[发明专利]用于使用等离子源激发井、沉积物和钻孔的系统和方法

说明书

描述

背景技术

本发明旨在用于石油和天然气工业，并且通常涉及用于激发烃井和沉积物的方法和装置。更具体地，本发明涉及这种方法和装置：使用谐振频率下的产生金属等离子体的、定向非线性的、宽频带的和弹性的或者受控的周期性振荡以及当等离子体形成时使用释放的能量以快速改变所述井和沉积物的生产率。

本发明还涉及改变这种井(包括钻孔和开口)的生产能力，所述井是生产井、注入井、成熟井、废弃井、废物处理井、保存井、陆地井、岸上井或者离岸井。井可以在没有水平完井的情况下相对于地球表面以任何角度定向。本发明利用等离子体能量以提高所述井和它们周围物质的渗透性，优化流体和介质的粘度和/或其它物理性质以及获得烃的强化采收和强化吸收。特别地，本发明涉及二次油采收和三次油采收或者强化油采收(EOR)的方法。

由于不需要应用对环境有害的化学和/或生物制剂，因此本发明还涉及绿色EOR技术。另外，本发明可以在相关类型的过程中(例如，在提高注入井、二氧化碳注入井、废物处理井和用于保存各种物质的井的生产能力中)找到有用的应用，

历史上，从典型井油采收的平均水平为大约30％。未采收的残余油可以分成四个类型：弱渗透性层和非水侵层中存储的油-27％；同质层位的滞留区中的油-19％；透镜体和不可后面渗透的屏障中的油-24％；以及毛细管和膜容纳的油-30％。

油生产商力求以最小成本达到从多产的沉积物中烃的最大的采收。由于已经在世界范围内废弃了许多油储层，因此必须开发强化采收油和天然气的新的高级方法以提取储层中留下的大量未采收的烃。仍然没有找到能够基本上提高该采收水平的二次或者三次采收强化方法。

除常规机械方法和装置以外，已经公开了用于强化烃采收的许多方法和装置。化学方法、微生物学方法、热气体化学方法以及类似方法通常依赖使用各种媒介物辅助的过程，包括：蒸汽、泡沫表面活性剂和/或气体的注入(后者伴随有低温或者高温氧化)、乳液的就地形成、定向沥青烯沉淀、化学热解吸、轻油储层和重油沉积物中的选择性化学反应、相特性(包括可润湿性和界面张力)的化学制剂辅助的改变以及碱性表面活性剂聚合物驱油，此处仅举几个例子。

可选地，可以通过激发井/沉积物渗透性和借助于释放媒介物的设备提高油流动性来实现EOR，该释放媒介物的设备通常与下列类型的器材相关：超声波、声音、电动液压、电动液压脉动和电磁发射器装置以及它们的组合装置。

已经报道由超声波(频率>20KHz)源提供的振荡可以提高井周围的大量多孔介质的渗透性。因此，高功率超声设备用于移除阻止到井中的油流的屏障，减少在井眼附近阻塞的颗粒以及清洗/清除生产地层中的附近井眼区域，该生产地层由于泥浆渗透、沉积以及其它不合需要的过程而呈现下降的生产。然而，通过超声的EOR的主要缺点在于高频波在天然存在的多孔介质中迅速衰减，这对地层和底部孔区域产生相当有限的影响。这导致入流的有限加强和油采收的适度提高。

用于通过超声的EOR的大多数装置设计成插入井/钻孔中。所有这些装置包括通过测井/电力电缆供电的超声换能器和(一个或者多个)超声发射器。井/钻孔的超声处理集中于生产层段的滤波特性上的提高并且被逐点执行，其中邻近点从一个到另一个的距离通常在0.5-1米之间。基于流入剖面-激发剖面数据来评估通过超声的EOR的效率。超声处理在大约一半的情况下是有效的。由超声EOR施加的提高的渗透性不是永久的(尽管可以持续数月)。

已经注意到通过由各种人类活动引起的波动和源自地震的震波的活动实现了油采收的强化和井吸收的增加两者。另外，可以通过穿过储层发送震波以释放不动油碎片来提升油生产。震波是按照由传播它们的介质的声阻抗控制的速度穿过地球的机械摄动。除能够影响局部区域的超声波外，震波可以激发整个储层，由于它们的低衰减引起大规模效应。

低强度的低频弹性波可以在微小的外部压力梯度下显著地提高屈服应力流体的流动速度。它们通过降低流体排出需要的阈值梯度来提升多孔介质中非水相液体运输和截留的非水液体气泡流动作用。

表面声波的传播(频率是20Hz-20KHz)取决于弹性和压电非线性，并且特征在于由于外部静态应力和电场的频率偏移。非线性波传播受非分散系统与分散系统之间的区别影响，其中两个类型的系统能够在电弹性中出现。在分散介质中，由于使热起伏与量子起伏耦合，发生表面波的衰减、自聚焦、自调制和包络孤立子。