使用声能增加井的产量 本发明涉及利用井筒中的一个或多个声能传感器用于增加从由井筒穿入的地下地层中生产液态烃产量的方法和设备。
从生产地层或蓄积库中产生液态烃通常在很大程度上借助于自然产生的力，如压缩气体的膨胀力，进入水的浮力的驱动力以及重力。主要的再生技术利用这些力使液态烃地下地层中移入一个或多个穿入地层的井筒中。但不幸的是，自然力通常只能用于要生产的地层和蓄积库中的全部液态烃中的一小部分。
辅助的再生技术通常用于恢复地下地层中地更多的液态烃。这些技术利用外部动力补充地层中的自然产生的力以将液态烃从地层中压入井筒中。外力可以从许多来源产生，包括气体注射，蒸汽注射，水注射等。这些辅助的再生技术通常在一地层或蓄积库中的主要自然力至少部分耗尽后再开始使用。
水冲洗是成功用于不同类型的地层中的一辅助的再生技术的例子。通常，根据水冲洗技术，使用一个或多个注射井和一个或多个生产井。通过注射井注射一种水溶剂以将液态烃驱至生产井，在此产出液态烃。已开发了许多对基本的水冲洗技术的改进，包括在注射水中使用特定的化学物质和材料，以帮助从地层中移动液态烃。例如，经常使用凝胶剂以增大水的粘度并从而增大其将油驱至生产井的效率。还使用了表面活化剂以降低液态烃的表面张力，从而便于其生产。
另一种用于增加油再生的辅助再生技术涉及使用低频振动能量。来自地面或井下发生源的低频振动已用来影响来自地下蓄积库的液态烃的再生。此类在频率发生源通常小于2000Hz的振动在参考文献中称为音波、声波、地震波、P波或弹性波激励。例如，在俄罗斯低频振动激励已有效地用于一些场合中改进来自被水冲洗的蓄积库的油的生产。文献中的例子表明低频激励可以加速或增进最终的油的再生。对为什么低频激励会产生不同的解释很不一样。这些解释的例子包括振动使油滴的聚结以重新建立一连续的油相，逐出油滴以使它们可以作为液体流动，通过改变表面张力和面际张力降低毛细力，以及释放在岩层表面吸收或溶解在水和/或油相中的气体。例如，1993年2月9日授予Pechkov等人的美国专利No.5,184,678公开了一种利用设置在一生产区的井筒中的一声能传感器在生产井中激励流体产量的方法和设备。在此专利中表明，传入生产地层中的声波发射降低了其中的液态烃的粘度，从而使液态烃可以更方便地流至井筒。
众所周知超声波可以从多孔介质中增进和/或加速油的产量。超声波的不利之处在于，通常超声波从一发生源进入一蓄积库的深度或穿透距离非常有限(约小于几英尺)，而低频波可以通过岩层穿行很长距离(几百至几千英尺)。
尽管在激励或增进从地下地层生产液态烃产量的方面声波液态烃流动激励方法和设备已取得了一些成功，但使用的声能传感器通常缺乏充分显著有效的声能强度。这样，就迫切需要使用声能来增进从地下地层中生产液态烃如油和气体冷凝物的产量的改进的方法和设备。
本发明提供了用于增进从油井筒穿入的地下地层中生产液态烃的产量的方法和设备，它们可以满足上述需要并克服现有技术的缺陷。
本发明的方法基本包括以下步骤，将由至少一个包括用terfenol合金制成的驱动杆的磁致伸缩致动器致动的声能传感器放入所述地下地层中的井筒中。此后，使压力波形式的声能从所述声能传感器发射出通过所述地层中的所述液态烃，从而减小所述液态烃的表面张力并使所述液态烃更自由地流向所述井筒。
用于传感器中的电动磁致伸缩致动器最好包括一由一terfenol合金制成的驱动杆。围绕terfenol杆的一线圈在杆中产生一交变磁场，使杆比其他类型的驱动杆伸长的收缩很多。Terfenol杆连在一柔性件上，柔性件向距其较长距离的围绕井筒的流体施加高强度的声压波。
当生产出的液态烃为相对粘性的油时，除了声能传感器外，至少一个由电动磁致伸缩致动器致动的超声能传感器放入井筒中并向流入井筒中的液态烃发射超声波能，从而暂时降低液态烃的粘度。这种粘度的降低使液态烃可以更自由地通过井筒流动。
在没有足够的压力驱动使液态烃流向地面的场合下，可以在生产地层的井筒中放置一电动液态烃泵。泵可以连在设置在井筒中的一生产管道或其的一卷管上。泵以及上述的一个或多个声能传感器连在一电缆上，而电缆又连在地面上的一能量源和控制单元上。
这样，根据具体应用场合、涉及的地层类型以及生产的液态烃的种类，在穿入一生产地层的井筒中使用一个或多个声能传感器、一个或多个两种声能传感器和超声能传感器或者一个或多个两种类型的传感器以及一液态烃泵。
本发明还提供了用于增加从一地下地层生产液态烃产量的设备，其中一井筒从地面伸入地下地层中，此设备包括一设置在所述井筒中用于从所述地层向地面导出所述液态烃的导管。一电动泵与所述导管相连并位于所述井筒中与所述地层相邻用于通过所述导管从中泵出所述液态烃。一电动声能传感器设在所述井筒中与所述地层相邻用于降低所述地层中的液态烃的表面张力并使所述液态烃可以更自由地流向所述井筒。一能量源和控制单元位于地面上，由一电缆连至泵和传感器，用于向其提供能量和控制信号。
设备还可以包括一个或多个设在地层的井筒中并与电缆相连的电动超声能传感器。超声能传感器暂时降低流入井筒中的液态烃的粘度，从而可以更容易地将液态烃泵至地面。用于此设备中的声能和超声能传感器包括具有由一种terfenol合金制成的驱动杆的磁致伸缩致动器。设在井筒中的设备的导管可以是生产管道或可以是卷管。
因此，本发明的一总的目的是提供用于增进从地下地层或蓄积库中生产液态烃产量的改进的方法和设备。
本发明的其它的和进一步的目的、特征和优点在本领域的专业技术人员结合附图阅读下面对优选实施例的描述而显而易见。
图1是渗入一产生天然气和气体冷凝物或气体冷凝物和水的地层的一井孔的示意图，其中设有本发明的一声能传感器。
图2是渗入一压力驱动油田的一井孔的示意图，其中设有本发明的一声能传感器和一超声能传感器。
图3是渗入一产油地层的一井孔的示意图，井孔包括与设在其中的一条生产管件相连的一电动泵、本发明的一声能传感器和一超声能传感器。
图4是一井孔的示意图，井孔包括一水平横向开口井孔，其中设有卷管、一液体碳氢化合物泵、本发明的一声能传感器和一超声能传感器。
本发明提供了用于从由一个多个井孔渗入的地下地层中增加生产液体碳氢化合物的产量的方法和设备。本发明的方法基本包括将一个或多个由电动磁致伸缩致动器致动的声能传感器放入一喷射或产生流体的井孔中的步骤，其中致动器最好是具有由terfenol合金形成的驱动杆，而井孔渗入一包含液体碳氢化合物的地层中。声能传感器可以发出压力波形式的声能穿过地层中的液体碳氢化合物，从而使液态烃的移动可以改进并使液态烃更自由地流向一生产井孔。
术语“声能”或“声波”在此用于表示具有低频即小于约2,000Hz的振动或波。术语“超声能”或“超声波”在此用于表示具有较高频率即约10,000Hz以上频率的振动或波。术语“音能”或“音波”在此表示通常术语，包括声波(能)和音波(能)中的一种或两种都包括。
构成用于本发明方法中的磁致伸缩致动器的驱动杆的terfenol合金由金属铽、镝和铁组成。包围terfenol杆的一线圈在杆中产生一交变磁场，磁场使杆伸长和收缩。杆连在产生音压力波的一柔性件上，压力波传送到与柔性件接触的液态烃上。使用具有terfenol磁致伸缩致动器的传感器将音能传送给地下地层中的液态烃非常有用，因为可以产生较高的波能强度。一由terfenol形成的传感器致动器驱动杆是对现有的驱动件如吸棒和压电晶体的重大改进。terfenol驱动杆更耐用并不象其他类型的杆那样容易疲劳。terfenol还比其他致动器杆具有更有效的能量，即在较高的能量强度下能将更多的电力转换为声波。而且，包括terfenol驱动杆的声能传感器能调谐而可以建立谐振频率级别，以产生所需的结果。本发明使用的特别优选的传感器包括由Iowa Ames的EtremaProducts公司出售的Terfenol-D驱动杆。
由具有用terfenol合金制成的一驱动杆的磁致伸缩致动器致动的一声能传感器在液态烃中产生压力波，频率从约10Hz至约1,000Hz，而声能强度从约0.001瓦/米2至约5,000瓦/米2。将这种声波发射入包含在一地下地层中的液态烃中极大地改进了液态烃的流动性并使它们更自由地流向一生产井孔。
当从一特定的地层或蓄积库中产生的液态烃具有超过约100厘泊的粘度时，在插入地层或蓄积库中的一生产井孔中至少包括一个超声能传感器。超声能传感器最好也包括一电动磁致伸缩致动器，具有由terfenol合金形成的一驱动杆，由此发出具有频率从约13,000kHz至约27,000kHz而超声能从约0.1瓦/厘米2至约100瓦/厘米2的超声波。产生的超声波传递给流入井孔中的粘性油，井孔临时减小油的粘度，使其可以更自由流动并可以更容易地通过一生产线或卷管泵出。
下面参见附图并具体参见图1，示出一伸入包含形为气体冷凝物或气体冷凝物和水的压缩气体和液态烃的地下地层中的井并通常用序号10表示。井10包括一井孔12，井孔12从地面14伸入地层16中。一套筒18由水泥20封入井筒12中，而多个穿孔22通过套管18和水泥20伸入生产地层中。一生产管具24设在从地面14伸入地层16中的套管18中。生产管具24的底端是开口的，而顶端与一导管26相连，用于将压缩气体和气体冷凝物或气体冷凝物和水导出至一存放点或进一步处理(未示出)。
对本领域专业技术人员而言众所周知的是，产生天然气的地下地层通常产生高质量的形为气体冷凝物的液态烃。但是，当气体冷凝生产地层的压力减小时，越来越多的液态气体冷凝物成为固定不动的并保持在地层中。为了防止这种气体冷凝物的损失，生产地层已通过将气体注射入地层中而压缩。气体注射是一种典型的气体冷凝物蓄积库的压力保持手段，而使用的气体是典型的循环再用的贫气、氮气或这两种气体的组合物。尽管地层的气体注射压力保持可防止能生产的气体冷凝物的损失，但它大大增加了生产过程的成本。
根据本发明的方法，仍参见图1，气体冷凝物生产地层16不受挤压，相反，至少一个声能传感器30放在地层16里的井筒12中。声能传感器30由具有terfenol合金制成的一驱动杆的至少一个电动磁致伸缩致动器致动。传感器30连在一电缆34的能量和控制信号导线上，电缆34从传感器30延伸至一在地面上的能量源和控制单元32。能量源和控制单元32提供用于驱动传感器30的电能并提供用于控制由传感器30产生的压力波的频率和声能强度的控制。声能传感器发出压力波形式的能量，压力波穿入并通过地层16中的气体冷凝物并使其流动并经过形成在其中的穿孔22流入井筒12中。
当地层16的压力下降时，产生的提升液态气体冷凝物或气体冷凝物和水通过生产管道24至地面14的气体的压力也下降，这使得井筒12和生产管道24堆满气体冷凝物或气体冷凝物和水，从而使生产速度降低或停止。为了防止此问题，还在井筒12中放置能使堆集在井筒12中的冷凝物或冷凝物和水雾化的一电动超声能传感器36(在图1中用虚线示出)。对本领域专业技术人员而言超声雾化器是公知的。例如，这样一种雾化器在1977年4月26日授予Asai等人的美国专利No.4,019,683中描述，在此作为参考。
当根据本发明的方法使用一超声雾化器时，传感器最好包括一具有由terfenol合金制成的一驱动杆的磁致伸缩致动器。在放入井筒12中后，使超声雾化器36发射超声波雾化堆积在井筒12中气体冷凝物或气体冷凝物和水，从而由生产的气体通过生产管道提升雾化的液体。
这样，本发明提供了一种增加从由一井筒穿入的地下地层中生产液态烃产量的方法，包括以下步骤：将由至少一个包括用terfenol合金制成的驱动杆的磁致伸缩致动器致动的声能传感器放入所述地下地层中的井筒中；以及使压力波形式的声能从所述声能传感器发射出通过所述地层中的所述液态烃，从而改进所述液态烃的流动性并使所述液态烃更自由地流向所述井筒或流向一单独的井筒。此外，本发明提供了一种方法，能分散堆积在一气体井的井筒的生产管道中的气体冷凝物、水或气体冷凝物和水的方法，包括：一种分散堆积在一气体井的井筒和生产管道中的气体冷凝物或气体冷凝物和水的方法，包括以下步骤：将能使所述堆积物雾化并由至少一个磁致伸缩致动器致动的超声能传感器放入所述井筒中；以及使超声能从所述超声能传感器发射出进入所述冷凝物或冷凝物和水的堆积物中，从而使所述堆积物被雾化并由气体提升通过所述生产管道。
参见图2，示出一穿入压力驱动油生产地层的井并通常用序号40表示。井40包括从地面44延伸至压力驱动油地层46的一井筒42。一套管48由水泥50固定在井筒42中，并且多个穿孔52穿过套管48和水泥50伸入地层46中。一生产管道54设置在套管48中，从地面44伸入地层46中。一导管56连在管道54上，用于通过管道54将生产出的油导至一存放点或进一步处理(未示出)。
至少一个电动声能传感器60以及用于暂时减小生产出的流体如油的粘度的至少一个电动超声能传感器62设置在地层46的井筒42中。传感器60和62都与一延伸至地面44并与地面上的一能量源和控制单元66相连的电缆64相连。传感器60和62都还包括磁致伸缩致动器，最好具有由terfenol形成的驱动杆。
产生压力驱动油的地层46可以包含水，而且油可以具有相对高的粘度，两者都妨碍油通过地层46的流动。此外，部分油会与水起乳化作用或者被防止通过地层46的孔隙流动。
设置在地层46中的井筒42中的声能传感器60和超声能传感器62发射声能波进入地层46并进入包含在其中的油和水中，这样改进了油的运动，从而使油可以更自由地流向井筒。一旦油到达井筒，其粘度由井筒中的超声能传感器62发射的超声能暂时减小，从而使油可以容易地经由生产管道54流至地面。由电缆64与传感器60和62电连接的能量源和控制单元66向传感器提供能量并向其发出控制信号，以调整产生的声波和超声波的频率和能量强度，以取得最终结果。
这样，根据本发明的方法，从地下地层生产出的液态烃的产量通过将至少一个电动声能传感器和至少一个电动超声能传感器放入生产地层的井筒中而增加。声能从声能传感器中以压力波的形式发射，压力波穿过地层中的液态烃，这样改进了液态烃的移动并使液态烃可以更自由地流向井筒。使超声能传感器发射超声波通过流入井筒中的液态烃，从而使液态烃的粘度暂时减小并使液态烃更自由地通过井筒流动。
参见图3，示出一井70穿过包含水和液态烃的地层，液态烃为固定不动或局部固定不动的油。例如，井70可以穿入在水-油接触面之下包含油的一地层中，即在此水平下油产量为零，或穿入一地层中，此地层被水淹没并被水浸透，从而地层中的油不再动或成为整个水和油产量的一小部分，即含大量的水。
井70包括一井筒72，井筒72从地面74延伸至含油的地层76。一套管78由水泥80固定在井筒72中，多个穿孔82穿过套管78和水泥80伸入地层76中。一生产管道84设在井筒72中，井筒72从地面74伸入地层76中。一导管86连至生产管道，用于将油从管道导至一存放点或进一步处理。
根据本发明，一电动泵90连至生产管道84的底端用于从井筒72的底部向地面74泵压出油。除了泵90外，至少一个电动声能传感器92和(当生产出的油是粘性的时)至少一个电动超声能传感器设置在地层76中的井筒72中。泵90以及传感器92和94连在一延伸至地面74上的电缆96上。电缆96连在地面74上的一能量源和控制单元98上，用于经过电缆96向泵90以及传感器92和94提供电能和控制信号。从声能传感器92发出的声能波改进了油在地层72中的运动并使油可以更自由地流向井筒。超声能传感器94发出的超声能波暂时减小井筒72中油的粘度，从而可以更容易地将油泵至地面。
这样，用于增加从由一井筒穿入的一地下地层中生产重力驱动的液态烃产量的本发明方法包括以下步骤：将一个或多个电动声能传感器、一个或多个电动超声能传感器和一个电动泵放入井筒中，其中泵与一伸至地面的导管相连。然后从声能和超声能传感器发射压力波形式的声能和超声能。声波改进了地下地层中的液态烃的流动性而使液态烃更自由地流向井筒，而且超声波暂时降低井筒中液态烃的粘度，这样可以使液态烃更容易泵出。低粘度的液态烃由电动泵泵至地面。如上所述，声能和超声能传感器最好包括具有由terfenol合金制成的驱动杆的磁致伸缩致动器。
参见图4，示出一具有穿入一液态烃生产地层的一横向水平井筒的井100。井100包括一主井筒102，主井筒102具有一由水泥106固定在其中的套管104。一横向水平井筒108由一连接衬套110连接在主井筒102上。衬套110由水泥112固定在井筒108的一部分中。井筒108的一开口部分从衬套110的端部水平伸入液态烃生产地层114中。
通常由序号116表示的本发明的设备设置在井筒108中。设备116包括一连接在卷管120上的电动泵118上，卷管120从开口井筒108伸至地面122。卷管120将生产出的液态烃从中导至一存放点或进一步处理(未示出)。设备116进一步包括至少一个电动声能传感器124以及至少一个电动超声能传感器126，它们与泵118一起连在一电缆128上。电缆128伸至地面122，在此与一能量源和控制单元130相连。如上所述，能量源和控制单元130控制泵118以及传感器124和126的工作，并控制由传感器124和126产生的声波的频率和能量强度。此外，传感器124和126最好包括具有由terfenol合金制成的驱动杆的磁致伸缩致动器。
在水平井筒108中使用设备116的方法同参照图3所述的基本相同。即声能传感器124可以降低地层114中的液态烃的表面张力，从而使它们可以更自由地流向井筒108中，而超声能传感器可以暂时降低井筒108中油的粘度，从而可以更容易将油用泵118泵出。另外，可以通过从地面移动卷管120而在井筒108中将设备116移至不同位置。
本领域专业技术人员可以理解，可以与本发明的设备一起使用许多常规井下工具和部件以实现所需的结果。例如，可以使用扶正器以保持传感器、泵以及导管在井筒中处于中心位置。
这样，本发明可以很好适应并完成上述的以及内在的目的和优点。同时本领域专业技术人员可以进行许多改动，这种改动包括在由权利要求所限定的本发明的实质和范围中。