用于采收烃类流体的方法

用于采收烃类流体的方法
【专利摘要】介绍了一种用于通过向多孔介质中注入流体来从所述多孔介质中采收烃类流体的方法。所述方法包括：在所述流体和所述烃类流体的密度、所述多孔介质的平均孔径以及所述流体和所述烃类流体之间的表面张力的基础上确定瑞利时间。此外，在所述流体中提供压力激发，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程的碰撞接触上升时间在所述瑞利时间的1-100倍的范围内。可选地或附加地，在所述流体中提供压力激发包括产生冲击压力，所述冲击压力具有压力幅值I和压力上升时间Δt，其中所述压力幅值大于关系式γcΔt/a2，其中γ是所述流体和所述烃类流体之间的表面张力，并且c是所述多孔介质中的声速。在本发明的各个方面，所述方法包括设置通过至少一条管路与所述多孔介质流体连通的腔室，并且使所述腔室包括可以彼此相对运动的第一壁部和第二壁部。压力激发包括通过所述管路在所述流体中提供向所述多孔介质传播的冲击压力，并且其中所述冲击压力通过设置在所述流体的外侧的物体和所述第一壁部之间的碰撞过程产生，以用于使所述第一壁部冲击所述腔室中的流体。
【专利说明】用于采收烃类流体的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于从多孔介质采收烃类流体的方法。

【背景技术】
[0002] 烃类采收作业通常会涉及范围广泛的工艺，涉及用于从地层中采收烃类的流体流 动作业的使用和控制，包括例如向地层中引入或注入流体譬如处理液、固结液或水力压裂 液，注水作业，钻井作业，出油管和井眼的清理作业，以及在井眼中的注水泥（cementing) 作业。
[0003] 地下储层是多孔介质，包括与不同直径和长度的孔喉有关的孔隙容积网络。为了 获得改进的烃类采收，已经对将流体注入储层以置换储层内的多孔地质结构中的流体的流 体动力学进行了广泛研究。
[0004] 多孔地质结构是多孔介质的固体骨架。弹性波能够在固体骨架中传播，但是不能 在流体中传播，原因在于弹性是固体而非液体的性质。固体的弹性和流体的粘性是限定固 体和液体之间的区别的性质。弹性固体中的应力与形变成正比，而粘性流体中的应力与形 变的变化率成正比。
[0005] 储层中的流体（在注水期间）将在流过孔喉时由于流体和孔喉的润湿状态的壁面 之间的表面张力而承受毛细管阻力或推送力。毛细管阻力促使在多孔介质中建立起优选的 流体路径（贯通），这就明显地限制了烃类采收。因此，毛细管阻力限制了流体在储层中的 活动性。
[0006] 人们认为烃类采收将在地震类事件例如地震之后有所增加。因此，人们相信对地 层造成的显著的动态激励将增加流体相在多孔介质中的活动性。已经有人声称在地震期间 通过（在固体骨架中）跨越储层传播的弹性波造成了活动性的改善。基于通过应用人工震 源而在储层中引发弹性波的地震激发方法已经在进行深入研究。一般而言，人工震源需要 布置成尽可能地靠近有效储层，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中已经介绍了这样的井下地震激发工具，其中 公开了通过负载下落到固定至井底的砧台上并由此下落到储层上的碰撞而在固体中产生 弹性波的不同的系统。这些系统的缺点在于地质结构破碎的风险以及控制冲击的难度和方 法的有限效果。
[0007] 涉及例如通过在地下利用爆炸和含能材料的规则爆破来模仿地震事件的动态激 励的、用于烃类采收的方法也一直在进行开发并且已经广泛使用。但是，这些通过爆炸、地 震等手段实现的强烈激励也经常被认为会造成地质结构的恶化，这可能会减少长时间内的 烃类采收。
[0008] 用于烃类采收的其他方法涉及通过交替时段的强行从地层抽出流体和/或强 行向地层中注入流体实现的压力脉冲。已经有人报告压力脉冲的应用提高了流过多孔 介质的流速，但是也仍然有报告说增加了流体注入作业中的水突进和粘性指进（viscous fingering)的风险。
[0009] 依赖于时间的压力现象例如压力冲击波或液压冲击主要是在其例如在管道系统 中意外发生时的潜在破坏或者甚至是灾难性效果的相关方面、或者是在由于对平台的海水 冲击或波浪破坏而对水坝或离岸建筑物造成的潜在破坏或者甚至是灾难性效果的相关方 面进行报告和分析。水击作用（Water Ha_ering)在例如通过管道系统中的阀突然关闭造 成运动中的流体强行停止或突然改变方向时可能会经常出现。在管道系统中，水击作用会 导致从噪声和振动到破损和管塌陷等各种问题。管道系统经常装有蓄集器、旁通管和减震 器等，目的是避免水击作用。
[0010] 另一种压力现象（在本文中称作冲击压力）通过利用了冲击动力学的碰撞过程来 生成，这就使得可以产生依赖于时间的冲击压力，该冲击压力具有大幅值以及可与碰撞接 触时间相比较的非常短的时间宽度（时长）。
[0011] 与压力波相比，压力脉冲能够被视为在流体中相对陡锋式地传播。在比较冲击压 力与压力脉冲时，有人注意到冲击压力具有更尖一些的陡锋并且像冲击波锋一样地传输。 冲击压力因此表现出一些与压力脉冲相同的重要特性，但是这些重要特性由于冲击压力的 产生方式而具备明显更强的、具有高压力幅值的陡锋和短上升时间的这种关键效果。此外， 本文中介绍的压力脉冲和冲击压力应与弹性波区分开，原因在于这些首次提及的压力现象 是在流体中传播，相比之下，弹性波是在固体材料中传播。


【发明内容】

[0012] 因此，本发明的实施例的一个目标是通过提供提高烃类采收率的规程来克服或者 至少是减少用于烃类采收作业的已知方法中的一部分或全部的上述缺点。
[0013] 本发明的实施例的另一个目标是提供一种用于烃类采收作业的方法，所述方法可 以在多孔介质中得到增加的流体活动性。
[0014] 本发明的实施例的另一个目标是提供用于产生冲击压力的可选方法和系统，所述 冲击压力例如可以在烃类采收作业的领域中应用并且可应用于地下储层或井眼中的流体。
[0015] 本发明的实施例的又一个目标是提供一种可以相对简单和廉价地在现有的烃类 采收场所实施而又有效的方法。
[0016] 本发明的实施例的一个目标是提供用于以更高的效率在流体中产生冲击压力、并 且降低了系统中的气蚀风险的主流系统。
[0017] 根据本发明获得了一种用于通过向多孔介质中注入流体来从所述多孔介质中采 收烃类流体的方法，所述方法包括：确定所述多孔介质的平均孔径；并且在所述流体和所 述烃类流体的密度、所述多孔介质的平均孔径以及所述流体和所述烃类流体之间的表面张 力的基础上确定瑞利时间（Rayleigh time)。所述方法进一步包括：在所述流体中提供压 力激发，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程的碰撞接触上升时间在所述 瑞利时间的1-100倍的范围内，例如在所述瑞利时间的10-80倍的范围内；或者在所述瑞利 时间的1-10倍的范围内，例如在所述瑞利时间的1-3倍的范围内。
[0018] 根据一个实施例，所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程的压力上升时 间在所述瑞利时间的1-100倍的范围内，例如在所述瑞利时间的1-3倍的范围内。在一个 实施例中，所述压力上升时间可以在所述瑞利时间的至少1-10倍的范围内。
[0019] 在本发明的另一方面，获得了一种用于通过向多孔介质中注入流体来从所述多孔 介质中采收烃类流体的方法，所述方法包括：确定所述多孔介质的平均孔径；并且在所述 流体中提供压力激发，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程产生的冲击压 力具有压力幅值I和压力上升时间At，其中所述压力幅值大于关系式YcAt/a 2,其中γ 是所述流体和所述烃类流体之间的表面张力，并且c是所述多孔介质中的声速。所述多孔 介质中的声速应该理解为存在于所述多孔介质中的流体也就是注入的流体和/或烃类流 体中的声速。
[0020] 通过碰撞过程，在碰撞过程中来自碰撞物体的能量以及动量被转化为流体中的冲 击压力。冲击压力在流体和多孔介质中以声速传输和传播。
[0021] 通过碰撞过程引发的冲击压力的产生可以是有利的，原因在于由此可以获得非常 尖锐或陡峭的压力锋，与可以通过常规的压力脉冲技术获得的压力脉冲相比，所述压力锋 具有高幅值和非常短的上升时间。此外，例如与单一频率或单一正弦的压力波相比，通过碰 撞过程引发的冲击压力可以被视为包括更多的高频成分。
[0022] 这在不同的烃类采收作业中例如在注水、引入处理液中或者在固结处理中可以是 有利的，原因在于高频成分可以被视为增加了流体在多孔介质中的活动性，在多孔介质中 不同材料性质的材料和不同尺寸的液滴可以用其他方式限制或降低流体的活动性。这在避 免或降低对于任何堵塞趋势的风险以及保持储层处于良好流动状态方面也可以是有利的。 增加活动性可以类似地在注入固结液的作业和固结作业中的后冲洗的相关方面都是有利 的。
[0023] 与其他常规的压力脉冲方法相比，根据本发明的方法的优点在于冲击压力在此可 以用连续的流体流动产生而无需显著地影响流速。此外，通过碰撞过程产生的冲击压力可 以由非常简单而又高效的装置引发且无需关闭和打开任何阀也无需根据现有技术用于这 样做的控制设备。
[0024] 关于注水作业，已经完成的实验室规模的实验表明：与恒定静压驱动的流动相比， 通过由碰撞过程引发的冲击压力的应用，将烃类采收率提高了 5-15%。提高的采收率通过 未改变的流速获得。
[0025] 通常，压力脉冲的使其适合于在烃类采收作业中应用的特征是压力脉冲如上所述 类似于陡锋地在流体中传播。由于冲击压力具有更尖一些的陡锋或者更短一些的上升时 间，因此冲击压力表现出与压力脉冲相同但是明显更高程度的重要特性。
[0026] 关于从多孔介质中采收烃类，人们相信高压和可以通过根据本发明的方法获得 的、（并且与可以通过其他的压力激发方法获得的上升时间相比之下）非常短的上升时间 相结合在孔喉的长度上提供了能够克服毛细管阻力的足够的压差。压差被保持足够长的时 间，该足够长的时间比瑞利时间长至少1-10倍，例如在瑞利时间的1-100倍的范围内。与 此同时，相对较短的时长确保冲击压力的时间平均值不会显著影响用于多孔介质的达西关 系式（Darcy relation)，由此降低早突进和粘性指进的风险。足够大的、能够克服毛细管阻 力的压力幅值可以通过使冲击压力的幅值大于关系式YcAt/a 2来获得，其中γ是所述流 体和所述烃类流体之间的表面张力，c是所述多孔介质中的声速，并且△ t是冲击压力的上 升时间。要注意的是上升时间At短意味着克服毛细管阻力所需的幅值减小。但是，上升 时间应该至少是瑞利时间的1-10倍。
[0027] 在本文中，由本发明建议的冲击动力学（碰撞过程）的应用提供了一种简单和有 效的方法，用于在一定的时段内保持足够的压差，所述时段至少是瑞利时间的1-10倍。而 且，碰撞过程的应用已经证实在提供与瑞利时间的10-100倍相同数量级的、相对较短的 上升时间方面是有利的。在碰撞过程期间的接触上升时间可以如随后所示例如通过应用 Hertz的冲击理论来进行估算。瑞利时间的1-100倍数量级的短接触上升时间已经证实对 于从多孔介质获得提高的烃类采收率是有利的。通常，冲击压力的上升时间（压力从零增 加至最大幅值的时间）可与碰撞过程的接触上升时间相比较并且是1毫秒（0. 001秒）的 数量级或更短。短的上升时间使得冲击压力在应用于采收烃类流体时是特定的。
[0028] 根据本发明的一个实施例，碰撞接触上升时间简单地确定为碰撞过程中的碰撞接 触时间的一定百分比，例如在10-40%的范围内。由此通过简单的装置即可获得在碰撞过程 中的接触上升时间相对于总接触时间的合理估算。
[0029] 接触时间和接触上升时间可以通过应用Hertz的冲击理论来进行估算，正如随后 详细介绍的那样。附加地或可选地，接触时间和/或接触上升时间可以通过实验测量方法 例如利用时延成像和快速牌照来进行测量。
[0030] 在一个实施例中，例如根据Hertz的冲击理论，在碰撞过程中的碰撞物体的质量、 密度、弹性模量和泊松比、所述碰撞物体的相对速度和所述流体的体积模量的基础上确定 碰撞接触时间。
[0031] 多孔介质的平均孔径可以在用于该介质的孔分布的基础上确定。孔分布可以利用 多孔介质的样本通过例如视觉微观检查、图像分析、流动孔隙测量、气体吸附或压汞法来确 定。
[0032] 简而言之，压汞法是基于限定流体向小孔中的渗透率的毛细管定律（Washburn方 程）。更具体地，Washburn方程涉及向孔径施加的压力。随着压力在分析期间增加，计算孔 径，并且测量填满这些孔所需的水银的对应体积。这些测量在提供一定孔径分布的压力范 围上进行，并且由此能够获得平均孔径。孔喉比孔的体积大5-10倍，因此平均孔径决定了 多孔介质中的毛细管阻力。
[0033] 通过在所述流体中提供压力激发以及产生冲击压力的碰撞过程，冲击压力具有的 压力幅值I满足关系式I>YcAt/a2,（其中At是压力上升时间，γ是所述流体和所述烃 类流体之间的表面张力，并且c是所述多孔介质中的声速），在充足的时段内（压力上升时 间）获得冲击压力的足够大的压力幅值。这被视为在得到克服多孔介质中的毛细管阻力的 压差方面是有利的。这样确信会导致多孔介质中增强的毛细管指进，并由此明显提高油的 采收率，正如也被实验所支持的那样。
[0034] 在一个实施例中，压力激发包括产生冲击压力，所述冲击压力具有的压力幅值在 比YcAt/a2大1-5倍的范围内，例如在比YcAt/a2大1.5-3倍的范围内。
[0035] 在本发明的一个实施例中，所述方法进一步包括在造成多孔介质中主要的毛细管 阻力的孔喉的直径以及所述流体和所述烃类流体之间的表面张力的基础上确定毛细管压 力，并且其中所述压力激发包括产生冲击压力，所述冲击压力具有得到一定压差的压力幅 值和上升时间，所述压差是在与所述多孔介质的孔喉直径相等的长度上的、所述毛细管压 力的1-5倍的数量级。
[0036] 造成多孔介质中主要的毛细管阻力的孔喉的直径可以估算为平均孔径。使用平均 孔径将是对多孔介质的毛细管阻力做出主要贡献的孔喉直径的良好估算。在本实施例中， 这相应地对应于在所述多孔介质的平均孔径的基础上确定毛细管压力，并且产生冲击压 力，所述冲击压力具有的压力幅值和上升时间对应于在与所述多孔介质的平均孔径相等的 长度上的、所述毛细管压力的1-5倍数量级的压差。
[0037] 由此获得用于改进油采收的有利的压力激发，在其中获得的冲击压力在多孔介质 中的孔喉的长度上提供能够克服毛细管阻力的足够的压差。此外，根据接近于瑞利时间的 1-100倍或者在瑞利时间的1-100倍的范围内的给定接触上升时间来获得能够保持足够长 的时间的压差。此外，冲击压力的短时长确保了冲击压力的时间平均值不会显著影响达西 关系式，由此降低早突进和粘性指进的风险。克服毛细管阻力所需的冲击压力的幅值与压 力上升时间成正比，因此上升时间应该尽可能短，但至少是瑞利时间的1-10倍。
[0038] 使用碰撞过程是一种简单而又有效的用于产生压力激发的方法，所述压力激发具 有期望的所述短时长和所述足够的压差。
[0039] 在本发明的一个实施例中，所述碰撞过程包括在下落的物体和活塞之间的碰撞， 其中所述物体具有的质量在10-10000千克的范围内，例如在100-1500千克的范围内，例 如在500-1200千克的范围内，并且被促使下落到所述活塞上的所述物体的下落高度在 0. 02-2. 0米的范围内，例如在0. 05-1. 0米的范围内，例如在0. 1-0. 5米的范围内。
[0040] 本发明的一个实施例涉及一种用于通过向多孔介质中注入流体来从所述多孔介 质中采收烃类流体的方法，所述方法包括：估算所述多孔介质中的流体密度，估算对所述多 孔介质的毛细管阻力做出主要贡献的孔喉直径，并且估算所述多孔介质中的流体之间的表 面张力，其中所述多孔介质中的流体包括烃类流体和其他流体。此外，基于估算的密度、直 径和表面张力来确定瑞利时间，并且在流体中提供压力激发，其中所述压力激发通过碰撞 过程产生，所述碰撞过程的碰撞接触时间带来上升时间，所述上升时间在所述瑞利时间的 1 -10倍的范围内，例如在所述瑞利时间的1-3倍的范围内。
[0041] 在一个实施例中，所述方法进一步包括：估算对所述多孔介质的毛细管阻力做出 主要贡献的孔喉直径，并且估算所述多孔介质中的流体之间的表面张力，其中所述多孔介 质中的流体包括烃类流体和其他流体，然后在估算的直径和表面张力的基础上确定毛细管 压力。此外，在流体中提供压力激发，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程 带来在所述孔喉的长度上提供压差的幅值和上升时间，并且其中所述幅值和上升时间使得 所述压差是所述毛细管压力的1-5倍的数量级。
[0042] 根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括设置通过至少一条管路与所述多 孔介质流体连通的、至少部分充注流体的腔室，其中所述腔室包括可以彼此相对运动的第 一壁部和第二壁部，在所述流体的外侧设置物体，并且通过所述管路在所述流体中提供向 所述多孔介质中传播的冲击压力，其中所述冲击压力通过所述碰撞过程产生，所述碰撞过 程包括所述物体和所述第一壁部之间的碰撞，所述第一壁部由此冲击所述腔室中的流体。 与其他常规的压力脉冲方法相比，根据本发明的方法的优点在于冲击压力在此可以用连续 的流体流动产生而无需显著地影响流速。此外，通过碰撞过程产生的冲击压力可以由非常 简单而又高效的装置引发且无需关闭和打开任何阀也无需根据现有技术用于这样做的控 制设备。
[0043] 通过提出的方法可以进一步获得可引发用于流体的冲击压力且流速没有增加或 只有很少的增加，原因是第一壁部不运动且不像在常规的压力脉冲中那样通过流体加压。 相反，在碰撞期间从运动的物体对第一壁部的冲击可以被视为仅促成壁部最小或不明显地 移动，该移动主要对应于流体在冲击区域中的压缩。例如在烃类采收作业中的期望流体流 速因此可以通过例如在作业中使用的泵送设备来更加精确地控制，并且作为示例可以与冲 击压力的引发无关地在期望的流动下被保持一致或接近一致。根据上述内容的方法因此可 以例如在流体喷入和注入作业中是有利的，其中在所述流速方面波动最小的适度的流体流 速可以是期望的，目的是降低地层中流体早突进和粘性指进的风险。
[0044] 本发明的一个实施例进一步明确了所述腔室包括这样的区域：在所述区域中通过 重力的影响自然地收集气体夹杂物，并且所述管路设置在所述区域中或所述区域附近，和/ 或所述腔室设置为使得冲击流体的所述第一壁部布置成远离所述区域。
[0045] 在涉及流体传输的流体系统中，流体在一些时候几乎不可避免地包括气体夹杂 物，例如形式为来自起点的、系统中截留的空气。而且，流体中可以由于湍流或者由于第一 壁部冲击在流体上的碰撞过程而形成气泡。任何这样的气体夹杂物由于重力而自然地升高 并聚集在腔室中的一个或多个区域，在这些区域气体夹杂物不能再继续升高。这最常出现 在腔室的最上部。由于所述方法包括设置腔室例如以避免气体夹杂物的积聚，因此在第一 壁部冲击流体的地方实现了对流体执行冲击而不对气体夹杂物执行冲击或者仅对气体夹 杂物执行最小冲击。由此减小了第一壁部的位移，原因是流体的可压缩性明显低于气体夹 杂物的可压缩性。
[0046] 由于从冲击物体到流体的能量转化更好，因此减少或避免气体夹杂物在冲击区域 附近积聚就导致了更高幅值的冲击压力、更短的上升时间和更短的接触时间。
[0047] 此外，通过减少或避免气体夹杂物在冲击区域附近积聚而导致降低了流体中的气 蚀风险，气蚀经常会导致流体系统中的磨损和损坏。这些效果的获得是由于冲击能量主要 被转化为流体中而不是气体夹杂物中的冲击压力。
[0048] 由于物体设置在流体外侧以与第一壁部碰撞，因此可以实现物体的不是全部也是 绝大部分的动量被转化为流体中的冲击压力。另外，在碰撞过程是在流体中向下引导的情 况下，物体的一部分动量将在碰撞之前的流体位移中损失。
[0049] 运动的物体可以直接用第一壁部或者间接地通过其他的碰撞来碰撞或冲击。腔室 和壁部可以包括不同的形状。腔室可以包括装有活塞的缸，其中物体与活塞或缸碰撞。腔 室可以包括彼此插入的两个缸部分。例如是活塞形状的第一壁部可以包括位于腔室中的流 体上方或完全浸没在流体中的头部。此外，第一壁部可以相对于腔室的周围部分布置在轴 承中或者可以松散地保持就位。腔室可以连接至一条或多条管路，所述管路设置用于在腔 室中的流体和储层之间流体连通，其中流体例如可以在譬如地层或井眼的烃类采收作业中 施加。另外，腔室可以设置为使得流体通过腔室传输。
[0050] 碰撞过程可以通过促使一个或多个物体从指定高度下落到第一壁部上而简单地 产生。引发的冲击压力的规模可以相应地由下落物体的质量、下落的高度以及主体与流体 相接触的横截面积决定。因此，引发的冲击压力的幅值和引发冲击压力的时间可以轻易地 进行控制。类似地，可以通过调节例如碰撞过程中的物体的质量、下落高度、碰撞物体的相 对速度或第一壁部与流体相接触的横截面积（例如直径）来轻易地调节、改变或定制压力 幅值。这些调节的可能性可以证实在流体注入和流体灌入方面特别有利，原因在于正常的 储层压力和破裂压力之间的压差经常会比较窄。
[0051] 在本发明的进一步的实施例中，根据上述任何一部分内容所述的方法还包括按照 一定的时间间隔产生多次所述的碰撞过程。这可以用于增强在流体中引发的冲击压力的效 果。冲击压力可以用规则的时间间隔或不相等的时间间隔引发。作为一个示例，冲击压力 可以在烃类采收作业的早期较频繁且以较短的时间间隔引发，并且在后期以较长的时间间 隔引发。冲击压力之间的时间间隔例如可以根据在相同的时间对地层执行的测量（例如压 力测量）来控制和调节。
[0052] 根据本发明的实施例，生成碰撞过程的时间间隔在2-20秒的范围内，例如在4-10 秒的范围内，例如约为5秒。最优的时间间隔可以取决于多种因素例如地层的类型、地层的 孔隙度、破裂的风险等。优选的时间间隔可以取决于多种因素例如施加的压力幅值和上升 时间。
[0053] 在一个实施例中，所述方法包括产生第一序列的碰撞过程、然后产生第二序列的 碰撞过程的步骤，所述第一序列的碰撞过程具有压力幅值、压力上升时间和碰撞间隔时间 的第一设定，所述第二序列的碰撞过程具有压力幅值、压力上升时间和碰撞间隔时间的不 同设定。例如，爆发的冲击压力可以用这种方式周期性地传输。这在增强冲击压力的效果 方面可以是有利的。如前所述，例如通过调节运动物体的重量或者通过调节物体的下落高 度即可相对简单地修改和控制引发的冲击压力的幅值和时间间隔。
[0054] 在本发明的实施例中，通过改变运动物体的质量和/或改变运动物体在碰撞之前 相对于所述第一壁部的速度来改变压力幅值和上升时间的所述设定。冲击压力的参数例如 压力幅值或上升时间由此即可根据需要用简单而又有效并且可控的方式来改变。

【专利附图】

【附图说明】
[0055] 在下文中将参照附图介绍本发明不同的实施例，在附图中：
[0056] 图1A-D示出了可应用于理解冲击压力的冲击的物理原理，
[0057] 图2-3示出了用于在流体中产生冲击压力的、与地下储层流体连通的装置的实施 例，
[0058] 图4A示出了在伯里亚（Berea)砂岩岩心上的实验期间获得的冲击压力的典型形 状，
[0059] 图4B更加详细地示出了在伯里亚砂岩岩心上的注水实验中获得和测量的单次冲 击压力，
[0060] 图5-6提供了在伯里亚砂岩岩心上使用冲击压力的实验测试期间应用的构造的 示意性概视图，
[0061] 图7是在有和没有冲击压力的注水实验中获得的一些结果的概述，
[0062] 图8-14示出了根据本发明的冲击压力产生装置的不同实施例，
[0063] 图15-16示出了根据本发明的实施例用于产生冲击压力的实验装置，
[0064] 图17和图18分别示出了根据本发明的有和没有冲击压力产生时来自二维多孔介 质的流体油采收的实验结果，
[0065] 图19-20进一步放大地示出了图18中的结果，
[0066] 图21示出了二维实验性多孔介质在从上方看和从侧面看时的两种特征性的孔构 造，
[0067] 图22-23是压力分布分别作为沿D区和C区的长度的函数的简图，
[0068] 图24是侵入的流体从孔流过孔喉的简图，
[0069] 图25-26示出了 z位置作为用于两种不同的毛细管数量和橄榄油的函数的数值仿 真，并且
[0070] 图27-28示出了与图25-26相类似的、但是用于Gullfaks油田的类似的数值仿 真。

【具体实施方式】
[0071] 冲击压力类似于在流体中传播的压力波并且通过运动的固体物体与流体相撞或 者流动的流体与固体相撞的碰撞过程产生。后者描述了水击现象，其中流动的流体的动量 被转化为流体中的冲击压力。
[0072] 固体和流体之间的碰撞过程的物理特性在下文中通过首先根据理想的撞球模型 分析研究固体物体之间的碰撞来更加详细地介绍。
[0073] 在图1A中列举了撞球模型，图中示出了在两个撞球1和2之间的碰撞过程期间的 不同阶段。图中所示的阶段从头开始是：1)球1以速度U向静止的球2运动的阶段，2)最 初接触时间，3)最大压缩时间（有所放大），4)最终接触时间，以及5)球2以速度U运动 且球1静止的阶段。阶段2-4是冲击阶段的部分（或者仅仅是冲击）。冲击在最初接触时 间（第二阶段）开始并且在最终接触时间（第四阶段）结束，并且接触时间是从最初接触 到最终接触的时长。
[0074] 撞球模型将碰撞过程作为在压缩（加载）和复原（卸载）的循环期间没有动能损 失的完美弹性过程来建模。撞球模型假设碰撞过程期间在球之间没有渗透也没有材料部分 的交换。球1的相对速度U是冲击速度，并且在最初接触时间（第二阶段）之后，如果不 是在两个球之间的接触区域出现的接触作用力，那么两个球也会有互相的渗透。压缩循环 (从第二阶段到第三阶段）的时长是接触上升时间，并且复原循环（从第三阶段到第四阶 段）的时长是接触下降时间。因此，接触时间（从第二阶段到第四阶段）是接触上升时间 和接触下降时间之和。
[0075] 接触作用力随着接触和压缩面积的增加而增加。在碰撞期间的某一时刻，由接触 作用力做的功足以使两个球的接近速度变为零。该时刻就是最大压缩时间（第三阶段）。球 1在压缩循环期间的位移（压缩量）可以通过使用能量守恒MU2 = 2FA s和动量守恒FA t =MU来估算，其中As是用于让功FAS与动能相等所必须的位移。接触时间是At，并且 因此位移被描述为Δ s = U Δ t/2。
[0076] 接触时间的估算可以通过应用Hertz的冲击理论来获得，该理论解决了完全刚性 的球体和完全刚性的平面的碰撞问题。Hertz定律可以表达为：
[0077]

【权利要求】
1. 一种用于通过向多孔介质中注入流体来从所述多孔介质中采收烃类流体的方法，所 述方法包括： -确定所述多孔介质的平均孔径； -在所述流体和所述烃类流体的密度、所述多孔介质的平均孔径以及所述流体和所述 经类流体之间的表面张力的基础上确定瑞利时间（Rayleigh time); -在所述流体中提供压力激发，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程的 碰撞接触上升时间在所述瑞利时间的1-100倍的范围内，例如在所述瑞利时间的10-80倍 的范围内；或者在所述瑞利时间的1-10倍的范围内，例如在所述瑞利时间的1-3倍的范围 内。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程 的压力上升时间在所述瑞利时间的1-100倍的范围内，例如在所述瑞利时间的1-3倍的范 围内。
3. -种用于通过向多孔介质中注入流体来从所述多孔介质中采收烃类流体的方法，所 述方法包括： -确定所述多孔介质的平均孔径； -在所述流体中提供压力激发，其中所述压力激发通过碰撞过程产生，所述碰撞过程产 生的冲击压力具有压力幅值I和压力上升时间At，其中所述压力幅值大于关系式YcAt/ a2,其中Y是所述流体和所述烃类流体之间的表面张力，并且c是所述多孔介质中的声速。
4. 根据权利要求1至2中的任何一项所述的方法，进一步包括权利要求3中所述的方 法步骤。
5. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述压力激发包括产生冲击压 力，所述冲击压力具有的压力幅值在比YcAt/a 2大1-5倍的范围内，例如在比YcAt/a2 大1.5-3倍的范围内。
6. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，其中，在碰撞过程中的碰撞物体的质 量、密度、弹性模量和泊松比、所述碰撞物体的相对速度和所述流体的体积模量的基础上确 定所述碰撞接触上升时间或所述压力上升时间。
7. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，其中将相同的参数用于所述碰撞接触 上升时间和所述压力上升时间。
8. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括在所述多孔介质的平均孔 径以及所述流体和所述烃类流体之间的表面张力的基础上确定毛细管压力，并且其中所述 压力激发包括产生冲击压力，所述冲击压力的压力幅值和上升时间对应于在与所述多孔介 质的平均孔径相等的长度上的、所述毛细管压力的1-5倍数量级的压差。
9. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括确定所述碰撞过程的碰撞 接触时间，并且其中所述碰撞接触上升时间被确定为所述碰撞过程的碰撞接触时间的一定 百分比,例如在10-40%的范围内。
10. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述多孔介质的平均孔径通过 对所述多孔介质的样本使用压萊法（mercury porosimetry)来确定。
11. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述碰撞过程包括在下落的 物体和活塞之间的碰撞，其中所述物体具有的质量在10-10000千克的范围内，例如在 100-1500千克的范围内，例如在500-1200千克的范围内，并且被促使下落到所述活塞上 的所述物体的下落距离在〇. 02-2. 0米的范围内，例如在0. 05-1. 0米的范围内，例如在 0. 1-0. 5米的范围内。
12. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括： -设置通过至少一条管路与所述多孔介质流体连通的、至少部分充注流体的腔室，其中 所述腔室包括可以彼此相对运动的第一壁部和第二壁部， -在所述流体的外侧设置物体，并且 -通过所述管路在所述流体中提供向所述多孔介质中传播的冲击压力，其中所述冲击 压力通过所述碰撞过程产生，所述碰撞过程包括所述物体和所述第一壁部之间的碰撞，所 述第一壁部由此冲击所述腔室中的流体。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述腔室包括这样的区域：在所述区域中通过 重力的影响自然地收集气体夹杂物，并且所述管路设置在所述区域中或所述区域附近，和/ 或所述腔室设置为使得冲击流体的所述第一壁部布置成远离所述区域。
14. 根据先前权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括按照一定的时间间隔产 生多次所述的碰撞过程。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中产生所述碰撞过程的时间间隔在1-20秒的范围 内，例如在4-10秒的范围内，例如约为5秒。
16. 根据权利要求14至15中的任何一项所述的方法，包括生成第一序列的碰撞过程、 然后生成第二序列的碰撞过程的步骤，所述第一序列的碰撞过程具有压力幅值、压力上升 时间和碰撞间隔时间的第一设定，所述第二序列的碰撞过程具有压力幅值、压力上升时间 和碰撞间隔时间的不同设定。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中通过改变所述物体的质量和/或改变所述物体 在碰撞之前相对于所述第一壁部的速度来改变压力幅值和压力上升时间的所述设定。
【文档编号】E21B43/25GK104093930SQ201280067603
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2011年12月19日
【发明者】J-V·保尔森 申请人:压力技术系统公司