况，以及油藏的试验室测试与三维激励所展示的内容有关。

油藏中的驱动机构可以为：

1.流体与基岩扩张

2.水驱动

3.气体顶部驱动

4.溶解气体驱动

本发明可以与所有这些机构一起使用。

与石油中的溶解气体相结合，当压力下降或当油藏被加热时，并且当压力低于临界气体压力时，气体将扩张为小的微滴。

气体气泡将转移气体，从而使得气体将以压力下降的方向在油藏内流动。

石油微滴通常由水环绕着，并且几乎没有颗粒，这能够导致气泡的生长。在这种情况下，将会经历与增长的沸点一致的“泡点增加”，并且气泡开始形成时的压力将远低于温度应显示的压力。

因此，不得不减小压力，以便发动存在于任何液体中的微小气泡的气泡生长。已发现：声振动影响“泡点增加”，从而使得沸腾可以更容易地开始。石油与气体之间的界面张力倾向于防止油藏内的流动。石油与气体之间的界面张力是相对的，并且通过增加压力而得以进一步减小。因此这是可能的：即使使用微弱的振动也可获得极大的效果。

试验室测试已显示：使用像0.04g那么微弱的振动，以便重新启动石油在岩石基岩中的流动是可能的。在这种关系中，已经获得限制于基岩中的石油的80％的开采率。

当石油流动已经停止时，平衡得以建立，该平衡可通过微弱的声激励而被改变。

由于声波自油井径向地传播，并且石油向油井流动，使用适中的能量消耗将获得优化的效果。

已进一步显示的是，当受到振动的影响时，石油以及其它流体更容易在多孔介质中流动。

这解释了为什么甚至可视为牛顿流体的流体的行为类似于小的微滴中的触变性(tixotropic)流体。在流动液体与环绕开孔之间的边界内，作为更大或者更低极性的结果，分子将对齐。

流体的振动将导致在流体内的细微毛细波，该细微毛细波防止分子建立极性耦合，从而使得石油将更容易流动。

声能将作为热吸收在油藏中，这又将因部分蒸发和膨胀而增加压力，这又产生增加的油开采。

当水进入采集井中时，通常面临一种情形：因为毛细力缘故，大量的石油限制在油藏内。

已开展广泛的研究，以便开发用于减少这些毛细力的表面活性物。声激励随同表面活性物将有益处，因为声激励非常适合于减小界面张力。

这也已可能：开采被水限制的石油，然后使用更强的振动(5-10g)，并且波传播的方向已经与石油流动的方向相同。

上述美国专利第5282508号描述了许多不同的振动器，用于与电性激励结合起来对油藏进行激励。这些振动器由电力所驱动，但振动器随同恶劣环境在油井中的运行，引起了较大的实际绝缘问题，因为所使用的电压大约为1500伏特。因此，已存在开发振动器的必要，该振动器由可替换能源所驱动。最合理的方案应当为使用液压动力，但是由于沿着油井的相当大的距离，以及需要使用两条线(供给和排出)，这导致了由压力损失所引起的较大问题。

如在我们的挪威专利第175498号中所述的那样，即使一条压力线也将把流动限制到一定程度，从而使得效果将剧烈地减小。

本发明展示了一种设计，在该设计中，使用气体而不是液压动力来操纵桩锤。实现这种情形需要下列条件：压缩器或压缩气体瓶组，该压缩器或压缩气体瓶组连续地将气体供给到工具。由于工具无法从表面调节，需要将活塞连接到工具内的柱塞上，该活塞能被气压举起。活塞上方的空间具有蓄压器(accumulator)的功能，并且当该储藏室内的气体被压缩时，该空间发挥弹簧的作用，从而使得活塞及柱塞能够向下加速。这可以通过阀门来实现，当活塞及柱塞已经到达它们的最高位置时，该阀门被触发。阀门设计成使得当它改变自己的位置时，气体在柱塞及其环绕管之间被排出。当柱塞撞击定位于环绕着该柱塞的管的内部的膨胀元件时，活塞改变阀门的位置，从而使得活塞被再次举起。击打次数取决于气体流动速率，并且蓄压器内的预设压力通过冲击而引起柱塞的力量，即速度。在我们的先前专利中，柱塞被石油所环绕。由于柱塞速度的缘故，大约50％的能量以热量的形式损耗，这是因为石油与柱塞之间的摩擦。因为在本发明中，柱塞被气体环绕着，这种能量损耗得以避免，从而使得本发明比我们先前的发明高出了50％的效率。

工具功能的描述：

假定压力设定为p1 bar，这是举起柱塞以及压缩储藏室内活塞上方的气体的压力。储藏室内的压力以及地球的重力加速度引起了使柱塞向下加速的力量。活塞以及柱塞被赋予加速度a＝F/G，其中G为活塞及柱塞以Kg表示的质量。柱塞被冲击的速度是通过v＝(2gs)^0.5来计算的，其中s为以米表示的行程长度。运行时间通过t＝v/a而给出。在冲击过程中，活塞以及柱塞具有累积运动能量E＝Gv²/2(Nm)。冲击效果通过P＝E/Δt给出，其中Δt为冲击时间。测试已经显示：针对中等尺寸，在10ms的冲击时间内大约能够累积3000Nm，即在冲击瞬间具有300,000W的效率(功率)。

在测试过程中，我们已经发现了来自定位于表面的测试井中心的下列加速度。

除了使用工具增强石油的开采之外，将该工具作为连续工作的地震工具来使用，以便勘测油藏内流体的流动也是可能的。这是非常重要的，以便能够规划来自不同油井中的采集量，从而能够优化来自油藏中的总采集量。

在我们的先前专利中，膨胀元件作为缝管的一部分而制造，柱塞在该缝管内运行。由于这种结构在管内存在疲劳应力，已显示的是，这种结构引起了准备应用于油井内的太短的寿命。膨胀元件也将导致针对套管的冲击力量集中。在本设计中没有这种情况，在本设计中膨胀元件是自由的，并且在没有任何集中点位的情况下能够将其自身与套管对齐。膨胀元件面向套管的侧部与套管平行，并且该侧部具有圆形形状，以便与套管的内部直径匹配。

膨胀元件具有斜边切割部，该斜边切割部位于膨胀元件面向工具管体的每个端部内。具有圆锥体的砧件定位于该膨胀元件的上侧部，该砧件与斜边切割部匹配。接收柱塞冲击的砧件的顶部几乎呈扁平状。

在膨胀元件的相对端部上具有靠着砧件的巢穴，该巢穴焊接在柱塞于其内运行的管上。

除了可以设置一套膨胀元件之外，定位多套膨胀元件是可能的，这些膨胀元件借助位于每个端部的砧件圆锥体而互相分开，但在每个端部上，接收冲撞的砧件在顶部具有扁平的表面。

为了优化声波的效果，元件套可以互相相对地转动，从而使得所有元件形成沿着套管的螺旋路径。比如，如果一套是由两个膨胀元件组成的，那么该组之上的下一组可设置成具有相对于第一组成90度的位移，其它以此类推。通过这种结构可以获得具有90度相位差的两个波列。当波列相遇时，将发生干涉，其中一个波的波峰与另一个波的波峰相遇，从而引起波幅的增加。

本发明结合附图而详细解释，在图中：

图1展示了工具，该工具的构件悬挂于采集管柱G)的端部内，该采集管柱G)具有普通杆体吸抽泵，普通杆体吸抽泵把石油抽到表面上。A)展示了容纳有阀门结构、活塞以及蓄压器的气缸，并且该气缸在上侧部连接到端部件上，该采集管柱连接到该端部部件上，并且该气缸在下端部连接到部件上，该部件包括阀门并且管C)连接到该部件上。在管C)内运行有撞击砧件D)的柱塞B)。当该砧件被向下压缩时，该砧件将相对于套管C)而压缩膨胀元件E)。在膨胀元件的下端部，设置有连接到管C)的反砧件F)。

图2展示了工具在运行时的不同相位。

图3展示了具有不同构件的工具的透视图。

图4展示了悬挂于采集管柱G)内的工具，该采集管柱G)具有开口I)，以供石油进入采集管柱内的杆体吸抽泵内。J)展示了可以定位于工具与采集管柱之间的吸振器，以便抑止两者之间的振动。此外，该工具可以借助杆体K)而支撑于油井的底部，该杆体K)靠着油井底部的支撑体J)而搁置。这种支撑体可以由搁置在水泥塞上的钢材料或铸铁材料制成，该水泥塞灌注在套管内。如果没有使用这种结构，那么该工具可以悬挂在采集管柱内。

1.一种用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其中，所述声源由来自在地面上的压缩器或压力容器的压缩气体所驱动，并且所述气体通过软管或导管注射到气缸内，所述气缸带有结合到工具内的蓄压器。

2.如权利要求1所述的用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其特征在于，在所述工具的壳体内设置有带有滑阀的阀门，当活塞已经到达其最低点时，所述阀门将所述滑阀推动到适当位置，气体借此被注射到所述活塞以下，并且气体将所述活塞举起，直到所述工具内的柱塞将所述滑阀推动到适当位置内，所述气体借此围绕所述柱塞进行排出，并且所述蓄压器内的压力将所述活塞加速，并且所述柱塞到达其冲击点，所述过程借此进行重复。

3.如权利要求1和2所述的用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其特征在于，从所述气缸驱出的所述气体在所述柱塞与环绕所述柱塞的所述导管之间排出，并且然后所述气体在用于膨胀元件的缝处从所述工具中排出，所述柱塞借此在气体中运行。

4.如权利要求1和2所述的用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其特征在于，在所述油井内撞击套管的所述膨胀元件由多套膨胀元件构成，这些多套膨胀元件借助砧件而互相上下分开，所述砧件的两个端部为圆锥体状，并且所述膨胀元件相互之间可相对交错，使得每套元件相对于另一套元件转动成一定角度。

Claims (4)

1.一种用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其中，工具由来自在地面上的压缩器或压力容器的压缩气体所驱动，并且所述气体通过软管或导管注射到气缸内，所述气缸带有结合到所述工具内的蓄压器。

2.如权利要求1所述的用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其特征在于，在所述工具的壳体内设置有阀门，当活塞已经到达其最低点时，所述阀门将所述阀门推动到适当位置，气体借此被注射到所述活塞以下，并且气体将所述活塞举起，直到所述工具内的柱塞将所述阀门推动到适当位置内，所述气体借此围绕所述柱塞进行排出，并且蓄压器内的压力将所述活塞加速，并且所述柱塞到达其冲击点，所述过程借此进行重复。

3.如权利要求1和2所述的用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其特征在于，从所述气缸驱出的所述气体在所述柱塞与环绕所述柱塞的所述导管之间排出，并且然后所述气体在用于膨胀元件的缝处从所述工具中排出，所述柱塞借此在气体中运行。

4.如权利要求1和2所述的用于激励油藏或油井以便获得增强的石油开采和/或用于对油藏进行地震勘测的声源，其特征在于，在所述油井内撞击套管的所述膨胀元件由多套膨胀元件构成，这些多套膨胀元件借助砧件而互相上下分开，所述砧件的两个端部为圆锥体状，并且所述膨胀元件相互之间可相对交错，使得每套元件相对于另一套元件转动成一定角度。

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