激光诱导等离子体工具的制作方法

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本申请要求2018年7月27日提交的标题为“激光诱导等离子体工具”的第62/711,237号美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

本说明书描述用于在通过岩层的井眼中使用的示例激光诱导等离子体工具。

背景技术：

在石油和天然气行业中，井可能需要干预。可以执行干预以激励或增加从周围岩层进入井的烃类(hydrocarbons)的流量。存在用于井激励的各种技术，包括压裂(fracturing)。液体压裂是一种类型的压裂。在液体压裂中，在压力作用下将流体注入到井中以在岩层中产生裂缝，石油或天然气可以流过该裂缝。液体压裂一般在受控条件下执行，且可能涉及监控破裂环境以及操纵井眼中的流体性质。

技术实现要素：

一种示例等离子体工具被配置成在含烃类岩层的井眼内操作。所述等离子体工具包括激光头，所述激光头包括一个或多个光学组件。所述激光头被配置成在所述一个或多个光学组件处接收一个或多个激光束，且经由所述一个或多个光学组件输出所述一个或多个激光束。所述等离子体工具包括用以生成所述一个或多个激光束的激光束生成器。输出所述一个或多个激光束以在一定体积的流体中诱导等离子体。所述等离子体用于在所述体积的流体中产生冲击波。所述等离子体工具包括可变形声学镜，所述可变形声学镜至少部分地限制所述体积的流体。所述可变形声学镜被配置成接收所述冲击波以在所述体积的流体中产生破坏性反射波。所述等离子体工具包括井眼中的一个或多个传感器以在工具的操作期间感测井眼内的一个或多个环境条件。等离子体工具还包括一个或多个处理装置以基于所述一个或多个环境条件生成至少一些信息。等离子体工具可以单独或以组合方式包括以下特征中的一个或多个。

激光束生成器可以集成到井下单元中。激光束生成器可以在井下单元的外部。

等离子体工具可以包括激光束变换器，所述激光束变换器包括所述一个或多个光学组件以引导或聚焦激光束。等离子体工具可以包括一个或多个光纤线缆，所述光纤线缆界定激光束生成器与激光束变换器之间的光学连接。激光束变换器可以包括具有可控的折射率的一个或多个静态或光子晶体以便衍射或聚焦所述一个或多个激光束。激光束变换器可以包括一个或多个静态或可变形镜以引导或聚焦激光束到井下单元外部的位置。

所述一个或多个光纤线缆可以包括外部屏蔽件以隔离和保护所述一个或多个光纤免受井眼流体、压力或温度的有害影响。所述一个或多个光纤线缆可以包括第二保护层以减少所述一个或多个光纤上的机械或温度应力。

等离子体工具可以包括一个或多个机械元件以使声学镜的一个或多个表面变形以改变声学镜的一个或多个声学性质。声学镜可以是伸缩式镜或可变形锥形声学镜。声学镜可以安装在可控多轴安装组合件上以使声学镜旋转或回转。

等离子体工具可以包括旋转组合件，所述旋转组合件被配置成使激光头轴向旋转以便使激光束靶向到井眼内的不同点。等离子体工具可以包括一个或多个陀螺仪以计量井下单元的定向。

等离子体工具可以包括压力传感器、温度传感器或压力传感器和温度传感器两者。温度传感器可以在井下单元的操作期间感测井眼内的温度。压力传感器可以在井下单元的操作期间感测井眼内的压力。所述一个或多个传感器可以包括拉曼光谱仪以感测与井下单元相关联的振动。所述一个或多个传感器可以嵌入于声学镜中。

等离子体工具可以包括用于排出流体的清洗组合件或用以保护激光头免受碎屑影响的清洗刀。等离子体工具可以包括用以保护激光头免受碎屑影响的清洗刀。等离子体工具可以包括一个或多个泵送装置以提供限制流体或声学耦合流体进入由声学镜和井眼的壁形成的空腔中。

本说明书中所述的任何两个或更多个特征，包括此发明内容章节中所述的特征，可以组合以形成本说明书中未具体描述的实施方案。

在本说明书中描述的过程和系统的至少部分可通过由一个或多个处理装置执行存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令来控制。非暂时性机器可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器、光盘驱动器、存储器磁盘驱动器和随机存取存储器。在本说明书中描述的过程和系统的至少部分可使用包括一个或多个处理装置和存储器的计算系统来控制，所述存储器存储可由所述一个或多个处理装置执行的指令以执行各种控制操作。

一个或多个实施方案的细节阐述于附图和具体实施方式中。根据实施方式描述和附图以及根据权利要求书，其它特征和优点将会明显。

附图说明

图1a和1b是井眼中的示例激光诱导等离子体工具的剖示侧视图。

图2a是示例激光诱导等离子体工具的剖示侧视图。

图2b是示例激光诱导等离子体工具的透视图。

图3是示例光纤线缆的透视、分解视图。

图4是使用由激光诱导等离子体工具产生的光束在岩层中诱导冲击波的示例过程的流程图。

图5是被配置成在岩层内产生冲击波的示例激光诱导等离子体工具的剖面图。

图6是被配置成在岩层内产生冲击波的示例激光诱导等离子体工具的剖面图。

图7是被配置成在岩层内产生冲击波的示例激光诱导等离子体工具的剖面图。

图8是被配置成在岩层内产生冲击波的示例激光诱导等离子体工具的剖面图。

图9是被配置成在岩层内产生冲击波的示例激光诱导等离子体工具的剖面图。

不同图中的相同元件符号指示相同的元件。

具体实施方式

本说明书描述可以单独或与现有井基础结构组合使用的示例激光诱导等离子体工具。示例激光诱导等离子体工具包括用以生成激光束的激光束生成器，和用以将激光束引导到井眼内的位置的光学器件。举例来说，可以将激光束引导到井眼的壁或井眼中的流体，例如井眼中的裂缝内的流体。由激光束赋予的能量造成井眼内的冲击波。举例来说，可以在流体内诱导冲击波。冲击波可以传播遍布含有流体的裂缝，这可以造成井眼周围的岩石的额外压裂。所得到的额外裂缝可以实现烃类进入井眼的释放或流动。该示例工具可与油井或其它产生烃类的井一起使用。

参考图1a和1b，示例激光诱导等离子体工具40的组件包括井下单元90、激光头100、激光束生成器200、光束变换器300、声学镜400、传感器500，和控制系统600。

井下单元90被配置成生成激光束且将激光束引导到井眼内的点。为此目的，井下单元90被配置成用于在例如井眼10的井眼内定位。在此示例中，井眼10被岩层壁20包围，且至少部分地填充有流体，例如井眼流体。井下单元90可使用任何方法来部署，例如有线干预(wirelineintervention)。有线干预可以包括将从线缆悬吊的井下工具降低到井中。

工具40包括激光头100。在一些实施方案中，激光头100包括壳体，例如隔离箱，用以容纳激光头的各种组件且保护组件不受在井下频繁地遇到的环境条件的影响。此类组件的示例可以包括光学或电子组件。大体来说，井下单元90和激光头100可由任何类型的材料制成，这些材料耐受在井眼内可能经历的温度、压力和振动，且可防止井眼内的流体、灰尘和碎屑的影响。

工具40包括用于生成一个或多个激光束的激光束生成器200。在一些实施方案中，激光束生成器200可以是任何类型的被配置成以最低损耗输出激光束的生成器。可以设定激光束的波长，使得将激光束施加到含烃类岩层中的井眼流体会产生等离子体。举例来说，该波长可以对应于流体分子的谐振频率或该谐振频率的谐波。在一些实施方案中，该波长可以在950纳米(nm)与1000nm之间。在一些实施方案中，该波长可以在960nm与980nm之间。在一些实施方案中，该波长被设定成水的主谐振频率。在一些实施方案中，激光束生成器200可以集成在井下单元90中。在此，激光束生成器200可以连接到电力源。该电力源可位于井外部的表面处，且可以经由电缆或光纤线缆210连接到激光束生成器200。在一些实施方案中，激光束生成器200可以集成在激光头100中，如图1a所示。在一些实施方案中，激光束生成器200在井下单元的外部。举例来说，激光束生成器200可位于井外部的表面处。

图1b示出激光束生成器200在工具外部的实施方案。在此实施方案中，光纤线缆211连接井下单元90中的激光束生成器200和激光头100。光纤线缆可用以将激光束传导到激光头100。在一些实施方案中，光纤线缆210或211可包括多个光纤，且可以经由一个或多个光纤耦合器(例如，图1b的光纤耦合器212)连接到工具40的其它组件。在一些实施方案中，离开激光束生成器200的激光束可以例如使用多个光纤来分路和传输，以避免会使光纤燃烧的非线性受激散射过程。在一些实施方案中，光纤线缆210或211也可用以传导其它形式的能量或信号，例如用于在工具40的组件之间传送传感器数据或控制信号。

在一些实施方案中，工具40包括多个激光束生成器200。在一些实施方案中，一个或多个激光束生成器200在工具的外部，其中的每一个通过光纤线缆211连接到激光头100。包括多个激光束生成器的系统可以具有若干优点。举例来说，可生成不同激光束的组合，这可实现不同操作模式和应用。在示例实施方案中，第一激光束可以具有例如频率的性质，该性质允许第一激光束穿过水而不会被吸收，但使第一激光束被岩石吸收。第二激光束可以具有例如频率的性质，该性质使第二激光束被水吸收。在一些实施方案中，第二激光束可以具有与第一激光束的波长、功率或操作模式不同的波长、功率或操作模式。操作模式指示激光束是连续的还是脉冲的。

第一和第二激光束可以同时、依次或交替地部署以实现组合效应。在一些实施方案中，第一激光束可以用于在流体中产生等离子体，且第二激光束可以用于加热岩石。加热岩石可以使岩层削弱，这使得岩层对机械损坏敏感。损坏可以包括由邻近流体中的冲击波造成的损坏。与使用仅第一激光束或仅第二激光束相比，使用两个激光束的组合方法可以加速岩石的断裂或移除。

示例工具40还包括功率转换器213。示例功率转换器包括吸收高功率激光束的部分且将激光束变换为电能的光电二极管。高功率激光束可以包括具有大于1千瓦(kw)的平均光学功率输出或具有大约10⁹到10¹⁵瓦每平方厘米(w/cm²)的功率密度的激光束。该电能可以用于为井下单元90的一个或多个组件供电，例如电信装置214或控制系统600。在一些实施方案中，功率转换器213经由一个或多个光纤耦合器212连接到一个或多个光纤线缆211。

示例工具40可包括一个或多个基于激光的电信装置214，该装置可以连接到光纤线缆210或211以接收、传送、转换或以其它方式操纵光学信号用于通信。此类基于激光的电信装置可以使用低功率激光束操作。低功率激光束的示例包括具有小于1瓦(w)的光学功率输出的激光束。举例来说，电信装置214可以从一个或多个传感器500接收电学或光学信号。电信装置214可以转换信号或传输信号到在井眼外部的表面上的处理单元或控制系统600。

井下单元90包括用以操纵一个或多个激光束的光束变换器300。在一些实施方案中，光束变换器300包括在激光头100中。在一些实施方案中，光束变换器300包括或连接到耦合准直器(collimator)301。耦合准直器301被配置成直接从激光束生成器200或从光纤线缆(例如光纤线缆211)接收激光束，且将激光束直接从其引导到一个或多个光学元件302。光束变换器300可以包括用以操纵激光束的轮廓、方向或空间-时间分布的光学元件302。在一些实施方案中，一个或多个光学元件302被配置成变换、衍射、延迟、聚焦、散焦、定向、划分、重组、引导、或扫描一个或多个激光束，以便将该一个或多个激光束引导到某个位置，例如井眼流体。光学元件的示例可以包括静态或可变形镜、静态和动态衍射光学器件、折射光学器件、光学透镜、干涉滤镜、偏振器、分束器、光子晶体或折射率图(refractiveindexmap)。在一些实施方案中，折射率图可以从一个或多个光子晶体产生，该一个或多个光子晶体包括影响激光束传播的周期性光学纳米结构。在一些实施方案中，折射率图可以从一个或多个光子晶体产生，该一个或多个光子晶体是或包括用于微控制晶体的3d体积中的折射率分布的元件。此类元件可用以在时间或空间或这两者上改变晶体的折射率，以便获得激光束的不同衍射模式。在一些实施方案中，用于微控制折射率分布的元件包括展现光折射或电子折射性质的材料，例如可通过调制进入材料的光或电流而临时或永久地更改折射率的材料。在一些实施方案中，取决于进入晶体的激光束的能量或能量密度，可以将晶体的折射率调制至多50％。

光学元件302可连接到控制单元，例如处理单元或控制系统600。控制单元可以在井眼外部的表面上。控制单元被配置成控制激光束操纵。在示例实施方案中，光学元件302是、包括或连接到光子晶体。光子晶体可以经受一个或多个低功率激光束的辐射，例如从高功率激光束或电子束提取的束以调制晶体的折射率。光子晶体可连接到控制单元以控制晶体的折射率的调制以便衍射或聚焦激光束。

示例工具40包括一个或多个声学镜400以操纵在井眼流体内生成的一个或多个波。在一些实施方案中，声学镜400包括可以造成声学镜的一个或多个表面的变形的一个或多个机械装置402。机械装置的示例包括液压或气压装置，该液压或气压装置可弯曲、扭曲、拉伸、凹陷或以其它方式造成可变形声学镜的外表面或内表面或这两者的变形。此变形影响声学镜的声学性质。在一些实施方案中，机械装置402连接到控制系统600，例如，以控制声学镜400的位置或配置。在一些实施方案中，声学镜400可以是伸缩式(telescopic)或可变形锥形(deformableconic)(抛物线、椭圆形或双曲线)声学镜。在一些实施方案中，可变形或另外可控声学镜可以例如由操作者实时控制。在一些实施方案中，声学镜400和岩层壁20形成空腔401的边界。在井眼流体中生成的波的示例包括从一个或多个激光诱导等离子体气泡生成的声波或冲击波。

在一些实施方案中，井下单元90包括一个或多个泵送装置403以提供限制(confining)或声学耦合流体进入空腔401。耦合流体可为可控密度流体，用以增强在流体中生成的压力冲击波与岩层壁20之间的耦合。耦合流体可为可控密度流体，用以提供用于流体中生成的等离子体的限制介质。在一些实施方案中，声学镜可用以将一个或多个声波(例如冲击波)聚焦到特定位置。

在一些实施方案中，井下单元90包括一个或多个传感器500。传感器可以用于表征由激光束生成的等离子体，或测量由工具40生成的一个或多个冲击波的压力或温度。在一些实施方案中，传感器500包括以下各项中的一个或多个：温度传感器、压力传感器、粘度传感器、流量计或光学相机。在一些实施方案中，传感器500是或包括拉曼光谱仪以提供对耦合流体或井眼流体的分析。拉曼光谱仪是依赖于单色激光的非弹性散射以获得关于系统中的振动模式的信息的装置。在一些实施方案中，传感器500定位于井下单元90的外部或内部上。在一些实施方案中，传感器500定位于声学镜400上。传感器500可以位于声学镜400的面向空腔401的表面上或附近。传感器500可以位于声学镜400的面向井下单元90或与井下单元90接触的表面或部分上或附近。

在一些实施方案中，控制系统600在井下。在一些实施方案中，控制系统600包括在本说明书中描述的类型的一个或多个处理装置。控制系统600可以连接到一个或多个动态光学元件302以控制从光学元件发射的一个或多个激光束的定向(orientation)。在一些实施方案中，控制系统600连接到传感器500以从传感器接收数据，分析数据，或将数据或分析的数据传输到工具40的另一组件。该另一组件可为例如在井眼外部的表面上的处理单元。

在一些实施方案中，井下单元90的一个或多个组件可以覆盖有减震材料以保护该单元免于冲击波的潜在地具损坏性的影响。在一些实施方案中，减震材料是或包括声学超材料(metamaterial)，该声学超材料可以包括声子晶体。声子晶体是通过材料的声学性质的周期性变化形成的合成材料。

图2a和2b中示出了井下单元90的实施方案。在此示例实施方案中，高功率激光束生成器200可在井眼外部的表面处。一个或多个激光束290可以经由一个或多个光纤线缆210传输到激光头100。示例工具40可以包括多个光纤线缆210，其中的每一个可以包括多个光纤。在一些实施方案中，井下单元90包括一个或多个光学元件220，例如一个或多个透镜、光学耦合器或准直器，以在进入激光头100之前组合、准直或引导激光束290。在一些实施方案中，激光头100被配置成用于相对于井下单元90轴向旋转以靶向井眼中的不同位置。可以使用旋转组合件102实施轴向旋转。在一些实施方案中，旋转组合件102包括一个或多个马达和处理器，其可连接到在井眼外部的表面上的处理单元以使操作者能够控制激光头100的定向。可经由基于光纤或基于光子的陀螺仪91来计量井下单元90的定向。

在一些实施方案中，激光头100被配置成通过一个或多个覆盖透镜或滤镜221接收激光束290。光学元件220或者覆盖透镜或滤镜221可安装在可调整框架230上。可调整框架230可以是高度可调整的框架。示例激光头100包括含有光学元件302的光束变换器300。光学元件302可以包括方向性微机电系统(mems)或可变形镜以引导和聚焦激光束290至目标或焦点上。激光头100可以包括用于输出流体(包括气体)的清洗组合件190或用以保护激光头100免受碎屑影响的清洗刀(purgingknife)。清洗刀包括将清洗流体注入到井下单元90周围的流体中的小射流。在一些实施方案中，激光头100的一个或多个组件可以是可调整的且可以在工具的操作期间被操纵。在一些实施方案中，激光头100的一个或多个组件可以在操作之前预设置且无法在工具的操作期间被操纵。

示例的井下单元90包括可调整声学镜400以朝向井眼中的目标位置重定向从激光诱导等离子体生成的反向传播或反射声学/压力波。在一些实施方案中，声学镜400也可使用可控多轴安装组合件(未示出)来旋转或回转。在一些实施方案中，多轴安装组合件可包括一个或多个马达和处理器，其可以连接到表面上的处理单元，该处理单元使操作者能够控制声学镜400的定向。

示例井下单元90可包括一个或多个传感器500。在一些实施方案中，分布式温度传感器501或压力传感器502可以嵌入于井下单元90中。传感器500可以包括测量单个点处的条件的点传感器或可以包括多个传感器的阵列。例如，传感器可以嵌入于声学镜400中。温度传感器可以被配置成测量工具的表面处的温度。压力传感器可以被配置成测量等离子体诱导压力冲击波的振幅。

图3中示出可以与井下工具90一起使用的示例光纤线缆210。光纤线缆210包括单个光纤或多个光纤，该光纤可以受外部屏蔽件222保护。外部屏蔽件222充当隔离体且可以保护光纤免受井眼流体、压力和温度的有害影响。在一些实施方案中，外部屏蔽件222可以是柔性的且允许线缆在操作期间弯曲以到达井眼中的目标位置。示例光纤线缆210可包括第二保护层223，例如高温高压隔离管，以减少线缆或光纤上的机械或温度应力。示例光纤线缆210还可包括网状层224以保护光纤。

图4是示出工具40的示例操作的流程图。在操作中，示例激光诱导等离子体工具40被配置成在井眼中的流体中生成一个或多个冲击波。当短脉冲(例如，小于1皮秒(ps))和高能(例如，10⁹w/cm²)的激光束聚焦在例如井眼流体或耦合流体的材料内的点或点集合上时，激光束可触发可生成等离子体的电离反应。此过程开始于激光激发脉冲(701)，该激光激发脉冲触发被照明区域中的介质的电离和非热汽化(702)。这又转而生成等离子体(703)，该等离子体由于保持从激光束吸收能量而扩张(704)。等离子体的扩张导致压力脉冲(705)，例如垂直于等离子体的表面向外传播的冲击波，该冲击波可以是初级冲击波。等离子体和压力冲击波的性质基于产生等离子体和冲击波的激光束的参数。

压力脉冲的振幅p与激光脉冲能量i相关，如方程1中给定：

其中α是内部能量转换成热能的分数(～0.25)，且z是岩石材料的阻抗。因此，峰值压力与峰值激光束能量的平方根成正比。

在脉冲的完成之后，当激光脉冲断开(706)时，等离子体以绝热方式快速冷却且重组过程发生(707)。在重组(或解电离)过程中，等离子体的正离子捕获自由(高能)电子，且与电子或负离子组合以形成呈气体形式的新中性原子。在一些条件下，所得到的等离子体坍塌可以剧烈到足以生成另一冲击波，例如次级冲击波(708)。一旦等离子体衰退，冲击波就继续传播通过岩层，从而在岩石中产生裂缝或对岩层流体提供能量。过程可重复，再次以井眼流体或耦合流体的激光激发开始(701)。在一些实施方案中，示例工具40可用以产生裂缝且以某一程度的精度激励岩层，同时减少对周围岩层的损坏。

大体上，可在空腔401内部距岩层壁20一段距离处或在流体-岩石界面上或甚至在岩石内部生成冲击波。该过程可以在任何目标位置中依次重复任何次数。例如，可以操纵激光束290以在不同时间和不同空间位置生成多个等离子体脉冲。在一些实施方案中，这可提供产生用于多个应用的放大压力脉冲或脉冲串的能力。

图5到9示出井眼10内部的示例工具40的应用。图5示出使用声学镜400在在空腔401内部距岩层壁20的表面一段距离处的等离子体冲击波292的生成。在一些实施方案中，可以选择激光290的焦点的位置和镜400的配置以允许对冲击波的聚焦。在一些实施方案中，镜400是圆锥形的或具有圆锥形部分。在此实施方案中，镜可用以聚焦、放大或引导反射冲击波到岩层壁20上的一个或多个点。

图6示出空腔401内部的等离子体冲击波292的生成。在此情况下，当该过程生成由喷射汽化岩石形成的高压等离子体时，井眼流体或耦合流体可以充当限制介质。类似于图5中的过程，电离岩石蒸汽可生成等离子体，这可带来以相异的速度传播进入井眼流体或耦合流体和岩层壁20的发散冲击波。在激光脉冲停止之后，重组过程发生，且快速扩展在周围材料上施加机械动量，从而可能导致岩石的破裂或其它改性。因此，等离子体冲击波292可以是或包括两个压力波。这些压力波可以包括传播通过岩层的一个或多个压力波，以及限制流体(例如，耦合流体或井眼流体)中的另一压力波。镜400可重新聚焦地层中的液压冲击波，以例如增强穿孔/压裂效率。

图7示出空腔401内部的多个等离子体冲击波292的生成。在此示例中，冲击波292是使用声学镜400形成的且被引导于岩层壁20的表面上的一个或多个点。在此示例中，光束变换器可用以划分且引导高功率激光束290到岩层壁20的表面上的多个点。在一示例中，激光束可以被引导到岩层壁20的表面上的三个点。激光束在每一点处诱导等离子体脉冲和压力冲击波292。在一些实施方案中可以在不同时间触发这些等离子体脉冲和压力冲击波。使用光束变换器引导激光束而不是通过移动工具或其组件中的一个来引导光束可以具有避免机械应变且因此避免工具的潜在损坏的优点。

图8示出空腔401内部的多个等离子体冲击波292的生成。在此示例中，使用空腔401内部的声学镜400形成冲击波292。冲击波可以形成于(a)距岩层壁20的表面一段距离处，(b)岩层壁20的表面上的一个或多个点处，或(a)和(b)两者处。光束变换器可用以划分和引导高功率激光束290到岩层壁20的表面上的两个或更多个点或者例如耦合流体或井眼流体的限制流体。也可在不同时间触发两个或更多个激光束以产生通过介质的冲击波脉冲串。

图9示出岩层壁20中的裂缝或其它开口21内部的等离子体冲击波292的生成。在示例实施方案中，经由注入工具50(例如螺旋管(coiltubing)或打捞工具)将流体(例如酸或水)在高压下注入到地层中。光束变换器可用以将光束290聚焦在开口21中的流体中的一个或多个点上。光束290产生有助于流体在岩层(例如岩层壁20)中产生裂缝的冲击波。

可在各种应用中使用在本说明书中描述的示例工具。在一些实施方案中，示例工具可用于压裂，例如液体压裂。举例来说，如先前所描述，可在岩层壁20的表面上、耦合流体中或空腔401内部的距岩层壁20的表面一段距离处的井眼流体中生成压力冲击波292。初级冲击波292和次级冲击波可传播通过岩石以诱导压裂地层中的岩石的应变脉冲。

在一些实施方案中，示例工具可用于光酸化(photo-acidizing)。等离子体可在井眼中的流体中生成，该流体包括一种或多种酸以溶解或以另外方式损坏岩石。等离子体可以在酸-岩石界面附近生成，例如在岩层壁20的表面上或附近处生成。这为流体供以能量且在岩石中产生微裂缝以为酸性流体提供穿透通道。

在一些实施方案中，示例工具可用于光液体压裂。类似于光酸化，光液体压裂使用激光束(例如激光束290)以在液压介质(例如水、酸或井眼流体)中生成等离子体脉冲或冲击波292。等离子体脉冲或冲击波是在岩层附近或在液压介质与岩石之间的界面处生成，例如在岩层壁20的表面处生成。液压介质中的压力冲击波292可传播通过液压介质且耦合到岩石。由于由冲击波292的影响生成的拉伸应变，冲击波诱导裂缝。

在一些实施方案中，示例工具可用于井眼清洁。举例来说，可以在岩层壁20的表面上生成等离子体，使得扩展冲击波292单独地或与清洗系统组合造成岩层壁20的表面上的材料积累被打破。在一些实施方案中，可使用例如清洗或抽吸系统移除打破的材料。

在一些实施方案中，示例工具可用于等离子体诱导通道穿孔。等离子体诱导通道穿孔包括液体压裂技术、光液体压裂技术或它们两者，以产生或帮助生成穿孔通道。

在一些实施方案中，示例工具可用于粘度减少。在粘度减少中，例如，可在岩层壁20的表面上或附近生成等离子体。压力冲击波292可传播通过岩层且其能量的部分可以被岩层中的流体(例如烃类)吸收。此能量吸收可以减小流体的粘度，因此允许流体更容易流入井眼。

在一些实施方案中，示例工具可用于成像。举例来说，井下单元90可包括压力、地震(seismic)或分布式光纤传感器，连接到压力、地震或分布式光纤传感器，或与压力、地震或分布式光纤传感器组合使用，以检测或监控在岩石或流体中生成的冲击波。在一些实施方案中，井下单元90可用作高振幅压力源以激发地层中的机械波。介质的响应由一个或多个分布式传感器测量且用以计算地层性质。

在先前描述的应用中，可在空间和时间的不同点处生成等离子体脉冲且因此生成冲击波。因此，可以产生时间和空间相依赖的脉冲模式或串，它们可以重叠以生成不同压力脉冲模式。

在一些实施方案中，在本说明书中描述的组件中的一个或多个可以从示例等离子体工具缺失，一个或多个替代组件可以包括于示例等离子体工具中，或者一个或多个额外组件可取代示例等离子体工具中的一个或多个现有组件。

等离子体工具40系统和其各种修改的至少部分可以至少部分地由计算机程序产品(例如，有形地实施于一个或多个信息形成载体中的计算机程序)控制。信息载体包括一个或多个有形的机器可读存储介质。计算机程序产品可以由数据处理设备执行。数据处理设备可为可编程处理器、计算机或多个计算机。

计算机程序可以任何形式的编程语言编写，包括编译或解译语言。它可以按任何形式部署，包括以独立程序形式或以模块、组件、子例程或适用于计算环境中的其它单元的形式。可以部署计算机程序以在一个计算机上或在多个计算机上执行，该多个计算机可在一个站点处或跨越多个站点分布且由网络互连。

与实施系统相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行。该系统的全部或部分可以被实施为专用逻辑电路，例如现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)或它们两者。

适合于执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器两者，以及包括任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区、或随机存取存储区、或它们两者接收指令和数据。计算机(包括服务器)的组件包括用于执行指令的一个或多个处理器，以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区装置。大体上，计算机还将包括一个或多个机器可读存储介质，或将以可操作方式耦合以从一个或多个机器可读存储介质接收数据或向其传送数据或进行这两个操作。机器可读存储介质包括用于存储数据的大容量存储装置，例如磁盘、磁光盘或光盘。适合于实施计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区。非暂时性机器可读存储介质包括，例如，半导体存储区装置，例如可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)和快闪存储区装置。非暂时性机器可读存储介质包括，例如，磁盘(例如内部硬盘或可装卸式磁盘)、磁光盘、压缩光盘只读存储器(cd-rom)以及数字多功能光盘只读存储器(dvd-rom)。

每一计算装置可以包括用于存储数据和计算机程序的硬盘驱动器、处理装置(例如，微处理器)、以及用于执行计算机程序的存储器(例如，随机存取存储器(ram))。

在本说明书中描述的不同实施方案的组件可以组合以形成本说明书未具体阐述的其它实施方案。可以从在本说明书中描述的此类实施方案排除组件而不会不利地影响其操作。另外，在图中示出或由图暗示的逻辑流并不要求示出的特定次序或顺序次序来实现合意的结果。各种单独的组件可以组合成一个或多个个别组件以执行本文描述的功能。