專利名稱：脈沖斷裂設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及地下資源勘探，更具體地說(shuō)，涉及通過(guò)在至少部分延伸到地質(zhì) 結(jié)構(gòu)中的井孔內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生壓力波，從而在地質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入斷裂。
背景技術(shù)：
井孔周圍區(qū)域的斷裂能夠提高特定類型的地層的石油勘探效率。通常，通過(guò)產(chǎn)生 液壓來(lái)將斷裂引入到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，所述液壓可以是在井孔內(nèi)的流體中生成的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài) 的壓力。另一種常規(guī)方法包括通過(guò)在火花隙上產(chǎn)生放電形成與液壓波相關(guān)聯(lián)的震動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例方面提供了一種在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分中引入斷裂的方 法，該方法包括在至少部分穿透到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的井孔內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生聲波，所述聲波 具有足以在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的一部分內(nèi)、至少在流體和所述結(jié)構(gòu)的邊界處引入斷裂的頻率、持續(xù) 時(shí)間和幅值，所述聲波是普通的聲波(即不是沖擊波)。本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)方面可以包括在產(chǎn)生聲波之前，使井孔內(nèi)的流體加壓到 低于一個(gè)壓力閾值的壓力，如超過(guò)該壓力閾值就會(huì)使地質(zhì)結(jié)構(gòu)斷裂，并將流體加熱到低于 在該壓力下流體沸點(diǎn)的溫度。本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)方面包括一種用于在緊鄰井孔的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分 中引入斷裂的設(shè)備，該設(shè)備包含上封隔器和下封隔器，當(dāng)被放置在井孔中時(shí)，所述上封隔器 和下封隔器與井孔側(cè)壁共同限定了一個(gè)確定的體積空間；一對(duì)電極，設(shè)置在上封隔器和下 封隔器之間，限定了這對(duì)電極之間的火花隙；電源，與所述電極電連通，并被配置和設(shè)置為 在火花隙上生成火花；泵，能夠與確定的體積空間連通，并被配置和設(shè)置為當(dāng)使用該設(shè)備時(shí) 在確定的體積空間內(nèi)產(chǎn)生壓力；以及加熱器，被配置和設(shè)置為當(dāng)使用所述設(shè)備時(shí)對(duì)確定的 體積空間內(nèi)存在的流體介質(zhì)進(jìn)行加熱。本發(fā)明的實(shí)施例的各個(gè)方面可包括一種用計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令編碼以執(zhí)行前述方 法或控制前述設(shè)備的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。本發(fā)明的實(shí)施例的各個(gè)方面可包括一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前述設(shè)備，并被配置和 設(shè)置為用于控制根據(jù)前述方法提供對(duì)所述設(shè)備的控制。這樣的系統(tǒng)例如可包括計(jì)算機(jī)，該 計(jì)算機(jī)被編程為允許用戶根據(jù)所述方法或其他方法控制該設(shè)備。本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)、特征和特性，以及操作方法和相關(guān)結(jié)構(gòu)部件的功能、部 件組合以及制造成本，考慮到下述說(shuō)明和參照附圖所附的權(quán)利要求并將更為明顯，這些部 分一起構(gòu)成了該說(shuō)明書的一部分，其中各個(gè)附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。但應(yīng) 當(dāng)理解的是，附圖僅用于闡釋和說(shuō)明的目的，并不能作為本發(fā)明的限制的規(guī)定。在說(shuō)明書和權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”以及“該”包括多個(gè)對(duì)象，除非文中明確規(guī)定 是其他情況。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備的實(shí)例；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的替換電極配置；圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備實(shí)例的例子，并且包括電氣 和液壓的子系統(tǒng)；以及圖4表示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的斷裂引入設(shè)備2。井孔10進(jìn)入具有多個(gè)層 12、14、16的地層構(gòu)造。作為示例，層14已經(jīng)被標(biāo)識(shí)為提供對(duì)地質(zhì)資源、例如石油資源的獲 取入口，因此其可用于引入斷裂，以提高獲得這些資源的便利性。斷裂引入設(shè)備2包括一對(duì)封隔器20、22，用于將一定體積的流體M限定在與被設(shè) 置為承受斷裂的層14的一部分相鄰的井孔部分內(nèi)。通過(guò)示例，封隔器可以被分隔大約2到 3英尺。在實(shí)施例中，這些封隔器20、22與井孔10的壁以足夠好的一致性相配合，并且有足 夠的強(qiáng)度，一定體積的流體M內(nèi)的壓力被增大到高于井孔內(nèi)的環(huán)境壓力。因此，這些封隔 器共同限定了近似為圓柱形的體積空間，其高度為幾英尺的數(shù)量級(jí)，直徑等于井孔的直徑， 一般約為4英寸到12英寸的數(shù)量級(jí)。在封隔器20、22之間，一個(gè)高壓電極沈沿著井孔10的軸延伸。如圖1所示，電極 26包括上電極28和下電極30。上電極28和下電極30之間的距離構(gòu)成了一個(gè)火花隙32， 其中通過(guò)在電極觀、30之間施加的高電壓生成一個(gè)火花，從而超過(guò)該體積空間M內(nèi)的流體 的擊穿電壓。下電極30包括在其基部周圍的一個(gè)高壓絕緣環(huán)34。另外，多個(gè)桿36，例如中空的 金屬桿，在上封隔器和下封隔器之間延伸，可以說(shuō)限定了一個(gè)火花發(fā)生器的外輪廓。下電極30可以與導(dǎo)電板38電連通，導(dǎo)電板38依次與下封隔器22電連通。類似 地，桿36可以與導(dǎo)電板38電連通(從而與下封隔器和下電極電連通)。另外，導(dǎo)電環(huán)40可 以與桿36的上部電連通，進(jìn)一步確保桿36保持一個(gè)公共的電位差?？梢岳斫獾氖?，導(dǎo)電環(huán) 40和桿36通過(guò)上述絕緣環(huán)34與上電極28隔離。還可以理解的是，絕緣環(huán)34應(yīng)該被設(shè)計(jì) 為具有足夠大的擊穿電壓(即應(yīng)當(dāng)這樣來(lái)選擇其材料和尺寸)，該擊穿電壓大于電極之間 的流體的擊穿電壓，因而火花隙產(chǎn)生電弧不會(huì)由于絕緣體而失效。在實(shí)施例中，當(dāng)桿36被構(gòu)造為延伸穿過(guò)上封隔器20的中空管時(shí)，這些桿可用于提 供多個(gè)附加功能。例如，一個(gè)或多個(gè)桿可包括一個(gè)端口，其允許流體在兩個(gè)封隔器之間確定 的體積空間內(nèi)循環(huán)。一個(gè)或多個(gè)桿的上端可包括一個(gè)氣流端口，其允許貯存的氣體以限定 的體積逸出。類似地，中空管可允許把傳感器，如流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器或類 似傳感器插入到該體積空間中。包括用于測(cè)量上下電極觀、30之間間隔的傳感器是比較有利的。在操作過(guò)程中， 電極可能由于電弧放電而消耗掉一部分，通常會(huì)隨著時(shí)間增大它們之間的分隔距離。當(dāng)分隔變得較大時(shí)，一個(gè)或兩個(gè)電極朝向?qū)Ψ窖由?。在一個(gè)特定實(shí)施例中，一個(gè)或兩個(gè)電極可隨 著它們被消耗而延伸到火花隙的桿中。出于這種考慮，將上電極作為可通過(guò)上封隔器在火 花生成期間隨著消耗而連續(xù)或周期性地送入到火花隙中的桿或一定長(zhǎng)度的線纜是有利的。另外，由于上下電極的消耗可能是不均勻的，將兩個(gè)電極設(shè)置為可延伸的電極是 有利的，允許同時(shí)控制火花隙的長(zhǎng)度和火花隙的位置。在這種配置中，與上電極相類似，下 電極同樣包括可通過(guò)下封隔器送入到火花隙中的一定長(zhǎng)度的桿或線纜。在一個(gè)典型的實(shí)施 例中，各個(gè)電極的可消耗部分的總長(zhǎng)度例如為幾十英尺的數(shù)量級(jí)，能夠使用較長(zhǎng)的一段時(shí) 間。電纜42可用于傳送斷裂弓丨入設(shè)備2。電纜例如可以是類似于用于遠(yuǎn)程感測(cè)井孔內(nèi) 狀態(tài)的典型繩索。電纜42可包括實(shí)用設(shè)備，如電源和/或用于斷裂引入設(shè)備2的控制器， 以及將流體引入到確定的體積空間內(nèi)或者使流體或氣體從確定的體積空間返回以用于應(yīng) 用分析的導(dǎo)管。在實(shí)施例中，如下所述，導(dǎo)管可用于把熱的、經(jīng)過(guò)加壓的流體引導(dǎo)到確定的 體積空間，以及允許流體從確定的體積空間循環(huán)到地表。導(dǎo)管還可包括傳輸液壓信號(hào)以控 制設(shè)備2的能力(例如，包括控制電極隨消耗的延伸的液壓控制器)。圖2示出了一種作為替代的電極配置48，類似地設(shè)置了一個(gè)火花塞，其可用于本 發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。在圖2的電極中，一個(gè)外電極50和一個(gè)中央電極52替代了上下電極， 共同限定了一個(gè)火花隙M。在該配置中，圍繞中央電極52的絕緣套筒56(例如由尼龍制 成)，將中央電極與外電極50隔離。外電極例如通過(guò)電極基部的導(dǎo)電部分58可以與地電連
ο圖3示意性地示出了圖1的設(shè)備2，以及提供附加功能的附加元件。盡管沒有明確 示出，附加元件也可以遠(yuǎn)離該設(shè)備設(shè)置。其效果是去除了井孔內(nèi)的有源元件，這些有源元件 有可能暴露在火花放電時(shí)產(chǎn)生的高壓、高溫以及電磁脈沖效應(yīng)下。類似地，某些元件可位于 與本發(fā)明的實(shí)施例一致的設(shè)備中。電氣系統(tǒng)60與設(shè)備2電連通，以便為電極提供能量。該電氣系統(tǒng)60包括電源62， 其例如可以是高壓直流電源。電源62以每脈沖幾百KJ的范圍(例如在大約100KJ到大約 200KJ之間)為能量存儲(chǔ)元件、例如電容器組64充電，以便存儲(chǔ)送往電極的能量。高壓開關(guān) 66可激活以便為電容器組64充電，并向電極觀、30發(fā)送能量。輔助電氣系統(tǒng)70提供脈沖功率，用于引發(fā)電極之間的脈沖放電。在操作中，電氣 系統(tǒng)60用于在大約IO-IOOms的時(shí)間幀內(nèi)產(chǎn)生電極之間的小電流。該電流例如可以在大約 1-10A的范圍內(nèi)，用于在引發(fā)火花之前對(duì)電極之間的一部分流體進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)預(yù)熱周期結(jié)束 后，輔助電氣系統(tǒng)70在電極處生成一個(gè)高壓脈沖，導(dǎo)致電極之間流體的擊穿，并生成穿過(guò) 其的相對(duì)導(dǎo)電的通路。一旦導(dǎo)電通道建立，電容器組64能夠通過(guò)火花隙釋放能量，在電極 之間產(chǎn)生一個(gè)電弧放電。輔助電氣系統(tǒng)例如可產(chǎn)生主電氣系統(tǒng)的能量的大約到5%之 間的脈沖能量。輔助電氣系統(tǒng)也可以在與主電氣系統(tǒng)相比更高的頻率下(例如，在kHz范 圍內(nèi))被驅(qū)動(dòng)，從而允許火花放電能維持相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。作為示例，在一個(gè)小規(guī)模應(yīng)用中，對(duì)于大約2mm的火花隙以及IkV的充電電壓，進(jìn) 入水中的能量大約是60J。對(duì)于4mm的火花隙，該能量上升到大約120J。在井孔應(yīng)用中，能 量的有效范圍高于lkj，能量可通過(guò)改變充電電壓和/或改變火花隙長(zhǎng)度來(lái)控制。通常，充 電電壓是幾十kV，例如對(duì)于主電路是20kV，對(duì)于輔助電路是60kV。
電孤放電中的電流流動(dòng)導(dǎo)致電極之間流體的電阻加熱。由于流體快速加熱超過(guò)其 沸點(diǎn)，其閃蒸為氣態(tài)，在流體內(nèi)生成氣泡。當(dāng)氣泡膨脹時(shí)，其體積例如是幾立方英寸(例如， 大約I-IOin3)的數(shù)量級(jí)。可以理解的是，限定體積空間內(nèi)的流體在生成氣泡之前已經(jīng)受到壓力。該壓力可 能僅僅是由于執(zhí)行斷裂操作的深度或者由于如下所述的額外引入壓力而增大。在任一種情 況下，當(dāng)氣泡膨脹時(shí)，氣泡在已經(jīng)受壓的大量流體內(nèi)產(chǎn)生了很大的壓力脈沖。壓力脈沖隨流 體傳導(dǎo)到與井孔的流體邊界，并使其能量進(jìn)入到周圍的巖石地層。如果壓力脈沖是超過(guò)壓 力閾值的壓力(與地層強(qiáng)度有關(guān)，但通常為上千lb/in2)，該地層就會(huì)斷裂。火花放電中產(chǎn) 生的功率的大致范圍在幾十兆瓦到大約一千兆瓦。一種替代應(yīng)用使用小于地層壓力閾值的壓力脈沖。通過(guò)示例，小于約IOMPa的總 壓力(即，脈沖加上靜態(tài)壓力)通常不會(huì)導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu)的明顯斷裂?？梢岳斫獾氖牵阋?導(dǎo)致斷裂的壓力水平根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同而不同，應(yīng)根據(jù)位于待勘探區(qū)域的特定條件來(lái)選 擇。在這些條件下，地震脈沖被送往地層。該脈沖例如可以被用作勘探周圍區(qū)域的地震源， 以產(chǎn)生地震日志。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)其傳遞或反映出地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的不同特征時(shí)，一個(gè)或多 個(gè)接收器可用于接收調(diào)制后的信號(hào)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，可應(yīng)用各種移植算法來(lái)進(jìn)一 步分析地震信號(hào)。壓力波的特征是可控的，以便至少在與地層的邊界處保持非沖擊波狀態(tài)的聲波。 即，壓力波應(yīng)當(dāng)是普通的聲波，而不是沖擊波。這有助于確保壓力相對(duì)均勻地施加到地層， 且放電產(chǎn)生的能量沒有全部被第一構(gòu)造斷面吸收。其結(jié)果是，斷裂是相對(duì)各向同性的，而不 是中心性的。出于這種考慮，聲波被控制在低頻，氣泡被控制地相對(duì)緩慢地產(chǎn)生，且具有相 對(duì)長(zhǎng)的壽命。在這點(diǎn)上，緩慢放電被認(rèn)為是放電電流的平方大于超過(guò)100 μ s的放電電流峰 值平方的3%。通過(guò)示例，放電可以在大約100μ s到大約5ms的范圍內(nèi)發(fā)生。在電子脈沖結(jié)束時(shí)，氣泡會(huì)凝聚，使壓力脈沖減小為接近零?？梢岳斫猓绊憠毫?脈沖衰退的因素包括氣泡冷卻，這與氣泡溫度和環(huán)境溫度(即，流體溫度)之間的溫差、以 及確定的體積空間的任何擴(kuò)展有關(guān)。確定的體積空間的體積擴(kuò)展的基本模式是周圍地層的 斷裂，但其它因素可能包括封隔器和井孔之間的泄漏，或者整個(gè)流體或氣體返回系統(tǒng)的任 何泄漏(如果存在的話)。電氣系統(tǒng)可以被配置和設(shè)置為用于選擇性地操作以反復(fù)地為電極提供能量，例如 以大約IOHz的速率。氣泡的反復(fù)生成和所導(dǎo)致的壓力波允許較大體積空間范圍內(nèi)的斷裂。 如上所述，隨時(shí)間保持火花的位置是有利的?？梢岳斫獾氖牵ㄟ^(guò)保持壓力源相對(duì)穩(wěn)定，提 高了后續(xù)脈沖的有效性。如上所述，將確定的體積空間預(yù)加壓到超過(guò)該深度位置處的靜態(tài)柱壓是有利的。 在這種情況下，泵80可用于在確定的體積空間內(nèi)提供所選的靜態(tài)壓力，作為相對(duì)于通過(guò)脈 沖所施加的較高頻率的波動(dòng)的壓力偏移量。在確定的體積空間周圍的地層的已知或期望強(qiáng) 度的大約10%內(nèi)選擇特定的靜態(tài)壓力。在操作期間，靜態(tài)壓力實(shí)際上可能是變化的，盡管通 常與脈沖產(chǎn)生的重復(fù)率相比以低頻率變化，例如小于約1Hz。泵80可通過(guò)設(shè)備導(dǎo)管與確定 的體積空間流體連通，或者可以位于設(shè)備2附近，例如借助于設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)中空桿36 內(nèi)的單向閥與該設(shè)備連通。在實(shí)施例中可提供附加的泵，用于提供位于確定的體積空間外 的流體柱內(nèi)的壓力，以此降低確定的體積空間與其環(huán)境之間的梯度。在這種情況下，將確定的體積空間之外的壓力保持在低于但接近該體積空間內(nèi)的壓力是有利的。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)提高周圍流體的溫度來(lái)控制氣泡和周圍流體介質(zhì)之間的 溫差。在該方法中，加熱泵82(可以是如圖所示的單獨(dú)的泵，或者與泵80是同一個(gè)泵)可 以與流體蓄液池83和產(chǎn)生加熱流體的加熱系統(tǒng)84相關(guān)聯(lián)。加熱流體可以在確定的體積空 間內(nèi)循環(huán)，從而提供體積空間內(nèi)的溫度控制。加熱體積空間內(nèi)的流體的一種替代方法包括 一個(gè)位于確定的體積空間本地的加熱元件，或者組合本地和遠(yuǎn)程加熱。提供高于周圍壓力 的壓力的加熱流體是有利的，使得加熱流體趨向于在確定的體積空間外循環(huán)，這樣的循環(huán) 改善了加熱流體與周圍流體的混合，以控制體積空間內(nèi)的溫度。流體溫度應(yīng)保持在流體的 沸點(diǎn)之下，以避免在確定的體積空間內(nèi)產(chǎn)生蒸汽氣泡，這種蒸汽氣泡可能會(huì)導(dǎo)致不受控制 的瞬時(shí)壓力變化。在一個(gè)替代實(shí)施例中，通過(guò)由一個(gè)或兩個(gè)電極，或者通過(guò)鄰近放置的注射線持續(xù) 注入熱壓水，控制氣泡的熱冷卻。在該方法中，并不試圖控制周圍的大量水的溫度，而是僅 控制氣泡本身附近的溫度。在氣泡周圍的體積空間內(nèi)生成熱梯度，有助于控制導(dǎo)熱冷卻速 率。這種本地加熱和溫度控制提供了與全體積空間方法類似的效果，同時(shí)有效地減小了保 持有效區(qū)域內(nèi)給定溫度所需的能量和水流速。如果所選的溫度能夠根據(jù)特定的工程要求而變化，則通常將溫度保持在工作深度 上工作流體的沸點(diǎn)的大約90%至大約95%是有利的。通過(guò)示例，在400m水深以下，水的沸 點(diǎn)是大約250°C，因此填充了水的井孔內(nèi)的工作溫度是大約M00°C。加熱確定的體積空間內(nèi)的流體可以有兩個(gè)有利的效果。首先，如上所述，當(dāng)流體 接近其沸點(diǎn)時(shí)，氣泡的凝聚相對(duì)減慢，有助于控制瞬時(shí)壓力的衰減。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有 相對(duì)較長(zhǎng)壽命的氣泡能產(chǎn)生穿過(guò)地層內(nèi)的相對(duì)較長(zhǎng)的壓力脈沖的傳播范圍，導(dǎo)致相對(duì)大體 積的地層斷裂。這種效果也是大部分脈沖能量處于低頻范圍的結(jié)果。其次，當(dāng)流體接近其 沸點(diǎn)時(shí)，在達(dá)到足以產(chǎn)生氣泡的溫度之前，火花放電對(duì)于流體加熱的作用不大，因此氣泡更 大，更有利于將火花放電的能量耦入到流體內(nèi)的聲波。圖4是構(gòu)成本發(fā)明所述方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟的流程圖。確定的體積空間內(nèi)的 流體被加熱90，并且被加壓92。應(yīng)該理解的是，盡管圖中所示為同時(shí)執(zhí)行，但這些步驟也可 以順序執(zhí)行，或者以任意次序執(zhí)行。一旦流體被加熱并加壓(盡管如上所述，這些步驟可選 地被省略)，產(chǎn)生電脈沖94，引起火花隙上的火花放電96。火花放電96將壓力波引入到流 體內(nèi)，導(dǎo)致井孔延伸所穿過(guò)的地層斷裂。在特定實(shí)施例中，加壓的流體包含化學(xué)添加劑(或化學(xué)添加劑被單獨(dú)導(dǎo)入到確定 的體積空間內(nèi))，以加速斷裂速率。這些添加劑可通過(guò)導(dǎo)管被引入，或者可以使用位于斷裂 引入設(shè)備2附近或其上的化學(xué)添加劑噴射器。該噴射器100示意性地如圖3所示，包括蓄 液池102、泵104和輸出口，該輸出口與斷裂引入設(shè)備2處所確定的體積空間流體連通。一 種可用于加速斷裂的添加劑是鋁基材料，當(dāng)該材料接觸到火花放電期間產(chǎn)生的蒸汽/氣泡 時(shí)進(jìn)行放熱反應(yīng)。該反應(yīng)可以被用于延長(zhǎng)壓力脈沖的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度，有助于產(chǎn)生所期望 的多方向和長(zhǎng)范圍的斷裂。類似地，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可通過(guò)導(dǎo)管引入適于提高油 氣資源流量的添加劑(例如稀釋劑、表面活性劑和/或蒸汽)，以促進(jìn)勘探活動(dòng)。盡管所述斷裂過(guò)程的一個(gè)重要的最終用途是勘探油氣資源，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可 以考慮其它潛在用途。該過(guò)程的結(jié)果是產(chǎn)生滲透率提高的區(qū)域。因此，脈沖斷裂可以應(yīng)用于許多能夠得益于滲透率提高的用途。例如，使得構(gòu)成地?zé)崮芰肯到y(tǒng)一部分的鉆井內(nèi)的巖 石區(qū)域斷裂是有利的，尤其是在增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)中。在增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)中，流體通過(guò)熱且干 燥的巖石區(qū)域被泵入，流體在通過(guò)該區(qū)域期間被加熱，然后返回到地表以進(jìn)行能量提取。根 據(jù)本發(fā)明的斷裂設(shè)備和方法被用于提高該區(qū)域內(nèi)的滲透率，以提高地?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)工作流體的 流速。其它有利用途包括地下水井增產(chǎn)和廢物注入操作。 盡管為了闡釋本發(fā)明已經(jīng)基于當(dāng)前認(rèn)為是最實(shí)際和最優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)描述了 本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，這些具體細(xì)節(jié)僅用于該目的，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，而 相反，本發(fā)明覆蓋了在所附權(quán)利要求書的主旨和保護(hù)范圍內(nèi)的修改和等效設(shè)置。例如，盡管 本文參照了計(jì)算機(jī)，這可以通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、被編程為包括執(zhí)行所述方法的ASIC、 計(jì)算機(jī)陣列或網(wǎng)絡(luò)、或者其他適當(dāng)?shù)挠?jì)算設(shè)備。作為又一個(gè)示例，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在可能 的范圍內(nèi)，任何實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征可以和任何其他實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征相結(jié)合
權(quán)利要求
1.一種用于在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分中引入斷裂的方法，其包括在至少部分穿透到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的井孔內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生聲波，所述聲波具有足以在 地質(zhì)結(jié)構(gòu)的該部分內(nèi)、至少在流體和結(jié)構(gòu)的邊界處引入斷裂的頻率、持續(xù)時(shí)間和幅值，所述 聲波是普通的聲波。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在產(chǎn)生聲波之前，將流體加熱到低于流體介質(zhì)沸 點(diǎn)的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中低于流體介質(zhì)沸點(diǎn)的溫度是在流體介質(zhì)沸點(diǎn)的大約 10%以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將加熱加壓的流體注入到靠近一個(gè)用于產(chǎn)生聲 波的電極的區(qū)域內(nèi)，以便在具有低于流體介質(zhì)沸點(diǎn)的峰值溫度的流體介質(zhì)的一部分內(nèi)產(chǎn)生 溫度梯度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述流體通過(guò)電極內(nèi)的孔被注入。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中低于流體介質(zhì)沸點(diǎn)的溫度是在流體介質(zhì)沸點(diǎn)的大約 10%以內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在產(chǎn)生聲波之前，將井孔內(nèi)的流體加壓到低于一 個(gè)壓力閾值的壓力，如果超過(guò)該壓力閾值就會(huì)使地質(zhì)結(jié)構(gòu)斷裂。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述低于壓力閾值的壓力是在壓力閾值的大約10% 以內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生聲波包括在流體內(nèi)生成火花放電，以形成膨脹 的氣泡，所述氣泡對(duì)流體施加壓力從而產(chǎn)生聲波。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在產(chǎn)生聲波之前，將流體加熱到低于流體沸點(diǎn)的溫度；以及將井孔內(nèi)的流體加壓到低于一個(gè)壓力閾值的壓力，如果超過(guò)該壓力閾值就會(huì)使地質(zhì)結(jié) 構(gòu)斷裂。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括所述溫度是在流體介質(zhì)沸點(diǎn)的大約10%以內(nèi)， 且所述壓力是在壓力閾值的大約10%以內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括以低于大約IOHz的頻率重復(fù)產(chǎn)生聲波。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生聲波包括在流體內(nèi)進(jìn)行緩慢放電。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述緩慢放電包括其放電電流的平方大于超過(guò) 100 μ S的放電電流峰值的平方的3%的放電。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將制劑注入到流體介質(zhì)中，所述制劑被選擇為增 加地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的材料的流動(dòng)性。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述制劑包含化學(xué)添加劑。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述化學(xué)添加劑是用于引入巖石斷裂的制劑。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述化學(xué)添加劑包含蒸汽。
19.一種用于在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分中引入斷裂的設(shè)備，其包括上封隔器和下封隔器，當(dāng)被放置在井孔內(nèi)時(shí)，上封隔器和下封隔器與井孔側(cè)壁共同限 定了一個(gè)確定的體積空間；一對(duì)電極，位于上封隔器和下封隔器之間，限定了這對(duì)電極之間的火花隙；電源，與電極電連通，被配置和設(shè)置為在火花隙內(nèi)產(chǎn)生火花；泵，與所述確定的體積空間連通，被配置和設(shè)置為在使用該設(shè)備時(shí)在確定的體積空間 內(nèi)產(chǎn)生壓力；以及加熱器，用于在使用該設(shè)備時(shí)對(duì)確定的體積空間內(nèi)的流體介質(zhì)進(jìn)行加熱。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述電極中的至少一個(gè)電極還包括一個(gè)致動(dòng)器， 被配置和設(shè)置為可控地送入電極材料，以控制火花隙的長(zhǎng)度。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述致動(dòng)器被配置為能夠響應(yīng)于用于測(cè)量火花隙 長(zhǎng)度的傳感器的輸出而被激活。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述電源包括一個(gè)主電氣系統(tǒng)，該主電氣系統(tǒng)包括高壓直流電路；能量存儲(chǔ)元件，被配置和設(shè)置為存儲(chǔ)由所述高壓直流電路產(chǎn)生的能量；以及高壓開關(guān)，被配置和設(shè)置為使所述能量存儲(chǔ)元件放電。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述能量存儲(chǔ)器件包括一個(gè)或多個(gè)電容器。
24.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述電源還包括一個(gè)輔助電氣系統(tǒng)，該輔助電氣 系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生器，被配置和設(shè)置為產(chǎn)生與能量存儲(chǔ)元件的放電同步的高壓電能脈沖，以引 發(fā)火花隙內(nèi)的火花生成。
25.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括化學(xué)添加劑注入系統(tǒng)，所述化學(xué)添加劑注入系 統(tǒng)包括貯存箱，用于貯存化學(xué)添加劑；泵，被配置和設(shè)置為在使用所述設(shè)備時(shí)將化學(xué)添加劑注入到確定的體積空間內(nèi)。
26.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述加熱器包括熱流體源和傳輸導(dǎo)管，所述傳輸 導(dǎo)管具有靠近電極的開口，使得在操作中來(lái)自熱流體源的熱流體被傳送到生成火花隙內(nèi)的 熱梯度的電極區(qū)域。
27.如權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中所述傳輸導(dǎo)管延伸穿過(guò)所述電極中的一個(gè)或兩個(gè) 電極。
28.一種用于在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分中產(chǎn)生地震信號(hào)的方法，其包括在至少部分穿透到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的井孔內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生火花放電，以形成膨脹的氣 泡，所述氣泡對(duì)流體施加壓力，以產(chǎn)生聲波，所述聲波具有低于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的、至少是在流體和結(jié)構(gòu)的邊界處的斷裂閾值的頻率、持 續(xù)時(shí)間和幅值，所述聲波是普通的聲波。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括接收由于通過(guò)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的該部分而被調(diào)制的聲波；以及對(duì)該聲波進(jìn)行分析以確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特性。
30.如權(quán)利要求四所述的方法，還包括基于接收到的經(jīng)過(guò)調(diào)制的聲波產(chǎn)生地震日志。
全文摘要
一種用于在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分中引入斷裂的方法，包括在至少部分穿透到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的井孔內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生聲波。實(shí)施例可包括在引入聲波之前對(duì)流體介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱或加壓。一種在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的至少一部分中引入斷裂的設(shè)備，包括產(chǎn)生火花的電極，以便在流體介質(zhì)中產(chǎn)生普通聲波。實(shí)施例可包括在引入聲波之前對(duì)流體介質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱或加壓的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E21B43/26GK102132004SQ200880118148
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者J·H·法拉姆, J-F·里昂 申請(qǐng)人:雪佛龍美國(guó)公司