用于采收烴類流體的方法

用于采收烴類流體的方法
【專利摘要】介紹了一種用于通過向多孔介質中注入流體來從所述多孔介質中采收烴類流體的方法。所述方法包括：在所述流體和所述烴類流體的密度、所述多孔介質的平均孔徑以及所述流體和所述烴類流體之間的表面張力的基礎上確定瑞利時間。此外，在所述流體中提供壓力激發，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程的碰撞接觸上升時間在所述瑞利時間的1-100倍的范圍內。可選地或附加地，在所述流體中提供壓力激發包括產生沖擊壓力，所述沖擊壓力具有壓力幅值I和壓力上升時間Δt，其中所述壓力幅值大于關系式γcΔt/a2，其中γ是所述流體和所述烴類流體之間的表面張力，并且c是所述多孔介質中的聲速。在本發明的各個方面，所述方法包括設置通過至少一條管路與所述多孔介質流體連通的腔室，并且使所述腔室包括可以彼此相對運動的第一壁部和第二壁部。壓力激發包括通過所述管路在所述流體中提供向所述多孔介質傳播的沖擊壓力，并且其中所述沖擊壓力通過設置在所述流體的外側的物體和所述第一壁部之間的碰撞過程產生，以用于使所述第一壁部沖擊所述腔室中的流體。
【專利說明】用于采收烴類流體的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于從多孔介質采收烴類流體的方法。

【背景技術】
[0002] 烴類采收作業通常會涉及范圍廣泛的工藝，涉及用于從地層中采收烴類的流體流 動作業的使用和控制，包括例如向地層中引入或注入流體譬如處理液、固結液或水力壓裂 液，注水作業，鉆井作業，出油管和井眼的清理作業，以及在井眼中的注水泥（cementing) 作業。
[0003] 地下儲層是多孔介質，包括與不同直徑和長度的孔喉有關的孔隙容積網絡。為了 獲得改進的烴類采收，已經對將流體注入儲層以置換儲層內的多孔地質結構中的流體的流 體動力學進行了廣泛研究。
[0004] 多孔地質結構是多孔介質的固體骨架。彈性波能夠在固體骨架中傳播，但是不能 在流體中傳播，原因在于彈性是固體而非液體的性質。固體的彈性和流體的粘性是限定固 體和液體之間的區別的性質。彈性固體中的應力與形變成正比，而粘性流體中的應力與形 變的變化率成正比。
[0005] 儲層中的流體（在注水期間）將在流過孔喉時由于流體和孔喉的潤濕狀態的壁面 之間的表面張力而承受毛細管阻力或推送力。毛細管阻力促使在多孔介質中建立起優選的 流體路徑（貫通），這就明顯地限制了烴類采收。因此，毛細管阻力限制了流體在儲層中的 活動性。
[0006] 人們認為烴類采收將在地震類事件例如地震之后有所增加。因此，人們相信對地 層造成的顯著的動態激勵將增加流體相在多孔介質中的活動性。已經有人聲稱在地震期間 通過（在固體骨架中）跨越儲層傳播的彈性波造成了活動性的改善。基于通過應用人工震 源而在儲層中引發彈性波的地震激發方法已經在進行深入研究。一般而言，人工震源需要 布置成盡可能地靠近有效儲層，并且因此通常布置在井眼的底部或井眼的底部附近。例如 在RU2171345、SU1710709或W02008/054256中已經介紹了這樣的井下地震激發工具，其中 公開了通過負載下落到固定至井底的砧臺上并由此下落到儲層上的碰撞而在固體中產生 彈性波的不同的系統。這些系統的缺點在于地質結構破碎的風險以及控制沖擊的難度和方 法的有限效果。
[0007] 涉及例如通過在地下利用爆炸和含能材料的規則爆破來模仿地震事件的動態激 勵的、用于烴類采收的方法也一直在進行開發并且已經廣泛使用。但是，這些通過爆炸、地 震等手段實現的強烈激勵也經常被認為會造成地質結構的惡化，這可能會減少長時間內的 烴類采收。
[0008] 用于烴類采收的其他方法涉及通過交替時段的強行從地層抽出流體和/或強 行向地層中注入流體實現的壓力脈沖。已經有人報告壓力脈沖的應用提高了流過多孔 介質的流速，但是也仍然有報告說增加了流體注入作業中的水突進和粘性指進（viscous fingering)的風險。
[0009] 依賴于時間的壓力現象例如壓力沖擊波或液壓沖擊主要是在其例如在管道系統 中意外發生時的潛在破壞或者甚至是災難性效果的相關方面、或者是在由于對平臺的海水 沖擊或波浪破壞而對水壩或離岸建筑物造成的潛在破壞或者甚至是災難性效果的相關方 面進行報告和分析。水擊作用（Water Ha_ering)在例如通過管道系統中的閥突然關閉造 成運動中的流體強行停止或突然改變方向時可能會經常出現。在管道系統中，水擊作用會 導致從噪聲和振動到破損和管塌陷等各種問題。管道系統經常裝有蓄集器、旁通管和減震 器等，目的是避免水擊作用。
[0010] 另一種壓力現象（在本文中稱作沖擊壓力）通過利用了沖擊動力學的碰撞過程來 生成，這就使得可以產生依賴于時間的沖擊壓力，該沖擊壓力具有大幅值以及可與碰撞接 觸時間相比較的非常短的時間寬度（時長）。
[0011] 與壓力波相比，壓力脈沖能夠被視為在流體中相對陡鋒式地傳播。在比較沖擊壓 力與壓力脈沖時，有人注意到沖擊壓力具有更尖一些的陡鋒并且像沖擊波鋒一樣地傳輸。 沖擊壓力因此表現出一些與壓力脈沖相同的重要特性，但是這些重要特性由于沖擊壓力的 產生方式而具備明顯更強的、具有高壓力幅值的陡鋒和短上升時間的這種關鍵效果。此外， 本文中介紹的壓力脈沖和沖擊壓力應與彈性波區分開，原因在于這些首次提及的壓力現象 是在流體中傳播，相比之下，彈性波是在固體材料中傳播。


【發明內容】

[0012] 因此，本發明的實施例的一個目標是通過提供提高烴類采收率的規程來克服或者 至少是減少用于烴類采收作業的已知方法中的一部分或全部的上述缺點。
[0013] 本發明的實施例的另一個目標是提供一種用于烴類采收作業的方法，所述方法可 以在多孔介質中得到增加的流體活動性。
[0014] 本發明的實施例的另一個目標是提供用于產生沖擊壓力的可選方法和系統，所述 沖擊壓力例如可以在烴類采收作業的領域中應用并且可應用于地下儲層或井眼中的流體。
[0015] 本發明的實施例的又一個目標是提供一種可以相對簡單和廉價地在現有的烴類 采收場所實施而又有效的方法。
[0016] 本發明的實施例的一個目標是提供用于以更高的效率在流體中產生沖擊壓力、并 且降低了系統中的氣蝕風險的主流系統。
[0017] 根據本發明獲得了一種用于通過向多孔介質中注入流體來從所述多孔介質中采 收烴類流體的方法，所述方法包括：確定所述多孔介質的平均孔徑；并且在所述流體和所 述烴類流體的密度、所述多孔介質的平均孔徑以及所述流體和所述烴類流體之間的表面張 力的基礎上確定瑞利時間（Rayleigh time)。所述方法進一步包括：在所述流體中提供壓 力激發，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程的碰撞接觸上升時間在所述 瑞利時間的1-100倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的10-80倍的范圍內；或者在所述瑞利 時間的1-10倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的1-3倍的范圍內。
[0018] 根據一個實施例，所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程的壓力上升時 間在所述瑞利時間的1-100倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的1-3倍的范圍內。在一個 實施例中，所述壓力上升時間可以在所述瑞利時間的至少1-10倍的范圍內。
[0019] 在本發明的另一方面，獲得了一種用于通過向多孔介質中注入流體來從所述多孔 介質中采收烴類流體的方法，所述方法包括：確定所述多孔介質的平均孔徑；并且在所述 流體中提供壓力激發，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程產生的沖擊壓 力具有壓力幅值I和壓力上升時間At，其中所述壓力幅值大于關系式YcAt/a 2,其中γ 是所述流體和所述烴類流體之間的表面張力，并且c是所述多孔介質中的聲速。所述多孔 介質中的聲速應該理解為存在于所述多孔介質中的流體也就是注入的流體和/或烴類流 體中的聲速。
[0020] 通過碰撞過程，在碰撞過程中來自碰撞物體的能量以及動量被轉化為流體中的沖 擊壓力。沖擊壓力在流體和多孔介質中以聲速傳輸和傳播。
[0021] 通過碰撞過程引發的沖擊壓力的產生可以是有利的，原因在于由此可以獲得非常 尖銳或陡峭的壓力鋒，與可以通過常規的壓力脈沖技術獲得的壓力脈沖相比，所述壓力鋒 具有高幅值和非常短的上升時間。此外，例如與單一頻率或單一正弦的壓力波相比，通過碰 撞過程引發的沖擊壓力可以被視為包括更多的高頻成分。
[0022] 這在不同的烴類采收作業中例如在注水、引入處理液中或者在固結處理中可以是 有利的，原因在于高頻成分可以被視為增加了流體在多孔介質中的活動性，在多孔介質中 不同材料性質的材料和不同尺寸的液滴可以用其他方式限制或降低流體的活動性。這在避 免或降低對于任何堵塞趨勢的風險以及保持儲層處于良好流動狀態方面也可以是有利的。 增加活動性可以類似地在注入固結液的作業和固結作業中的后沖洗的相關方面都是有利 的。
[0023] 與其他常規的壓力脈沖方法相比，根據本發明的方法的優點在于沖擊壓力在此可 以用連續的流體流動產生而無需顯著地影響流速。此外，通過碰撞過程產生的沖擊壓力可 以由非常簡單而又高效的裝置引發且無需關閉和打開任何閥也無需根據現有技術用于這 樣做的控制設備。
[0024] 關于注水作業，已經完成的實驗室規模的實驗表明：與恒定靜壓驅動的流動相比， 通過由碰撞過程引發的沖擊壓力的應用，將烴類采收率提高了 5-15%。提高的采收率通過 未改變的流速獲得。
[0025] 通常，壓力脈沖的使其適合于在烴類采收作業中應用的特征是壓力脈沖如上所述 類似于陡鋒地在流體中傳播。由于沖擊壓力具有更尖一些的陡鋒或者更短一些的上升時 間，因此沖擊壓力表現出與壓力脈沖相同但是明顯更高程度的重要特性。
[0026] 關于從多孔介質中采收烴類，人們相信高壓和可以通過根據本發明的方法獲得 的、（并且與可以通過其他的壓力激發方法獲得的上升時間相比之下）非常短的上升時間 相結合在孔喉的長度上提供了能夠克服毛細管阻力的足夠的壓差。壓差被保持足夠長的時 間，該足夠長的時間比瑞利時間長至少1-10倍，例如在瑞利時間的1-100倍的范圍內。與 此同時，相對較短的時長確保沖擊壓力的時間平均值不會顯著影響用于多孔介質的達西關 系式（Darcy relation)，由此降低早突進和粘性指進的風險。足夠大的、能夠克服毛細管阻 力的壓力幅值可以通過使沖擊壓力的幅值大于關系式YcAt/a 2來獲得，其中γ是所述流 體和所述烴類流體之間的表面張力，c是所述多孔介質中的聲速，并且△ t是沖擊壓力的上 升時間。要注意的是上升時間At短意味著克服毛細管阻力所需的幅值減小。但是，上升 時間應該至少是瑞利時間的1-10倍。
[0027] 在本文中，由本發明建議的沖擊動力學（碰撞過程）的應用提供了一種簡單和有 效的方法，用于在一定的時段內保持足夠的壓差，所述時段至少是瑞利時間的1-10倍。而 且，碰撞過程的應用已經證實在提供與瑞利時間的10-100倍相同數量級的、相對較短的 上升時間方面是有利的。在碰撞過程期間的接觸上升時間可以如隨后所示例如通過應用 Hertz的沖擊理論來進行估算。瑞利時間的1-100倍數量級的短接觸上升時間已經證實對 于從多孔介質獲得提高的烴類采收率是有利的。通常，沖擊壓力的上升時間（壓力從零增 加至最大幅值的時間）可與碰撞過程的接觸上升時間相比較并且是1毫秒（0. 001秒）的 數量級或更短。短的上升時間使得沖擊壓力在應用于采收烴類流體時是特定的。
[0028] 根據本發明的一個實施例，碰撞接觸上升時間簡單地確定為碰撞過程中的碰撞接 觸時間的一定百分比，例如在10-40%的范圍內。由此通過簡單的裝置即可獲得在碰撞過程 中的接觸上升時間相對于總接觸時間的合理估算。
[0029] 接觸時間和接觸上升時間可以通過應用Hertz的沖擊理論來進行估算，正如隨后 詳細介紹的那樣。附加地或可選地，接觸時間和/或接觸上升時間可以通過實驗測量方法 例如利用時延成像和快速牌照來進行測量。
[0030] 在一個實施例中，例如根據Hertz的沖擊理論，在碰撞過程中的碰撞物體的質量、 密度、彈性模量和泊松比、所述碰撞物體的相對速度和所述流體的體積模量的基礎上確定 碰撞接觸時間。
[0031] 多孔介質的平均孔徑可以在用于該介質的孔分布的基礎上確定。孔分布可以利用 多孔介質的樣本通過例如視覺微觀檢查、圖像分析、流動孔隙測量、氣體吸附或壓汞法來確 定。
[0032] 簡而言之，壓汞法是基于限定流體向小孔中的滲透率的毛細管定律（Washburn方 程）。更具體地，Washburn方程涉及向孔徑施加的壓力。隨著壓力在分析期間增加，計算孔 徑，并且測量填滿這些孔所需的水銀的對應體積。這些測量在提供一定孔徑分布的壓力范 圍上進行，并且由此能夠獲得平均孔徑。孔喉比孔的體積大5-10倍，因此平均孔徑決定了 多孔介質中的毛細管阻力。
[0033] 通過在所述流體中提供壓力激發以及產生沖擊壓力的碰撞過程，沖擊壓力具有的 壓力幅值I滿足關系式I>YcAt/a2,（其中At是壓力上升時間，γ是所述流體和所述烴 類流體之間的表面張力，并且c是所述多孔介質中的聲速），在充足的時段內（壓力上升時 間）獲得沖擊壓力的足夠大的壓力幅值。這被視為在得到克服多孔介質中的毛細管阻力的 壓差方面是有利的。這樣確信會導致多孔介質中增強的毛細管指進，并由此明顯提高油的 采收率，正如也被實驗所支持的那樣。
[0034] 在一個實施例中，壓力激發包括產生沖擊壓力，所述沖擊壓力具有的壓力幅值在 比YcAt/a2大1-5倍的范圍內，例如在比YcAt/a2大1.5-3倍的范圍內。
[0035] 在本發明的一個實施例中，所述方法進一步包括在造成多孔介質中主要的毛細管 阻力的孔喉的直徑以及所述流體和所述烴類流體之間的表面張力的基礎上確定毛細管壓 力，并且其中所述壓力激發包括產生沖擊壓力，所述沖擊壓力具有得到一定壓差的壓力幅 值和上升時間，所述壓差是在與所述多孔介質的孔喉直徑相等的長度上的、所述毛細管壓 力的1-5倍的數量級。
[0036] 造成多孔介質中主要的毛細管阻力的孔喉的直徑可以估算為平均孔徑。使用平均 孔徑將是對多孔介質的毛細管阻力做出主要貢獻的孔喉直徑的良好估算。在本實施例中， 這相應地對應于在所述多孔介質的平均孔徑的基礎上確定毛細管壓力，并且產生沖擊壓 力，所述沖擊壓力具有的壓力幅值和上升時間對應于在與所述多孔介質的平均孔徑相等的 長度上的、所述毛細管壓力的1-5倍數量級的壓差。
[0037] 由此獲得用于改進油采收的有利的壓力激發，在其中獲得的沖擊壓力在多孔介質 中的孔喉的長度上提供能夠克服毛細管阻力的足夠的壓差。此外，根據接近于瑞利時間的 1-100倍或者在瑞利時間的1-100倍的范圍內的給定接觸上升時間來獲得能夠保持足夠長 的時間的壓差。此外，沖擊壓力的短時長確保了沖擊壓力的時間平均值不會顯著影響達西 關系式，由此降低早突進和粘性指進的風險。克服毛細管阻力所需的沖擊壓力的幅值與壓 力上升時間成正比，因此上升時間應該盡可能短，但至少是瑞利時間的1-10倍。
[0038] 使用碰撞過程是一種簡單而又有效的用于產生壓力激發的方法，所述壓力激發具 有期望的所述短時長和所述足夠的壓差。
[0039] 在本發明的一個實施例中，所述碰撞過程包括在下落的物體和活塞之間的碰撞， 其中所述物體具有的質量在10-10000千克的范圍內，例如在100-1500千克的范圍內，例 如在500-1200千克的范圍內，并且被促使下落到所述活塞上的所述物體的下落高度在 0. 02-2. 0米的范圍內，例如在0. 05-1. 0米的范圍內，例如在0. 1-0. 5米的范圍內。
[0040] 本發明的一個實施例涉及一種用于通過向多孔介質中注入流體來從所述多孔介 質中采收烴類流體的方法，所述方法包括：估算所述多孔介質中的流體密度，估算對所述多 孔介質的毛細管阻力做出主要貢獻的孔喉直徑，并且估算所述多孔介質中的流體之間的表 面張力，其中所述多孔介質中的流體包括烴類流體和其他流體。此外，基于估算的密度、直 徑和表面張力來確定瑞利時間，并且在流體中提供壓力激發，其中所述壓力激發通過碰撞 過程產生，所述碰撞過程的碰撞接觸時間帶來上升時間，所述上升時間在所述瑞利時間的 1 -10倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的1-3倍的范圍內。
[0041] 在一個實施例中，所述方法進一步包括：估算對所述多孔介質的毛細管阻力做出 主要貢獻的孔喉直徑，并且估算所述多孔介質中的流體之間的表面張力，其中所述多孔介 質中的流體包括烴類流體和其他流體，然后在估算的直徑和表面張力的基礎上確定毛細管 壓力。此外，在流體中提供壓力激發，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程 帶來在所述孔喉的長度上提供壓差的幅值和上升時間，并且其中所述幅值和上升時間使得 所述壓差是所述毛細管壓力的1-5倍的數量級。
[0042] 根據本發明的一個實施例，所述方法進一步包括設置通過至少一條管路與所述多 孔介質流體連通的、至少部分充注流體的腔室，其中所述腔室包括可以彼此相對運動的第 一壁部和第二壁部，在所述流體的外側設置物體，并且通過所述管路在所述流體中提供向 所述多孔介質中傳播的沖擊壓力，其中所述沖擊壓力通過所述碰撞過程產生，所述碰撞過 程包括所述物體和所述第一壁部之間的碰撞，所述第一壁部由此沖擊所述腔室中的流體。 與其他常規的壓力脈沖方法相比，根據本發明的方法的優點在于沖擊壓力在此可以用連續 的流體流動產生而無需顯著地影響流速。此外，通過碰撞過程產生的沖擊壓力可以由非常 簡單而又高效的裝置引發且無需關閉和打開任何閥也無需根據現有技術用于這樣做的控 制設備。
[0043] 通過提出的方法可以進一步獲得可引發用于流體的沖擊壓力且流速沒有增加或 只有很少的增加，原因是第一壁部不運動且不像在常規的壓力脈沖中那樣通過流體加壓。 相反，在碰撞期間從運動的物體對第一壁部的沖擊可以被視為僅促成壁部最小或不明顯地 移動，該移動主要對應于流體在沖擊區域中的壓縮。例如在烴類采收作業中的期望流體流 速因此可以通過例如在作業中使用的泵送設備來更加精確地控制，并且作為示例可以與沖 擊壓力的引發無關地在期望的流動下被保持一致或接近一致。根據上述內容的方法因此可 以例如在流體噴入和注入作業中是有利的，其中在所述流速方面波動最小的適度的流體流 速可以是期望的，目的是降低地層中流體早突進和粘性指進的風險。
[0044] 本發明的一個實施例進一步明確了所述腔室包括這樣的區域：在所述區域中通過 重力的影響自然地收集氣體夾雜物，并且所述管路設置在所述區域中或所述區域附近，和/ 或所述腔室設置為使得沖擊流體的所述第一壁部布置成遠離所述區域。
[0045] 在涉及流體傳輸的流體系統中，流體在一些時候幾乎不可避免地包括氣體夾雜 物，例如形式為來自起點的、系統中截留的空氣。而且，流體中可以由于湍流或者由于第一 壁部沖擊在流體上的碰撞過程而形成氣泡。任何這樣的氣體夾雜物由于重力而自然地升高 并聚集在腔室中的一個或多個區域，在這些區域氣體夾雜物不能再繼續升高。這最常出現 在腔室的最上部。由于所述方法包括設置腔室例如以避免氣體夾雜物的積聚，因此在第一 壁部沖擊流體的地方實現了對流體執行沖擊而不對氣體夾雜物執行沖擊或者僅對氣體夾 雜物執行最小沖擊。由此減小了第一壁部的位移，原因是流體的可壓縮性明顯低于氣體夾 雜物的可壓縮性。
[0046] 由于從沖擊物體到流體的能量轉化更好，因此減少或避免氣體夾雜物在沖擊區域 附近積聚就導致了更高幅值的沖擊壓力、更短的上升時間和更短的接觸時間。
[0047] 此外，通過減少或避免氣體夾雜物在沖擊區域附近積聚而導致降低了流體中的氣 蝕風險，氣蝕經常會導致流體系統中的磨損和損壞。這些效果的獲得是由于沖擊能量主要 被轉化為流體中而不是氣體夾雜物中的沖擊壓力。
[0048] 由于物體設置在流體外側以與第一壁部碰撞，因此可以實現物體的不是全部也是 絕大部分的動量被轉化為流體中的沖擊壓力。另外，在碰撞過程是在流體中向下引導的情 況下，物體的一部分動量將在碰撞之前的流體位移中損失。
[0049] 運動的物體可以直接用第一壁部或者間接地通過其他的碰撞來碰撞或沖擊。腔室 和壁部可以包括不同的形狀。腔室可以包括裝有活塞的缸，其中物體與活塞或缸碰撞。腔 室可以包括彼此插入的兩個缸部分。例如是活塞形狀的第一壁部可以包括位于腔室中的流 體上方或完全浸沒在流體中的頭部。此外，第一壁部可以相對于腔室的周圍部分布置在軸 承中或者可以松散地保持就位。腔室可以連接至一條或多條管路，所述管路設置用于在腔 室中的流體和儲層之間流體連通，其中流體例如可以在譬如地層或井眼的烴類采收作業中 施加。另外，腔室可以設置為使得流體通過腔室傳輸。
[0050] 碰撞過程可以通過促使一個或多個物體從指定高度下落到第一壁部上而簡單地 產生。引發的沖擊壓力的規模可以相應地由下落物體的質量、下落的高度以及主體與流體 相接觸的橫截面積決定。因此，引發的沖擊壓力的幅值和引發沖擊壓力的時間可以輕易地 進行控制。類似地，可以通過調節例如碰撞過程中的物體的質量、下落高度、碰撞物體的相 對速度或第一壁部與流體相接觸的橫截面積（例如直徑）來輕易地調節、改變或定制壓力 幅值。這些調節的可能性可以證實在流體注入和流體灌入方面特別有利，原因在于正常的 儲層壓力和破裂壓力之間的壓差經常會比較窄。
[0051] 在本發明的進一步的實施例中，根據上述任何一部分內容所述的方法還包括按照 一定的時間間隔產生多次所述的碰撞過程。這可以用于增強在流體中引發的沖擊壓力的效 果。沖擊壓力可以用規則的時間間隔或不相等的時間間隔引發。作為一個示例，沖擊壓力 可以在烴類采收作業的早期較頻繁且以較短的時間間隔引發，并且在后期以較長的時間間 隔引發。沖擊壓力之間的時間間隔例如可以根據在相同的時間對地層執行的測量（例如壓 力測量）來控制和調節。
[0052] 根據本發明的實施例，生成碰撞過程的時間間隔在2-20秒的范圍內，例如在4-10 秒的范圍內，例如約為5秒。最優的時間間隔可以取決于多種因素例如地層的類型、地層的 孔隙度、破裂的風險等。優選的時間間隔可以取決于多種因素例如施加的壓力幅值和上升 時間。
[0053] 在一個實施例中，所述方法包括產生第一序列的碰撞過程、然后產生第二序列的 碰撞過程的步驟，所述第一序列的碰撞過程具有壓力幅值、壓力上升時間和碰撞間隔時間 的第一設定，所述第二序列的碰撞過程具有壓力幅值、壓力上升時間和碰撞間隔時間的不 同設定。例如，爆發的沖擊壓力可以用這種方式周期性地傳輸。這在增強沖擊壓力的效果 方面可以是有利的。如前所述，例如通過調節運動物體的重量或者通過調節物體的下落高 度即可相對簡單地修改和控制引發的沖擊壓力的幅值和時間間隔。
[0054] 在本發明的實施例中，通過改變運動物體的質量和/或改變運動物體在碰撞之前 相對于所述第一壁部的速度來改變壓力幅值和上升時間的所述設定。沖擊壓力的參數例如 壓力幅值或上升時間由此即可根據需要用簡單而又有效并且可控的方式來改變。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0055] 在下文中將參照附圖介紹本發明不同的實施例，在附圖中：
[0056] 圖1A-D示出了可應用于理解沖擊壓力的沖擊的物理原理，
[0057] 圖2-3示出了用于在流體中產生沖擊壓力的、與地下儲層流體連通的裝置的實施 例，
[0058] 圖4A示出了在伯里亞（Berea)砂巖巖心上的實驗期間獲得的沖擊壓力的典型形 狀，
[0059] 圖4B更加詳細地示出了在伯里亞砂巖巖心上的注水實驗中獲得和測量的單次沖 擊壓力，
[0060] 圖5-6提供了在伯里亞砂巖巖心上使用沖擊壓力的實驗測試期間應用的構造的 示意性概視圖，
[0061] 圖7是在有和沒有沖擊壓力的注水實驗中獲得的一些結果的概述，
[0062] 圖8-14示出了根據本發明的沖擊壓力產生裝置的不同實施例，
[0063] 圖15-16示出了根據本發明的實施例用于產生沖擊壓力的實驗裝置，
[0064] 圖17和圖18分別示出了根據本發明的有和沒有沖擊壓力產生時來自二維多孔介 質的流體油采收的實驗結果，
[0065] 圖19-20進一步放大地示出了圖18中的結果，
[0066] 圖21示出了二維實驗性多孔介質在從上方看和從側面看時的兩種特征性的孔構 造，
[0067] 圖22-23是壓力分布分別作為沿D區和C區的長度的函數的簡圖，
[0068] 圖24是侵入的流體從孔流過孔喉的簡圖，
[0069] 圖25-26示出了 z位置作為用于兩種不同的毛細管數量和橄欖油的函數的數值仿 真，并且
[0070] 圖27-28示出了與圖25-26相類似的、但是用于Gullfaks油田的類似的數值仿 真。

【具體實施方式】
[0071] 沖擊壓力類似于在流體中傳播的壓力波并且通過運動的固體物體與流體相撞或 者流動的流體與固體相撞的碰撞過程產生。后者描述了水擊現象，其中流動的流體的動量 被轉化為流體中的沖擊壓力。
[0072] 固體和流體之間的碰撞過程的物理特性在下文中通過首先根據理想的撞球模型 分析研究固體物體之間的碰撞來更加詳細地介紹。
[0073] 在圖1A中列舉了撞球模型，圖中示出了在兩個撞球1和2之間的碰撞過程期間的 不同階段。圖中所示的階段從頭開始是：1)球1以速度U向靜止的球2運動的階段，2)最 初接觸時間，3)最大壓縮時間（有所放大），4)最終接觸時間，以及5)球2以速度U運動 且球1靜止的階段。階段2-4是沖擊階段的部分（或者僅僅是沖擊）。沖擊在最初接觸時 間（第二階段）開始并且在最終接觸時間（第四階段）結束，并且接觸時間是從最初接觸 到最終接觸的時長。
[0074] 撞球模型將碰撞過程作為在壓縮（加載）和復原（卸載）的循環期間沒有動能損 失的完美彈性過程來建模。撞球模型假設碰撞過程期間在球之間沒有滲透也沒有材料部分 的交換。球1的相對速度U是沖擊速度，并且在最初接觸時間（第二階段）之后，如果不 是在兩個球之間的接觸區域出現的接觸作用力，那么兩個球也會有互相的滲透。壓縮循環 (從第二階段到第三階段）的時長是接觸上升時間，并且復原循環（從第三階段到第四階 段）的時長是接觸下降時間。因此，接觸時間（從第二階段到第四階段）是接觸上升時間 和接觸下降時間之和。
[0075] 接觸作用力隨著接觸和壓縮面積的增加而增加。在碰撞期間的某一時刻，由接觸 作用力做的功足以使兩個球的接近速度變為零。該時刻就是最大壓縮時間（第三階段）。球 1在壓縮循環期間的位移（壓縮量）可以通過使用能量守恒MU2 = 2FA s和動量守恒FA t =MU來估算，其中As是用于讓功FAS與動能相等所必須的位移。接觸時間是At，并且 因此位移被描述為Δ s = U Δ t/2。
[0076] 接觸時間的估算可以通過應用Hertz的沖擊理論來獲得，該理論解決了完全剛性 的球體和完全剛性的平面的碰撞問題。Hertz定律可以表達為：
[0077]

【權利要求】
1. 一種用于通過向多孔介質中注入流體來從所述多孔介質中采收烴類流體的方法，所 述方法包括： -確定所述多孔介質的平均孔徑； -在所述流體和所述烴類流體的密度、所述多孔介質的平均孔徑以及所述流體和所述 經類流體之間的表面張力的基礎上確定瑞利時間（Rayleigh time); -在所述流體中提供壓力激發，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程的 碰撞接觸上升時間在所述瑞利時間的1-100倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的10-80倍 的范圍內；或者在所述瑞利時間的1-10倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的1-3倍的范圍 內。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程 的壓力上升時間在所述瑞利時間的1-100倍的范圍內，例如在所述瑞利時間的1-3倍的范 圍內。
3. -種用于通過向多孔介質中注入流體來從所述多孔介質中采收烴類流體的方法，所 述方法包括： -確定所述多孔介質的平均孔徑； -在所述流體中提供壓力激發，其中所述壓力激發通過碰撞過程產生，所述碰撞過程產 生的沖擊壓力具有壓力幅值I和壓力上升時間At，其中所述壓力幅值大于關系式YcAt/ a2,其中Y是所述流體和所述烴類流體之間的表面張力，并且c是所述多孔介質中的聲速。
4. 根據權利要求1至2中的任何一項所述的方法，進一步包括權利要求3中所述的方 法步驟。
5. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，其中所述壓力激發包括產生沖擊壓 力，所述沖擊壓力具有的壓力幅值在比YcAt/a 2大1-5倍的范圍內，例如在比YcAt/a2 大1.5-3倍的范圍內。
6. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，其中，在碰撞過程中的碰撞物體的質 量、密度、彈性模量和泊松比、所述碰撞物體的相對速度和所述流體的體積模量的基礎上確 定所述碰撞接觸上升時間或所述壓力上升時間。
7. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，其中將相同的參數用于所述碰撞接觸 上升時間和所述壓力上升時間。
8. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，進一步包括在所述多孔介質的平均孔 徑以及所述流體和所述烴類流體之間的表面張力的基礎上確定毛細管壓力，并且其中所述 壓力激發包括產生沖擊壓力，所述沖擊壓力的壓力幅值和上升時間對應于在與所述多孔介 質的平均孔徑相等的長度上的、所述毛細管壓力的1-5倍數量級的壓差。
9. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，進一步包括確定所述碰撞過程的碰撞 接觸時間，并且其中所述碰撞接觸上升時間被確定為所述碰撞過程的碰撞接觸時間的一定 百分比,例如在10-40%的范圍內。
10. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，其中所述多孔介質的平均孔徑通過 對所述多孔介質的樣本使用壓萊法（mercury porosimetry)來確定。
11. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，其中所述碰撞過程包括在下落的 物體和活塞之間的碰撞，其中所述物體具有的質量在10-10000千克的范圍內，例如在 100-1500千克的范圍內，例如在500-1200千克的范圍內，并且被促使下落到所述活塞上 的所述物體的下落距離在〇. 02-2. 0米的范圍內，例如在0. 05-1. 0米的范圍內，例如在 0. 1-0. 5米的范圍內。
12. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，進一步包括： -設置通過至少一條管路與所述多孔介質流體連通的、至少部分充注流體的腔室，其中 所述腔室包括可以彼此相對運動的第一壁部和第二壁部， -在所述流體的外側設置物體，并且 -通過所述管路在所述流體中提供向所述多孔介質中傳播的沖擊壓力，其中所述沖擊 壓力通過所述碰撞過程產生，所述碰撞過程包括所述物體和所述第一壁部之間的碰撞，所 述第一壁部由此沖擊所述腔室中的流體。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中所述腔室包括這樣的區域：在所述區域中通過 重力的影響自然地收集氣體夾雜物，并且所述管路設置在所述區域中或所述區域附近，和/ 或所述腔室設置為使得沖擊流體的所述第一壁部布置成遠離所述區域。
14. 根據先前權利要求中的任何一項所述的方法，進一步包括按照一定的時間間隔產 生多次所述的碰撞過程。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中產生所述碰撞過程的時間間隔在1-20秒的范圍 內，例如在4-10秒的范圍內，例如約為5秒。
16. 根據權利要求14至15中的任何一項所述的方法，包括生成第一序列的碰撞過程、 然后生成第二序列的碰撞過程的步驟，所述第一序列的碰撞過程具有壓力幅值、壓力上升 時間和碰撞間隔時間的第一設定，所述第二序列的碰撞過程具有壓力幅值、壓力上升時間 和碰撞間隔時間的不同設定。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中通過改變所述物體的質量和/或改變所述物體 在碰撞之前相對于所述第一壁部的速度來改變壓力幅值和壓力上升時間的所述設定。
【文檔編號】E21B43/25GK104093930SQ201280067603
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月19日
【發明者】J-V·保爾森 申請人:壓力技術系統公司