油井的无线电和微波处理.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980117730.7

申请日:

2009.05.18

公开号:

CN102027196A

公开日:

2011.04.20

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):E21B 43/24申请日:20090518授权公告日:20150325终止日期:20160518|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 43/24申请日:20090518|||公开

IPC分类号:

E21B43/24

主分类号:

E21B43/24

申请人:

贝克休斯公司

发明人:

哈罗德·L·贝克

地址:

美国德克萨斯州

优先权:

2008.05.18 US 61/054,157; 2009.02.04 US 12/365,750

专利代理机构:

北京三友知识产权代理有限公司 11127

代理人:

李辉;王伶

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内容摘要

一种方法包括将物质暴露于第一装置产生的第一类型的电磁波下。该第一类型的电磁波的频率处于射频范围中,且该装置消耗不多于约1,000瓦的功率。所述暴露在一个时间段内且以某一频率进行,足以可检测地改变物质的暴露之前已经存在的至少一种物理属性。

权利要求书

1: 一种方法,该方法包括以下步骤 :将物质暴露于第一装置产生的第一类型的电磁 波下,该第一类型的电磁波的频率处于射频范围中,并且所述装置消耗不多于约 1,000 瓦 的功率,所述暴露在一时间段内并且以某一频率发生,足以可检测地改变所述物质在所 述暴露之前已经存在的至少一种物理属性。
2: 根据权利要求 1 所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约 1 至约 900MHz 的范围中。
3: 根据权利要求 2 所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约 1 至约 100MHz 的范围中。
4: 根据权利要求 3 所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约 30 至约 50MHz 的范围中。
5: 根据权利要求 1 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :从第一天线向所述物质 发射所述第一类型的电磁波。
6: 根据权利要求 5 所述的方法,其中,所述第一天线是井口装置、套管和油管。
7: 根据权利要求 5 所述的方法,其中,所述第一天线是偶极天线或单极天线,所述第 一天线被布置在 : (i) 井眼的包括套管和油管的环面内 ; (ii) 包含烃材料的管道内 ;或 (iii) 包含烃材料的罐内。
8: 根据权利要求 6 或 7 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :调节所述第一天线的 负载阻抗,以与所述第一装置的输出阻抗相匹配。
9: 根据权利要求 4 或 5 所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约 40 至约 50MHz 的范围中。
10: 根据权利要求 1 所述的方法,其中,将所述物质暴露于所述第一类型的电磁波的 步骤是至少在将所述物质暴露于第二装置产生的第二类型的电磁波的同时实施的,所述 第二装置与所述第一装置一起消耗不多于约 1,000 瓦的功率,其中所述第二类型的电磁波 的频率处于微波频率范围中。
11: 根据权利要求 10 所述的方法,其中,所述第二类型的电磁波的频率处于约 20 至 约 40GHz 的范围中。
12: 根据权利要求 11 所述的方法,其中,所述第二类型的电磁波的频率处于约 20 至 约 30GHz 的范围中。
13: 根据权利要求 12 所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约 40 至 约 50MHz 的范围中。
14: 根据权利要求 10 或 13 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :从第一天线向所 述物质发射所述第一类型的电磁波。
15: 根据权利要求 10 或 13 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :从第二天线向所 述物质发射所述第二类型的电磁波。
16: 根据权利要求 15 所述的方法,其中,所述第二天线是井口装置、套管和油管。
17: 根据权利要求 15 所述的方法,其中,所述第二天线是偶极天线或单极天线,所述 第二天线被布置在 : 2 (i) 井眼的包括套管和油管的环面内 ; (ii) 包含烃材料的管道内 ;或 (iii) 包含烃材料的罐内。
18: 根据权利要求 14 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :调节所述第一天线的 负载阻抗,以与所述第一装置的输出阻抗相匹配。
19: 根据权利要求 10 或 13 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :从单个天线,向 所述物质发射所述第一类型的电磁波且向所述物质发射所述第二类型的电磁波。
20: 一种方法,所述方法包括以下步骤 : 通过至少一个第一天线,发射一个或更多个射频的电磁波,所述至少一个第一天 线: (i) 连接到或布置在烃井的井口装置、井套管或井油管内 ; (ii) 布置在包含烃材料的管道内 ;或 (iii) 布置在包含烃材料的罐内, 所述射频每个处于约 1 至约 900MHz 的范围中且被放大到总功率不大于约 1000 瓦, 其中所述处理执行一段时间,足以在消耗不多于约 1000 瓦的功率的同时改变所述井、流 管或罐中的物质的至少一种物理属性。
21: 根据权利要求 20 所述的方法,其中,所述射频处于约 40 至约 50MHz 的范围中。
22: 根据权利要求 21 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :从信号发生单元产生 所述电磁波。
23: 根据权利要求 22 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 :调节所述第一天线的 负载阻抗,以与所述信号发生单元的输出阻抗相匹配。
24: 根据权利要求 20 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 : 通过至少一个第二天线发射至少约 24GHz 的微波频率的电磁波,所述至少一个第二 天线 : (i) 连接到或布置在所述井的所述井口装置、井套管或井油管内 ; (ii) 布置在包含烃材料的管道内 ;或 (iii) 布置在包含烃材料的罐内, 所述微波频率以消耗能量不多于约 8 瓦的比率被放大,其中所述第一天线和所述第 二天线可以是分离的天线或者可以组合成单个天线的形式, 其中,所述处理执行一段时间,足以在消耗不多于约 1000 瓦的功率的同时改变所述 井、管道或罐中的物质的至少一种物理属性。
25: 根据权利要求 23 所述的方法,所述方法还包括以下步骤 : 通过至少一个第二天线发射至少约 24GHz 的微波频率的电磁波,所述至少一个第二 天线 : (i) 连接到或布置在所述井的所述井口装置、井套管或井油管内 ; (ii) 布置在包含烃材料的管道内 ;或 (iii) 布置在包含烃材料的罐内, 所述微波频率以消耗能量不多于约 8 瓦的比率被放大,其中所述第一天线和所述第 二天线是分离的天线, 3 其中所述处理执行一段时间,足以在消耗不多于约 1000 瓦的功率的同时改变所述 井、管道或罐中的物质的至少一种物理属性。
26: 根据权利要求 1 所述的方法,其中,所述至少一种物理属性包括至少一部分井地 层的烃与水的有效渗透率比。
27: 根据权利要求 26 所述的方法,其中,所述至少一部分井地层的烃渗透率与水渗透 率的比增加。
28: 根据权利要求 27 所述的方法,其中,所述至少一部分井地层的烃渗透率与水渗透 率的所述比增加 2 倍或更多。
29: 根据权利要求 27 所述的方法,其中,所述至少一部分井地层的烃渗透率与水渗透 率的所述比增加 4 倍或更多。

说明书


油井的无线电和微波处理

     本申请要求 2008 年 5 月 18 日提交的美国申请 No.61/054,157 和 2009 年 2 月 4 日 提交的美国申请 No.12/365,750 的优先权,在此以引用的方式并入其全部内容。技术领域
     本发明涉及通过施加电磁波,尤其是无线电波与微波的组合或无线电波,来改 变烃材料的物理属性的方法。 发明内容
     本发明尤其提供了一种用于通过将烃材料在一段时间内且在足以改变烃材料的 至少一个组成的分子结构或物理属性的条件下暴露于电磁波的组合来改变烃材料的组成 的系统和方法。 当在此使用时,术语物理属性可以包括感应的伦敦 - 范德华 (London-Van DerWal) 力、氢键合、原油中石蜡溶解度、复合流体的减小的粘度以及生产的原油中的油 水比等。 通过使用射频 (RF) 发生器或 RF 功率放大器或者通过与微波发生器和微波放大 器的组合相结合地使用这种 RF 发生器和 RF 功率放大器,可以方便地实现这种暴露。 本 发明在消耗相对低的功率水平的同时能够快速且经济地改善烃 ( 例如气和 / 或油 ) 井的产 量。
     在本发明的实施方式中,提供了一种方法,该方法包括以下步骤 :将物质暴露 于第一装置产生的第一类型的电磁波下。 该第一类型的电磁波的频率处于射频范围中, 且该装置消耗不多于约 1,000 瓦的功率。 所述暴露在一时间段内并且以某一频率发生,足 以可检测地改变所述物质的暴露之前已经存在的至少一种物理属性。
     在本发明的另一实施方式中,提供了一种处理,该处理包括 :通过至少一个第 一天线以一个或更多个射频发射电磁波,该至少一个第一天线 (i) 连接到或布置在烃井的 井口装置、井套管或油管内 ;(ii) 布置在包含烃材料的管道内 ;或 (iii) 布置在包含烃材 料的罐中。 每个射频处于约 1 至约 900MHz 的范围中且被放大到总功率不超过约 1000 瓦,其中该处理执行一段时间,足以在消耗不多于约 1000 瓦的功率的同时调整井、管道 或罐中的物质的至少一种物理属性。
     本发明的一个系统包含 :能够产生具有约 1 至约 900MHz 的频率的射频波的频率 发生器、电耦合到该射频发生器的 RF 功率放大器、产生微波的微波频率发生器和微波放 大器,以及原油流管,其中每个频率发生器布置在至少一部分原油流管附近,例如,油 或气井的井口附近。 在本发明的至少一个实施方式中,系统还包括耦合到至少一个放大 器的低通滤波装置,其中该低通滤波装置滤出射频和 / 或微波频率发生器所产生的、可 能干扰商业传输的频率。 已经发现,本发明具有各种应用,包括但不限于 :使油或气井 的井眼中的石蜡堆积瓦解。 如上所述以及将在下文进一步描述的,本发明的这些和其他 应用可以在较低功率输出条件下实施。
     在本发明的一个特定实施中,射频发生器包括能够产生宽范围的电磁波的 4 个 压 控 振 荡 器 (VCO)。 该 特 定 频 率 发 生 器 产 生 的 无 线 电 波 的 频 谱 例 如 可 以 包 括45-70MHz、60-110MHz、110-140MHz 和 140-200MHz 的范围。 然而,应当意识到, 可以使用能够产生在约 1MHz 至约 900MHz 范围内的频率且能够在与 RF 功率放大器结 合使用时产生如下所述的功率输出的任何商用频率发生器。 在一个实施中,通过反激式 &Kuk 电压控制供电的分离的微波发生器和放大器组合,来产生微波频率,其中 -8V、 3.5V、5V 和 12V 可变源可用于控制微波信号。 然而,应当意识到,可以使用能够产生 在约 20GHz 至约 40GHz 范围内的频率且能够在与微波放大器结合使用时产生如下所述的 功率输出的任意商用微波发生器。 例如,微波频率发生器是从加州 (CA) 的圣何塞 (San Jose) 的 Phase Matrix, Inc 购得的常规类型。 在一个实施中,频率发生器产生的微波频 率包括在约 19 至约 24GHz 的范围以及在约 24 至约 30GHz 的范围,其中这些频率被产生 并放大,输出功率高达约 1W。 在另一实施中,微波放大器的功率输出可以高达约 8W。 甚高频发生器的输出被馈入到 RF 功率放大器。 RF 功率放大器可以是能够产生具有在约 30 至约 1000 瓦范围内的功率输出的任意可商业购得的放大器。 例如,RF 放大器可以是 从华盛顿 (WA) 的 Bothell 商业购得的 AR 调制型 RF 放大器。 AR 调制型 RF 单元仅需要 110VAC 且对于甚高 RF 频率产生约 40 瓦功率的最大值,而微波放大器对于微波频率产生 约 1 瓦的功率。 射频发生器的示例在所附的示意性视图 ( 包括图 2A、2B、2C 和 2D) 中 示出。 在本发明的另一方面中,提供了一种改变井中的井下烃的组成的方法。 该方法 包括 :以频率发生器产生的电磁波可以发射到井中的方式,将如上所述电耦合到其相应 放大器的频率发生器布置在井口附近 ;从射频发生器和 RF 放大器产生第一信号,该第一 信号包括射频电磁波 ;从微波频率发生器和放大器产生第二信号,该第二信号包括微波 频率的电磁波 ;以及将该第一信号和第二信号发射到井中,其中该第一信号和该第二信 号改变井中至少一种烃的组成。
     在本发明的某些方面中,第一信号和第二信号可以组合且同时发射到井中。 第 一信号可以是第二信号的载波,其可以是广播节目信号 (program signal)。 信号可以混 合,或在某些实施中,第一信号可以与第二信号分开发射。
     本 发 明 的 方 法 包 括 产 生 射 频 电 磁 波。 射 频 发 生 器 可 用 于 产 生 在 约 1 至 约 900MHz 的范围中的频率,且优选地,射频电磁波可以处于 45-70MHz、60-110MHz、 110-140MHz 和 140-200MHz 的范围中,而最优选地,射频可以处于在约 40 至约 50MHz 的范围中。 微波频率电磁波可以处于约 19 至约 24GHz 的范围中以及约 24 至约 30GHz 的 范围中。 不受理论的限制,认为,射频范围和微波频率范围可以分别对应于原子核和电 子的量子自旋级。 对于每个自旋态,希望发现井中发现的烃的核质子和电子的能级在所 发射的电磁辐射范围内。
     在本发明的另一方面,一种用于改变井中的井下烃的组成的系统包括 :能够产 生射频和微波频率的至少一个频率发生器,以及原油流管,其中至少一个频率发生器布 置在该原油流管附近。 附近意味着发生器足够接近管,输出对于井眼中的至少一种烃具 有期望的效应。 在大多数情况中,发生器与管的距离将小于 2 米。 本实施方式中的原油 流管是包括井口装置、油管和套管的井。 该系统还包括将频率发生器连接到位于井中的 油管的电缆、及在油管和套管附近的波导,其中波导插入到在油管和套管之间的环形空 间。 电缆例如必须是同轴线缆。 井口装置、油管和套管将用作用于 40 至 100MHz RF 信
     号的发射天线,而波导将是用于 24-30GHz 的微波信号的发射器。 在备选实施方式中, 井口装置、油管和套管还将用作微波信号的发射天线。
     在本发明的又一方面,改变井中的井下烃的组成的方法包括 :在原油流管附近 布置包括 RF 频率发生器和微波频率发生器以及相应的功率放大器的发射单元 ( 电子组件 盒 )。 在该实施方式中,原油流管是包括井口装置、油管和套管的井。 发射单元可以包 括用于频率发生器和相应放大器的壳体。 该方法还包括将电缆附接到井的井口装置或油 管,以及将用于以微波频率产生的电磁波的波导放入环形空间 ( 在油管和套管之间 )。 电 缆例如可以是同轴线缆。 油管和套管将是用于 40 至 100MHz RF 的发射天线,而波导将 是 24-30GHz 微波信号的发射器。 信号分析器或示波器可用于调节无线电和 / 或微波信 号以实现最佳信号。 该方法还包括将无线电信号和微波信号发射到井中,其中无线电信 号和微波信号改变井中至少一种烃的组成。 发射单元可以连续地或间歇地操作。 在本发 明的某些实施方式中,它首先连续操作一个时间段 ( 例如在 100 至 1000 小时的范围中 ), 但是后来被设置为间歇模式 ( 例如,每 1800 至 3600 秒脉动地进行 )。 操作的持续时间可 以比该持续时间更长或更短,且将根据所需的效果和遭遇的问题 ( 例如,井下阻塞物 ) 的 程度改变产量。 本发明的这些和其他实施方式、特征和优点将从包括附图和权利要求书的详细 描述中进一步显现。
     附图说明 图 1 是根据本发明处理之前和之后从稀释在柴油中的 Gulf 蜡样品的 GC 和 MS 分 析获得的数据的图形表示及针对样品中存在的各碳链长度以面积百分比的形式示出了根 据本发明处理后的差异的叠加图。
     图 2A、2B、2C 和 2D 一起是本发明的一个实施方式的频率发生器的电路的示意 图。
     图 3A 和 3B 是在根据本发明的处理之前和之后从稀释在柴油中的甘二烷样品的 GC 和 MS 分析获得的数据的图形表示,针对样品中存在的各碳链长度以面积百分比的形 式示出了根据本发明的处理前后的差异。
     图 4 是在根据本发明的处理之前和之后从 174 号井的气相色谱分析获得的数据 的图形表示,针对产生的较高碳组成的百分比以气相色谱的面积百分比的形式示出了差 异。
     图 5 是用于将无线电和 / 或微波传输发射到烃材料的系统的本发明的一个实施方 式的框图。 该框图包括信号发生单元、放大器、SWR 表、阻抗匹配网络以及偶极天线或 井口装置。
     图 6 是如示例 8 中讨论的有效渗透率结果的总结。
     在几个图中,相同的参考标号用于表示所描述的相同部分或步骤。
     具体实施方式
     不受理论限制,认为本发明利用了原子和分子的自旋属性。 3 至 100MHz 范围内 的电磁辐射会微扰质子或氢的自旋态 (1 = 1/2)(NMR 或核磁共振 ),且 24 至 30GHz 范围的电磁波会微扰电子的自旋 (ESR 或电子自旋共振 )。 如果辐射提供的能量足以改变质 子和电子二者之一或二者的自旋状态,则各个的提升后的自旋状态 (promoted spin state) 将起到适应或阻碍氢键合或裂解的作用。 除了键合,在从基态去住升高能态的过程中形 成的自由基能够从碳链吸收氢且在分子中留下攻击点 (a point of attack)。 如果在相邻碳 上发生攻击,则可以形成双键,但是攻击并不在此阶段停止 :它们继续进行且可以导致 碳 - 碳键裂解。 即使辐射具有极低的能量 ( 例如总共 31 瓦 ) 这仍可以发生,并且由于量 子隧道化而发生裂解和异构化过程。 这则意味着,尽管碳 - 碳键裂解在低功率辐射 (30 至 300 瓦 ) 条件下在能量方面是不利的,但是因为在本发明的条件下波粒相互作用的大量 发生,它仍将出现。
     在本发明的一个实施方式中,提供了一种将物质暴露于电磁波下且可检测地改 变物质的在被暴露之前存在的至少一种物理属性的处理。 要被改变的物质将包括烃材料 且一般包括与油气生产以及它们在井眼、地层、管道、存储罐中等的位置相关联的烃。 该处理包括提供能够产生约 1MHz 至约 900MHz 范围内的射频的射频发生器。 应当意识 到,射频发生器可以是能够产生上述范围频率的任何商业可得的频率发生器。 优选地, 射频发生器可以产生具有约 1MHz 至约 100MHz 的频率的电磁波,更优选地,射频发生器 可以产生具有约 30MHz 至约 50MHz 的频率的电磁波。 更优选地,射频发生器可以产生 具有约 40MHz 至约 50MHz 的频率的电磁波。 最优选地,射频发生器可以产生具有至少 约 46.2MHz 的频率的电磁波。 在一个实施方式中,射频功率放大器电耦合到射频发生器。 射频功率放大器可 以是能够从频率发生器接收具有约 1MHz 至约 900MHz 的范围的频率的信号且还能够产生 约 30W 至约 1000W 的功率输出的任意 RF 功率放大器。 应当意识到,频率发生器和放大 器可以是分离的组件或者可以构建为形成一体单元。 射频发生器和 RF 功率放大器的组 合产生并且放大上述频率范围内所选频率的电磁波。 应当意识到,根据发现烃材料的环 境,例如,井位置、管道设备、炼厂等,频率发生器和放大器可以通过发电机或其他装 置供电。 可以使用其他电子组件,例如 AC/DC 转换器或占空比定时器。 射频发生器和 RF 放大器以及包括如下讨论的微波发生器和放大器的其他电子组件可以容纳在壳体或发 射单元中。
     RF 放大器可以电耦合到驻波比 (SWR :Standing wave ratio) 表,其中在本发明 的至少一个实施方式中, SWR 表电耦合到阻抗匹配网络。 SWR 表可用于测量正向功率 与反射功率的关系。 SWR 表指示射频发生器和放大器之间的阻抗匹配,即,信号发生单 元和负载阻抗之间的阻抗匹配,这将在稍后讨论。 阻抗匹配网络将电耦合到发射装置或 天线。 应当意识到,在某些实施方式中, SWR 表和阻抗匹配网络可以是一体单元。 例 如,一体单元可以是 WA.( 华盛顿 ) 的 Bellevue( 贝尔维尤 ) 的 SGC 制造的 MAC-200。 图 5 示例了本发明的一个实施方式中的配置的框图。
     在一个实施方式中使用的天线可以是油井或气井的井口装置、油管和套管。 在 这种实施方式中,阻抗匹配网络电耦合到井口装置、套管和油管。 同轴线缆的一端耦合 到阻抗匹配网络且同轴线缆的另一端电耦合到井口装置、套管和油管。 尤其是,同轴线 缆的编织的外部导体附接到布置在井附近的大地中用作地的金属块。 同轴线缆的中心线 耦合到井口装置,典型地耦合到井的流管。 这样,整个井口装置、套管和油管是传导性
     的且用作天线。
     在另一实施方式中,天线可以是至少一个偶极天线。 在另一实施方式中,天线 可以是至少一个单极天线。 在一些实施方式中,偶极天线可以是四分之一波长或半波长 偶极天线。 偶极天线可以通过同轴线缆耦合到阻抗匹配网络,并且通过井口装置中的闸 式阀进入井口装置。 在这种实施方式中,偶极天线将布置在井眼的包含套管和油管的环 面内。 偶极天线的长度基于其特征 ( 例如半波长、全波长等 ) 变化。 在一个实施方式 中,偶极天线布置在环面中距离井口装置约 12 英尺 (3.66 米 ) 的深度。 应当意识到,在 某些实施方式中,天线也可以通过油管行进。
     另外,单极或偶极天线可以布置在包含烃材料的管道或罐内。 在一个实施方式 中,偶极天线插入到管道的一端,插入管道端部的内部中心部分约为 8 英尺 (2.44 米 ) 到 12 英尺 (3.66 米 )。 在另一实施方式中,偶极或单极天线被插入到管道的每个端部。 在 又一实施方式中,单极或偶极天线可以插入到包含烃材料的罐中。 在上述实施方式中, 偶极或单极天线可以发射无线电波和 / 或微波。 在一些实施方式中,无线电和微波可以 在一个天线上发射。 在至少一个实施方式中,无线电波将在与发射微波的天线不同的单 独天线上发射。
     可选地,可以提供微波频率发生器,该微波发生器是能够产生具有约 20 至约 40GHz 频率范围的电磁波的任意商业可得的微波发生器。 优选地,微波频率发生器产生 具有约 20GHz 至约 30GHz 的频率范围的电磁波。 更优选地,微波频率发生器产生具有 至少约 24GHz 的频率范围的电磁波。 在一个实施方式中,微波发生器电耦合到微波放大 器,该放大器是能够接收来自微波频率放大器的、具有大约 20GHz 至大约 40GHz 频率范 围的信号且还能够产生高达约 8W 的功率输出的任意商业可得的放大器。 应当意识到, 频率发生器和放大器可以是分离的组件或者可以构建为形成一体单元。 在至少一个实施 方式中,射频发生器和 RF 放大器以及微波频率放大器和放大器可以容纳在一个发射单元 中。 微波可以连同无线电波发射,且可以在无线电波发射的同时、之前或之后发射。
     在一个实施方式中,微波放大器电耦合到天线。 天线可以是偶极天线、单极天 线或者上述井口装置、油管和套管。 微波和无线电波可以从单个天线发射,或者每个放 大器可以电耦合到单独的天线。 使用同轴线缆将微波放大器耦合到天线。 同轴线缆的一 端耦合到微波放大器,而同轴线缆的另一端耦合到偶极天线。 在另一实施方式中,天线 是井口装置、油管和套管。 在这种实施方式中,同轴线缆中的未耦合到微波放大器的一 端耦合到井口装置,其中同轴线缆的中心线附接到井口装置的光杆,且同轴线缆的外护 套附接到埋入到地面因而用作地线的金属块。
     阻抗匹配网络将用于匹配信号发生单元的输出阻抗,其中信号发生单元包括具 有负载阻抗的射频发生器和 RF 放大器,其中负载阻抗可以被限定为天线和将天线耦合到 阻抗匹配网络的同轴线缆的阻抗。 阻抗匹配网络可以手动或自动地调节。 在调节阻抗匹 配网络时,阻抗匹配网络包括能够改变阻抗以使信号发生单元的输出阻抗与负载阻抗相 匹配的各种电感器和各种电容器。 可以通过使用诸如上述的 MAC-200 的装置自动匹配阻 抗。 应当意识到,发射射频发生器和微波频率发生器所产生的电磁波的上述系统消耗不 多于约 1,000 瓦的功率。
     示例 1上述内容通过使用组合有质谱分析的气相色谱分析仪以检查在辐射前后用二甲 苯 (27%的重量 ) 稀释的 Gulf 蜡 ( 食品级 ) 样品得到了确认。 通过将待处理样品暴露于 射频 (76MHz) 电磁波和微波 (29GHz) 下 2.5 小时的时间段进行处理。 从量筒的非常底部 取 25ml 测定用量的处理过的和未处理的样品,且将它们放置在两个称重盘中。 然后将样 品置入室温 (25℃ ) 真空炉中,且拨出 22 英寸的真空装置对着样品,直到样品不再包含溶 剂。 在样品失去它们所有的溶剂之后,对称重盘进行称重以比较每一盘中的材料量。 发 现处理后的样品比未处理的样品包含的重量少 20%,验证了 RF/ 微波处理在溶液中保持 的蜡比在未处理样品中的更多。
     示例 2
     进一步分析在 RF/ 微波处理之前和之后类似地稀释在柴油中的 Gulf 蜡 ( 食品 级 )。 结果总结于下面的表 1 中。
     表1
     气相色谱和质谱分析表明, RF/ 微波处理后的样品给出了更大百分比的低碳数 目的物质,碳链长度 18 至 30 的蜡明显减小,且一些 30+ 碳链增加,所有这些与烃裂化的 其他方法中观察到的碳碳键分解相当一致。 图 1 图示地说明了获得的数据。
     示例 3
     重复示例 2 的过程,只不过奥尔德利希 (Aldrich) 试剂级的 99%纯度的甘二烷代 替示例 2 的 Gulf 蜡。 所得的气相色谱 / 质谱分析绘制在图 3A 和 3B 中。 明显,结果并 未示出碳碳裂解的清晰的切断指示。 看上去很像两个电磁波频率相互作为,同时形成了 氢键,以防止蜡晶体聚集而形成蜡沉积。
     示例 4
     如上所述的至少一种方法应用于位于西部德州的十七个油井,其中 40 瓦的无线 电 (40.68MHz) 和 1 瓦的微波 (24.4GHz) 的信号通过发射单元发射到井眼中。 观察到 : 当暴露于无线电和微波信号时,所有十七口井都具有正面效果 ( 例如,产油量增加、总 流体增加、固态石蜡去除、流管压力下降以及产气量增加 )。 已经证明 :组合频率效应 影响分子间的聚集,且提供的证据已经确认这些频率在去除近井眼损害时是有效的。 该 实验的结果总结于表 2。
     表2
     示例 5
     在延长的时间段内对位于西部德州的 5 口油井进行上述处理后,由油井公司人 员对井进行测试,该时间段持续至少 2 个星期,且总结在下表 3 中。 40 瓦的无线电波 (40.68MHz) 和 1 瓦的微波 (24.4GHz) 的信号通过发射单元以不大于 2 小时的间隔发射到 井眼中。 所有 5 口井都观察到 :当暴露于无线电和微波信号时具有正面效果 ( 例如,产 油量增加、总流体增加、固态石蜡的去除、流管压力下降以及产气量增加 )。已经证明 : 组合频率效应影响分子间的聚集,且提供的证据已确认这些频率在去除近井眼损害时是 有效的。 该实验的结果总结于表 3 中。
     表3
     示例 6
     最初,使用石蜡将井塞住且运营公司不能向井中泵送任何溶剂。 使用分别为 40MHz 和 24GHz 的无线电信号和微波信号处理井。 在 1 小时之后,油管压力上升到 1,000psi(68.95bar)。 试图使得井流通,但是差压太大。 在打开流管之后,压力下降回到 0psi(0bar) 且花费另外的 20 分钟增加到 1,000psi(68.95bar)。 流管再次打开且压力再次下 降到 0psi(0bar)。 油管压力增加到 1,500psi(103.42bar)。 后续的操作员观察到蜡堵塞物 下移到 750 英尺 (228.60 米 )。 看上去,石蜡暴露于无线电波和微波下导致井中石蜡堵塞 物的减少。
     示例 7
     使用相同的 RF 和微波频率设置来处理三口井,只不过 VHF RF 发射器的功率是 50 瓦且发射器连接到两个天线,且这些天线插入到在放置天线之前压力已经泄放的低压 井的内层环形空间中 12 英尺 (3.66 米 )。 该单元被供电且保持接通 2 个小时。 两天以 后,对每口井进行井测试,且其中的两口井,产量增加了每天增加 5 桶 (bbl) 油,且在第 三口井产量的增加是产油量增加 3 桶 (bbl)。
     示例 8
     在本研究中使用来自天然油湿砂岩的地层材料。 使用异构烷烃 -L(Isopar-L) 作 为钻头冷却剂和润滑剂,来钻取圆柱形测试样品。 样品在使用之前修整成直圆柱体。 矿 物学信息已预先确定且在下面列出 :
     X- 射线衍射总结 (wt.% )
     矿物相12(wt.% )CN 102027196 A CN 102027211 A说石英 斜长石 钾长石 白云石 高岭石 云母和 / 或伊利石明62 8 10 1 4 2 12书9/10 页伊利石 90/ 蒙脱石 10 的混合层
     流动测试条件 : 温度 :150° F(65.56℃ )净侧限应力 :1500psi(103.42bar)
     背压= 200psi(13.79bar)
     流体 :
     浓盐水 :使用去离子水和试剂级盐制备重量占 2%的氯化钾 (2% KCl) 溶液。 在 使用之前过滤并排气。
     原油 :已知包含沥青质的重质原油。 测试温度下的黏度= 16.2 厘泊 (cp)。
     矿物油 :Isopar-L,实验室级矿物油。 使用之前过滤并排气。 测试温度下的黏 度= 0.96cp。
     流动测试过程 :
     在残留油饱和度下对水的有效渗透率, KwSor( 自然状态条件 )
     在侧限应力下将样品装载到 HASSLER 负载岩心夹持器。 2%的 KCL 浓盐水以 恒定流速在 200psi(13.79bar) 的背压下注入。 监测压差且计算在残留油饱和度下对水的有 效渗透率 (KwSor)。 KwSor = 3.04mD( 毫达西 )。
     在最低残留水饱和度下对油的有效渗透率, KoSwi
     在浓盐水注入之后,在 200psi(13.79bar) 的背压下注入重质原油,以建立最低残 留水饱和度,并且在粒面潜在地放置沥青质。 监测压差和流速,并且计算在最低残留水 饱和度下对油的有效渗透率 (KoSwi)。 原油 KoSwi = 0.890mD。
     在 200psi(13.79bar) 的背压注入 Isopar-L,以从孔隙去除原油。 监测压差和流 速,以允许计算在 RF 处理之前的 KoSwi。 KoSwi = 0.937mD。
     RF 处理
     传送仍装载有测试样品的岩心夹持器装置,以用于 RF 处理并且返回。 RF 处理 如下实施 :岩心样品被放置在 Hassler 型岩心夹持器的两个端板的进给管线之间的橡胶囊 状物内。 RF 传输线的地 ( 同轴线缆的外护套 ) 布置在一个端部进给管线上且同轴线缆的 中心附接到另一进给管线。 微波传输线绕橡胶囊状物 ( 对于 RF 和微波有渗透性 ) 缠绕。50 瓦、40MHz 的 RF 和 1 瓦、24GHz 的微波施加大约 7.5 分钟。 然后电源关闭,准备分 析样品。
     在最低残留水饱和度下对油的有效渗透率,处理后的 KoSwi
     在 RF 处理之后,在 200psi(13.79bar) 的背压下注入 Isopar-L。监测压差和流速, 以允许计算 RF 处理后的 KoSwi。 处理后的 KoSwi = 1.80mD,表示产油率明显改善。
     在残留油饱和度下对水的有效渗透率,处理后的的 KwSor
     以恒定流速在 200psi(13.79bar) 的背压下注入 2%的 KCL 浓盐水,以确立残留油 饱和度。 监测压差且计算出处理后的 KwSor 为 1.25mD,产水率减少了超过 50%。 在 图 6 的图表中例示了有效渗透率结果的总结。 从图 6 中标出的数字可以看出,烃有效渗 透率 ( 例如原油 ) 与水有效渗透率的比 ( 油与水的流度比 ) 从处理前的 0.3 增加到处理后 的 1.44。 这表明在经处理的地层样品中烃样品的渗透率明显增加同时水的渗透率明显下 降。
     尽管在油气井处理的井下应用的上下文中描述了本发明,但是至少本领域普通 技术人员应当意识到,可以期望将具有本公开的益处的本发明应用于希望在低功耗条件 下改变物质的一个或更多个物理属性的许多其他领域。 因此,本发明不应解读为限制于 此处详细描述的特定应用。

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1、10申请公布号CN102027196A43申请公布日20110420CN102027196ACN102027196A21申请号200980117730722申请日2009051861/054,15720080518US12/365,75020090204USE21B43/2420060171申请人贝克休斯公司地址美国德克萨斯州72发明人哈罗德L贝克74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人李辉王伶54发明名称油井的无线电和微波处理57摘要一种方法包括将物质暴露于第一装置产生的第一类型的电磁波下。该第一类型的电磁波的频率处于射频范围中,且该装置消耗不多于约1,000瓦的功率。所。

2、述暴露在一个时间段内且以某一频率进行,足以可检测地改变物质的暴露之前已经存在的至少一种物理属性。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010111686PCT申请的申请数据PCT/US2009/0443532009051887PCT申请的公布数据WO2009/143061EN2009112651INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图10页CN102027211A1/3页21一种方法,该方法包括以下步骤将物质暴露于第一装置产生的第一类型的电磁波下,该第一类型的电磁波的频率处于射频范围中,并且所述装置消耗不多于约1,000瓦的功率,所述暴露在。

3、一时间段内并且以某一频率发生,足以可检测地改变所述物质在所述暴露之前已经存在的至少一种物理属性。2根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约1至约900MHZ的范围中。3根据权利要求2所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约1至约100MHZ的范围中。4根据权利要求3所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约30至约50MHZ的范围中。5根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括以下步骤从第一天线向所述物质发射所述第一类型的电磁波。6根据权利要求5所述的方法,其中,所述第一天线是井口装置、套管和油管。7根据权利要求5所述的方法,其中,所述第一天线是偶极天线。

4、或单极天线,所述第一天线被布置在I井眼的包括套管和油管的环面内;II包含烃材料的管道内;或III包含烃材料的罐内。8根据权利要求6或7所述的方法,所述方法还包括以下步骤调节所述第一天线的负载阻抗,以与所述第一装置的输出阻抗相匹配。9根据权利要求4或5所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约40至约50MHZ的范围中。10根据权利要求1所述的方法,其中,将所述物质暴露于所述第一类型的电磁波的步骤是至少在将所述物质暴露于第二装置产生的第二类型的电磁波的同时实施的,所述第二装置与所述第一装置一起消耗不多于约1,000瓦的功率,其中所述第二类型的电磁波的频率处于微波频率范围中。11根据权利要。

5、求10所述的方法,其中,所述第二类型的电磁波的频率处于约20至约40GHZ的范围中。12根据权利要求11所述的方法,其中,所述第二类型的电磁波的频率处于约20至约30GHZ的范围中。13根据权利要求12所述的方法,其中,所述第一类型的电磁波的频率处于约40至约50MHZ的范围中。14根据权利要求10或13所述的方法,所述方法还包括以下步骤从第一天线向所述物质发射所述第一类型的电磁波。15根据权利要求10或13所述的方法,所述方法还包括以下步骤从第二天线向所述物质发射所述第二类型的电磁波。16根据权利要求15所述的方法,其中,所述第二天线是井口装置、套管和油管。17根据权利要求15所述的方法,其。

6、中,所述第二天线是偶极天线或单极天线,所述第二天线被布置在权利要求书CN102027196ACN102027211A2/3页3I井眼的包括套管和油管的环面内;II包含烃材料的管道内;或III包含烃材料的罐内。18根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括以下步骤调节所述第一天线的负载阻抗,以与所述第一装置的输出阻抗相匹配。19根据权利要求10或13所述的方法,所述方法还包括以下步骤从单个天线,向所述物质发射所述第一类型的电磁波且向所述物质发射所述第二类型的电磁波。20一种方法,所述方法包括以下步骤通过至少一个第一天线,发射一个或更多个射频的电磁波,所述至少一个第一天线I连接到或布置在烃井的井口。

7、装置、井套管或井油管内;II布置在包含烃材料的管道内;或III布置在包含烃材料的罐内,所述射频每个处于约1至约900MHZ的范围中且被放大到总功率不大于约1000瓦,其中所述处理执行一段时间,足以在消耗不多于约1000瓦的功率的同时改变所述井、流管或罐中的物质的至少一种物理属性。21根据权利要求20所述的方法,其中,所述射频处于约40至约50MHZ的范围中。22根据权利要求21所述的方法,所述方法还包括以下步骤从信号发生单元产生所述电磁波。23根据权利要求22所述的方法,所述方法还包括以下步骤调节所述第一天线的负载阻抗,以与所述信号发生单元的输出阻抗相匹配。24根据权利要求20所述的方法,所述。

8、方法还包括以下步骤通过至少一个第二天线发射至少约24GHZ的微波频率的电磁波,所述至少一个第二天线I连接到或布置在所述井的所述井口装置、井套管或井油管内;II布置在包含烃材料的管道内;或III布置在包含烃材料的罐内,所述微波频率以消耗能量不多于约8瓦的比率被放大,其中所述第一天线和所述第二天线可以是分离的天线或者可以组合成单个天线的形式,其中,所述处理执行一段时间,足以在消耗不多于约1000瓦的功率的同时改变所述井、管道或罐中的物质的至少一种物理属性。25根据权利要求23所述的方法,所述方法还包括以下步骤通过至少一个第二天线发射至少约24GHZ的微波频率的电磁波,所述至少一个第二天线I连接到或。

9、布置在所述井的所述井口装置、井套管或井油管内;II布置在包含烃材料的管道内;或III布置在包含烃材料的罐内,所述微波频率以消耗能量不多于约8瓦的比率被放大,其中所述第一天线和所述第二天线是分离的天线,权利要求书CN102027196ACN102027211A3/3页4其中所述处理执行一段时间,足以在消耗不多于约1000瓦的功率的同时改变所述井、管道或罐中的物质的至少一种物理属性。26根据权利要求1所述的方法,其中,所述至少一种物理属性包括至少一部分井地层的烃与水的有效渗透率比。27根据权利要求26所述的方法,其中,所述至少一部分井地层的烃渗透率与水渗透率的比增加。28根据权利要求27所述的方法。

10、,其中,所述至少一部分井地层的烃渗透率与水渗透率的所述比增加2倍或更多。29根据权利要求27所述的方法,其中,所述至少一部分井地层的烃渗透率与水渗透率的所述比增加4倍或更多。权利要求书CN102027196ACN102027211A1/10页5油井的无线电和微波处理0001本申请要求2008年5月18日提交的美国申请NO61/054,157和2009年2月4日提交的美国申请NO12/365,750的优先权,在此以引用的方式并入其全部内容。技术领域0002本发明涉及通过施加电磁波,尤其是无线电波与微波的组合或无线电波,来改变烃材料的物理属性的方法。发明内容0003本发明尤其提供了一种用于通过将烃。

11、材料在一段时间内且在足以改变烃材料的至少一个组成的分子结构或物理属性的条件下暴露于电磁波的组合来改变烃材料的组成的系统和方法。当在此使用时,术语物理属性可以包括感应的伦敦范德华LONDONVANDERWAL力、氢键合、原油中石蜡溶解度、复合流体的减小的粘度以及生产的原油中的油水比等。通过使用射频RF发生器或RF功率放大器或者通过与微波发生器和微波放大器的组合相结合地使用这种RF发生器和RF功率放大器,可以方便地实现这种暴露。本发明在消耗相对低的功率水平的同时能够快速且经济地改善烃例如气和/或油井的产量。0004在本发明的实施方式中,提供了一种方法,该方法包括以下步骤将物质暴露于第一装置产生的第。

12、一类型的电磁波下。该第一类型的电磁波的频率处于射频范围中,且该装置消耗不多于约1,000瓦的功率。所述暴露在一时间段内并且以某一频率发生,足以可检测地改变所述物质的暴露之前已经存在的至少一种物理属性。0005在本发明的另一实施方式中,提供了一种处理,该处理包括通过至少一个第一天线以一个或更多个射频发射电磁波,该至少一个第一天线I连接到或布置在烃井的井口装置、井套管或油管内;II布置在包含烃材料的管道内;或III布置在包含烃材料的罐中。每个射频处于约1至约900MHZ的范围中且被放大到总功率不超过约1000瓦,其中该处理执行一段时间,足以在消耗不多于约1000瓦的功率的同时调整井、管道或罐中的物。

13、质的至少一种物理属性。0006本发明的一个系统包含能够产生具有约1至约900MHZ的频率的射频波的频率发生器、电耦合到该射频发生器的RF功率放大器、产生微波的微波频率发生器和微波放大器,以及原油流管,其中每个频率发生器布置在至少一部分原油流管附近,例如,油或气井的井口附近。在本发明的至少一个实施方式中,系统还包括耦合到至少一个放大器的低通滤波装置,其中该低通滤波装置滤出射频和/或微波频率发生器所产生的、可能干扰商业传输的频率。已经发现,本发明具有各种应用,包括但不限于使油或气井的井眼中的石蜡堆积瓦解。如上所述以及将在下文进一步描述的,本发明的这些和其他应用可以在较低功率输出条件下实施。0007。

14、在本发明的一个特定实施中,射频发生器包括能够产生宽范围的电磁波的4个压控振荡器VCO。该特定频率发生器产生的无线电波的频谱例如可以包括说明书CN102027196ACN102027211A2/10页64570MHZ、60110MHZ、110140MHZ和140200MHZ的范围。然而,应当意识到,可以使用能够产生在约1MHZ至约900MHZ范围内的频率且能够在与RF功率放大器结合使用时产生如下所述的功率输出的任何商用频率发生器。在一个实施中,通过反激式KUK电压控制供电的分离的微波发生器和放大器组合,来产生微波频率,其中8V、35V、5V和12V可变源可用于控制微波信号。然而,应当意识到,可以。

15、使用能够产生在约20GHZ至约40GHZ范围内的频率且能够在与微波放大器结合使用时产生如下所述的功率输出的任意商用微波发生器。例如,微波频率发生器是从加州CA的圣何塞SANJOSE的PHASEMATRIX,INC购得的常规类型。在一个实施中,频率发生器产生的微波频率包括在约19至约24GHZ的范围以及在约24至约30GHZ的范围,其中这些频率被产生并放大,输出功率高达约1W。在另一实施中,微波放大器的功率输出可以高达约8W。甚高频发生器的输出被馈入到RF功率放大器。RF功率放大器可以是能够产生具有在约30至约1000瓦范围内的功率输出的任意可商业购得的放大器。例如,RF放大器可以是从华盛顿WA。

16、的BOTHELL商业购得的AR调制型RF放大器。AR调制型RF单元仅需要110VAC且对于甚高RF频率产生约40瓦功率的最大值,而微波放大器对于微波频率产生约1瓦的功率。射频发生器的示例在所附的示意性视图包括图2A、2B、2C和2D中示出。0008在本发明的另一方面中,提供了一种改变井中的井下烃的组成的方法。该方法包括以频率发生器产生的电磁波可以发射到井中的方式,将如上所述电耦合到其相应放大器的频率发生器布置在井口附近;从射频发生器和RF放大器产生第一信号,该第一信号包括射频电磁波;从微波频率发生器和放大器产生第二信号,该第二信号包括微波频率的电磁波;以及将该第一信号和第二信号发射到井中,其中。

17、该第一信号和该第二信号改变井中至少一种烃的组成。0009在本发明的某些方面中,第一信号和第二信号可以组合且同时发射到井中。第一信号可以是第二信号的载波,其可以是广播节目信号PROGRAMSIGNAL。信号可以混合,或在某些实施中,第一信号可以与第二信号分开发射。0010本发明的方法包括产生射频电磁波。射频发生器可用于产生在约1至约900MHZ的范围中的频率,且优选地,射频电磁波可以处于4570MHZ、60110MHZ、110140MHZ和140200MHZ的范围中,而最优选地,射频可以处于在约40至约50MHZ的范围中。微波频率电磁波可以处于约19至约24GHZ的范围中以及约24至约30GHZ。

18、的范围中。不受理论的限制,认为,射频范围和微波频率范围可以分别对应于原子核和电子的量子自旋级。对于每个自旋态,希望发现井中发现的烃的核质子和电子的能级在所发射的电磁辐射范围内。0011在本发明的另一方面,一种用于改变井中的井下烃的组成的系统包括能够产生射频和微波频率的至少一个频率发生器,以及原油流管,其中至少一个频率发生器布置在该原油流管附近。附近意味着发生器足够接近管,输出对于井眼中的至少一种烃具有期望的效应。在大多数情况中,发生器与管的距离将小于2米。本实施方式中的原油流管是包括井口装置、油管和套管的井。该系统还包括将频率发生器连接到位于井中的油管的电缆、及在油管和套管附近的波导,其中波导。

19、插入到在油管和套管之间的环形空间。电缆例如必须是同轴线缆。井口装置、油管和套管将用作用于40至100MHZRF信说明书CN102027196ACN102027211A3/10页7号的发射天线,而波导将是用于2430GHZ的微波信号的发射器。在备选实施方式中,井口装置、油管和套管还将用作微波信号的发射天线。0012在本发明的又一方面,改变井中的井下烃的组成的方法包括在原油流管附近布置包括RF频率发生器和微波频率发生器以及相应的功率放大器的发射单元电子组件盒。在该实施方式中,原油流管是包括井口装置、油管和套管的井。发射单元可以包括用于频率发生器和相应放大器的壳体。该方法还包括将电缆附接到井的井口装。

20、置或油管,以及将用于以微波频率产生的电磁波的波导放入环形空间在油管和套管之间。电缆例如可以是同轴线缆。油管和套管将是用于40至100MHZRF的发射天线,而波导将是2430GHZ微波信号的发射器。信号分析器或示波器可用于调节无线电和/或微波信号以实现最佳信号。该方法还包括将无线电信号和微波信号发射到井中,其中无线电信号和微波信号改变井中至少一种烃的组成。发射单元可以连续地或间歇地操作。在本发明的某些实施方式中,它首先连续操作一个时间段例如在100至1000小时的范围中,但是后来被设置为间歇模式例如,每1800至3600秒脉动地进行。操作的持续时间可以比该持续时间更长或更短,且将根据所需的效果和。

21、遭遇的问题例如,井下阻塞物的程度改变产量。0013本发明的这些和其他实施方式、特征和优点将从包括附图和权利要求书的详细描述中进一步显现。附图说明0014图1是根据本发明处理之前和之后从稀释在柴油中的GULF蜡样品的GC和MS分析获得的数据的图形表示及针对样品中存在的各碳链长度以面积百分比的形式示出了根据本发明处理后的差异的叠加图。0015图2A、2B、2C和2D一起是本发明的一个实施方式的频率发生器的电路的示意图。0016图3A和3B是在根据本发明的处理之前和之后从稀释在柴油中的甘二烷样品的GC和MS分析获得的数据的图形表示,针对样品中存在的各碳链长度以面积百分比的形式示出了根据本发明的处理前。

22、后的差异。0017图4是在根据本发明的处理之前和之后从174号井的气相色谱分析获得的数据的图形表示,针对产生的较高碳组成的百分比以气相色谱的面积百分比的形式示出了差异。0018图5是用于将无线电和/或微波传输发射到烃材料的系统的本发明的一个实施方式的框图。该框图包括信号发生单元、放大器、SWR表、阻抗匹配网络以及偶极天线或井口装置。0019图6是如示例8中讨论的有效渗透率结果的总结。0020在几个图中,相同的参考标号用于表示所描述的相同部分或步骤。具体实施方式0021不受理论限制,认为本发明利用了原子和分子的自旋属性。3至100MHZ范围内的电磁辐射会微扰质子或氢的自旋态11/2NMR或核磁共。

23、振,且24至30GHZ范说明书CN102027196ACN102027211A4/10页8围的电磁波会微扰电子的自旋ESR或电子自旋共振。如果辐射提供的能量足以改变质子和电子二者之一或二者的自旋状态,则各个的提升后的自旋状态PROMOTEDSPINSTATE将起到适应或阻碍氢键合或裂解的作用。除了键合,在从基态去住升高能态的过程中形成的自由基能够从碳链吸收氢且在分子中留下攻击点APOINTOFATTACK。如果在相邻碳上发生攻击,则可以形成双键,但是攻击并不在此阶段停止它们继续进行且可以导致碳碳键裂解。即使辐射具有极低的能量例如总共31瓦这仍可以发生,并且由于量子隧道化而发生裂解和异构化过程。。

24、这则意味着,尽管碳碳键裂解在低功率辐射30至300瓦条件下在能量方面是不利的,但是因为在本发明的条件下波粒相互作用的大量发生,它仍将出现。0022在本发明的一个实施方式中,提供了一种将物质暴露于电磁波下且可检测地改变物质的在被暴露之前存在的至少一种物理属性的处理。要被改变的物质将包括烃材料且一般包括与油气生产以及它们在井眼、地层、管道、存储罐中等的位置相关联的烃。该处理包括提供能够产生约1MHZ至约900MHZ范围内的射频的射频发生器。应当意识到,射频发生器可以是能够产生上述范围频率的任何商业可得的频率发生器。优选地,射频发生器可以产生具有约1MHZ至约100MHZ的频率的电磁波,更优选地,射。

25、频发生器可以产生具有约30MHZ至约50MHZ的频率的电磁波。更优选地,射频发生器可以产生具有约40MHZ至约50MHZ的频率的电磁波。最优选地,射频发生器可以产生具有至少约462MHZ的频率的电磁波。0023在一个实施方式中,射频功率放大器电耦合到射频发生器。射频功率放大器可以是能够从频率发生器接收具有约1MHZ至约900MHZ的范围的频率的信号且还能够产生约30W至约1000W的功率输出的任意RF功率放大器。应当意识到,频率发生器和放大器可以是分离的组件或者可以构建为形成一体单元。射频发生器和RF功率放大器的组合产生并且放大上述频率范围内所选频率的电磁波。应当意识到,根据发现烃材料的环境,。

26、例如,井位置、管道设备、炼厂等,频率发生器和放大器可以通过发电机或其他装置供电。可以使用其他电子组件,例如AC/DC转换器或占空比定时器。射频发生器和RF放大器以及包括如下讨论的微波发生器和放大器的其他电子组件可以容纳在壳体或发射单元中。0024RF放大器可以电耦合到驻波比SWRSTANDINGWAVERATIO表,其中在本发明的至少一个实施方式中,SWR表电耦合到阻抗匹配网络。SWR表可用于测量正向功率与反射功率的关系。SWR表指示射频发生器和放大器之间的阻抗匹配,即,信号发生单元和负载阻抗之间的阻抗匹配,这将在稍后讨论。阻抗匹配网络将电耦合到发射装置或天线。应当意识到,在某些实施方式中,S。

27、WR表和阻抗匹配网络可以是一体单元。例如,一体单元可以是WA华盛顿的BELLEVUE贝尔维尤的SGC制造的MAC200。图5示例了本发明的一个实施方式中的配置的框图。0025在一个实施方式中使用的天线可以是油井或气井的井口装置、油管和套管。在这种实施方式中,阻抗匹配网络电耦合到井口装置、套管和油管。同轴线缆的一端耦合到阻抗匹配网络且同轴线缆的另一端电耦合到井口装置、套管和油管。尤其是,同轴线缆的编织的外部导体附接到布置在井附近的大地中用作地的金属块。同轴线缆的中心线耦合到井口装置,典型地耦合到井的流管。这样,整个井口装置、套管和油管是传导性说明书CN102027196ACN102027211A。

28、5/10页9的且用作天线。0026在另一实施方式中,天线可以是至少一个偶极天线。在另一实施方式中,天线可以是至少一个单极天线。在一些实施方式中,偶极天线可以是四分之一波长或半波长偶极天线。偶极天线可以通过同轴线缆耦合到阻抗匹配网络,并且通过井口装置中的闸式阀进入井口装置。在这种实施方式中,偶极天线将布置在井眼的包含套管和油管的环面内。偶极天线的长度基于其特征例如半波长、全波长等变化。在一个实施方式中,偶极天线布置在环面中距离井口装置约12英尺366米的深度。应当意识到,在某些实施方式中,天线也可以通过油管行进。0027另外,单极或偶极天线可以布置在包含烃材料的管道或罐内。在一个实施方式中,偶极。

29、天线插入到管道的一端,插入管道端部的内部中心部分约为8英尺244米到12英尺366米。在另一实施方式中,偶极或单极天线被插入到管道的每个端部。在又一实施方式中,单极或偶极天线可以插入到包含烃材料的罐中。在上述实施方式中,偶极或单极天线可以发射无线电波和/或微波。在一些实施方式中,无线电和微波可以在一个天线上发射。在至少一个实施方式中,无线电波将在与发射微波的天线不同的单独天线上发射。0028可选地,可以提供微波频率发生器,该微波发生器是能够产生具有约20至约40GHZ频率范围的电磁波的任意商业可得的微波发生器。优选地,微波频率发生器产生具有约20GHZ至约30GHZ的频率范围的电磁波。更优选地。

30、,微波频率发生器产生具有至少约24GHZ的频率范围的电磁波。在一个实施方式中,微波发生器电耦合到微波放大器,该放大器是能够接收来自微波频率放大器的、具有大约20GHZ至大约40GHZ频率范围的信号且还能够产生高达约8W的功率输出的任意商业可得的放大器。应当意识到,频率发生器和放大器可以是分离的组件或者可以构建为形成一体单元。在至少一个实施方式中,射频发生器和RF放大器以及微波频率放大器和放大器可以容纳在一个发射单元中。微波可以连同无线电波发射,且可以在无线电波发射的同时、之前或之后发射。0029在一个实施方式中,微波放大器电耦合到天线。天线可以是偶极天线、单极天线或者上述井口装置、油管和套管。。

31、微波和无线电波可以从单个天线发射,或者每个放大器可以电耦合到单独的天线。使用同轴线缆将微波放大器耦合到天线。同轴线缆的一端耦合到微波放大器,而同轴线缆的另一端耦合到偶极天线。在另一实施方式中,天线是井口装置、油管和套管。在这种实施方式中,同轴线缆中的未耦合到微波放大器的一端耦合到井口装置,其中同轴线缆的中心线附接到井口装置的光杆,且同轴线缆的外护套附接到埋入到地面因而用作地线的金属块。0030阻抗匹配网络将用于匹配信号发生单元的输出阻抗,其中信号发生单元包括具有负载阻抗的射频发生器和RF放大器,其中负载阻抗可以被限定为天线和将天线耦合到阻抗匹配网络的同轴线缆的阻抗。阻抗匹配网络可以手动或自动地。

32、调节。在调节阻抗匹配网络时,阻抗匹配网络包括能够改变阻抗以使信号发生单元的输出阻抗与负载阻抗相匹配的各种电感器和各种电容器。可以通过使用诸如上述的MAC200的装置自动匹配阻抗。应当意识到,发射射频发生器和微波频率发生器所产生的电磁波的上述系统消耗不多于约1,000瓦的功率。0031示例1说明书CN102027196ACN102027211A6/10页100032上述内容通过使用组合有质谱分析的气相色谱分析仪以检查在辐射前后用二甲苯27的重量稀释的GULF蜡食品级样品得到了确认。通过将待处理样品暴露于射频76MHZ电磁波和微波29GHZ下25小时的时间段进行处理。从量筒的非常底部取25ML测定。

33、用量的处理过的和未处理的样品,且将它们放置在两个称重盘中。然后将样品置入室温25真空炉中,且拨出22英寸的真空装置对着样品,直到样品不再包含溶剂。在样品失去它们所有的溶剂之后,对称重盘进行称重以比较每一盘中的材料量。发现处理后的样品比未处理的样品包含的重量少20,验证了RF/微波处理在溶液中保持的蜡比在未处理样品中的更多。0033示例20034进一步分析在RF/微波处理之前和之后类似地稀释在柴油中的GULF蜡食品级。结果总结于下面的表1中。0035表100360037气相色谱和质谱分析表明,RF/微波处理后的样品给出了更大百分比的低碳数目的物质,碳链长度18至30的蜡明显减小,且一些30碳链增。

34、加,所有这些与烃裂化的其他方法中观察到的碳碳键分解相当一致。图1图示地说明了获得的数据。0038示例30039重复示例2的过程,只不过奥尔德利希ALDRICH试剂级的99纯度的甘二烷代替示例2的GULF蜡。所得的气相色谱/质谱分析绘制在图3A和3B中。明显,结果并未示出碳碳裂解的清晰的切断指示。看上去很像两个电磁波频率相互作为,同时形成了氢键,以防止蜡晶体聚集而形成蜡沉积。0040示例40041如上所述的至少一种方法应用于位于西部德州的十七个油井,其中40瓦的无线电4068MHZ和1瓦的微波244GHZ的信号通过发射单元发射到井眼中。观察到当暴露于无线电和微波信号时,所有十七口井都具有正面效果。

35、例如,产油量增加、总流体增加、固态石蜡去除、流管压力下降以及产气量增加。已经证明组合频率效应影响分子间的聚集,且提供的证据已经确认这些频率在去除近井眼损害时是有效的。该实验的结果总结于表2。0042表20043说明书CN102027196ACN102027211A7/10页110044示例50045在延长的时间段内对位于西部德州的5口油井进行上述处理后,由油井公司人员对井进行测试,该时间段持续至少2个星期,且总结在下表3中。40瓦的无线电波4068MHZ和1瓦的微波244GHZ的信号通过发射单元以不大于2小时的间隔发射到井眼中。所有5口井都观察到当暴露于无线电和微波信号时具有正面效果例如,产油。

36、量增加、总流体增加、固态石蜡的去除、流管压力下降以及产气量增加。已经证明组合频率效应影响分子间的聚集,且提供的证据已确认这些频率在去除近井眼损害时是有效的。该实验的结果总结于表3中。0046表30047说明书CN102027196ACN102027211A8/10页120048示例60049最初,使用石蜡将井塞住且运营公司不能向井中泵送任何溶剂。使用分别为40MHZ和24GHZ的无线电信号和微波信号处理井。在1小时之后,油管压力上升到1,000PSI6895BAR。试图使得井流通,但是差压太大。在打开流管之后,压力下降回到0PSI0BAR且花费另外的20分钟增加到1,000PSI6895BAR。

37、。流管再次打开且压力再次下降到0PSI0BAR。油管压力增加到1,500PSI10342BAR。后续的操作员观察到蜡堵塞物下移到750英尺22860米。看上去,石蜡暴露于无线电波和微波下导致井中石蜡堵塞物的减少。0050示例70051使用相同的RF和微波频率设置来处理三口井,只不过VHFRF发射器的功率是50瓦且发射器连接到两个天线,且这些天线插入到在放置天线之前压力已经泄放的低压井的内层环形空间中12英尺366米。该单元被供电且保持接通2个小时。两天以后,对每口井进行井测试,且其中的两口井,产量增加了每天增加5桶BBL油,且在第三口井产量的增加是产油量增加3桶BBL。0052示例80053在。

38、本研究中使用来自天然油湿砂岩的地层材料。使用异构烷烃LISOPARL作为钻头冷却剂和润滑剂,来钻取圆柱形测试样品。样品在使用之前修整成直圆柱体。矿物学信息已预先确定且在下面列出0054X射线衍射总结WT0055矿物相WT说明书CN102027196ACN102027211A9/10页13石英62斜长石8钾长石10白云石1高岭石4云母和/或伊利石2伊利石90/蒙脱石10的混合层120056流动测试条件0057温度150F65560058净侧限应力1500PSI10342BAR0059背压200PSI1379BAR0060流体0061浓盐水使用去离子水和试剂级盐制备重量占2的氯化钾2KCL溶液。在。

39、使用之前过滤并排气。0062原油已知包含沥青质的重质原油。测试温度下的黏度162厘泊CP。0063矿物油ISOPARL,实验室级矿物油。使用之前过滤并排气。测试温度下的黏度096CP。0064流动测试过程0065在残留油饱和度下对水的有效渗透率,KWSOR自然状态条件0066在侧限应力下将样品装载到HASSLER负载岩心夹持器。2的KCL浓盐水以恒定流速在200PSI1379BAR的背压下注入。监测压差且计算在残留油饱和度下对水的有效渗透率KWSOR。KWSOR304MD毫达西。0067在最低残留水饱和度下对油的有效渗透率,KOSWI0068在浓盐水注入之后,在200PSI1379BAR的背压。

40、下注入重质原油,以建立最低残留水饱和度,并且在粒面潜在地放置沥青质。监测压差和流速,并且计算在最低残留水饱和度下对油的有效渗透率KOSWI。原油KOSWI0890MD。0069在200PSI1379BAR的背压注入ISOPARL,以从孔隙去除原油。监测压差和流速,以允许计算在RF处理之前的KOSWI。KOSWI0937MD。0070RF处理0071传送仍装载有测试样品的岩心夹持器装置,以用于RF处理并且返回。RF处理如下实施岩心样品被放置在HASSLER型岩心夹持器的两个端板的进给管线之间的橡胶囊状物内。RF传输线的地同轴线缆的外护套布置在一个端部进给管线上且同轴线缆的中心附接到另一进给管线。。

41、微波传输线绕橡胶囊状物对于RF和微波有渗透性缠绕。说明书CN102027196ACN102027211A10/10页1450瓦、40MHZ的RF和1瓦、24GHZ的微波施加大约75分钟。然后电源关闭,准备分析样品。0072在最低残留水饱和度下对油的有效渗透率,处理后的KOSWI0073在RF处理之后,在200PSI1379BAR的背压下注入ISOPARL。监测压差和流速,以允许计算RF处理后的KOSWI。处理后的KOSWI180MD,表示产油率明显改善。0074在残留油饱和度下对水的有效渗透率,处理后的的KWSOR0075以恒定流速在200PSI1379BAR的背压下注入2的KCL浓盐水,以确。

42、立残留油饱和度。监测压差且计算出处理后的KWSOR为125MD,产水率减少了超过50。在图6的图表中例示了有效渗透率结果的总结。从图6中标出的数字可以看出,烃有效渗透率例如原油与水有效渗透率的比油与水的流度比从处理前的03增加到处理后的144。这表明在经处理的地层样品中烃样品的渗透率明显增加同时水的渗透率明显下降。0076尽管在油气井处理的井下应用的上下文中描述了本发明,但是至少本领域普通技术人员应当意识到,可以期望将具有本公开的益处的本发明应用于希望在低功耗条件下改变物质的一个或更多个物理属性的许多其他领域。因此,本发明不应解读为限制于此处详细描述的特定应用。说明书CN102027196AC。

43、N102027211A1/10页15图1说明书附图CN102027196ACN102027211A2/10页16图2A说明书附图CN102027196ACN102027211A3/10页17图2B说明书附图CN102027196ACN102027211A4/10页18图2C说明书附图CN102027196ACN102027211A5/10页19图2D说明书附图CN102027196ACN102027211A6/10页20图3A说明书附图CN102027196ACN102027211A7/10页21图3B说明书附图CN102027196ACN102027211A8/10页22图4说明书附图CN102027196ACN102027211A9/10页23图5说明书附图CN102027196ACN102027211A10/10页24图6说明书附图CN102027196A。

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