[发明专利]井眼声致发光工具以及相关系统和方法

说明书

本申请涉及使用来自声致发光的能量激发含烃地层的工具、系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月12日提交的发明名称为“声致发光工具以及相关系统和方法”的美国申请16/439,395的优先权，其全部内容通过参考并入本文。

技术领域

本申请涉及使用由声致发光生成的能量激发含烃地层的工具以及相关系统和方法。

背景技术

井眼激发是石油工程的一个分支，致力于如何促进烃从地层流到井眼以供产出。为了从目标地层产出烃，地层中的烃需要从地层流到井眼，以便烃被产出并流向地表。从地层到井眼的流动借助于地层渗透性实现。当地层渗透性低时，采用激发措施来促进流动。可在井眼周围和地层中进行激发，以在地层中建立网络。激发的第一步通常是对套管射孔和注水泥以到达地层。对套管射孔的一种方式是使用聚能装药。将聚能装药下放到井眼中，以到达目标释放区。聚能装药的释放会产生穿过钢套管、水泥并进入地层的短隧道。

聚能装药的使用有几个缺点。例如，聚能装药会在隧道周围形成致密区，这会降低渗透性，从而降低产出。聚能装药的高速冲击会使岩层粉碎并产生堵塞地层孔喉的极细颗粒，从而降低流量和产出。隧道内有可能形成熔体。聚能装药形成的隧道的几何形状和方向无法控制。隧道的穿透深度和直径存在限制。在地表处理爆炸物时，会涉及风险。

激发的第二阶段通常涉及通过聚能装药形成的隧道泵送流体。流体以超过使地层和岩石破裂和压裂的地层破裂压力的速率泵送，这称为水力压裂。水力压裂主要使用称为水力压裂液的水基流体进行。水力压裂液可损坏地层，尤其是页岩。水力压裂在地层中产生破裂，从而在地层与井眼之间形成网络。

水力压裂也有若干缺点。首先，如上所指出，水力压裂可损坏地层。另外，无法控制破裂方向。已知破裂会闭合。由于管路中水的高压，地表会存在风险。此外，还存在与添加到水力压裂液中的组分以及水力压裂所需的数百万加仑水的需求有关的环境问题。

因此，有必要提供一种向含烃地层中的井眼递送替代能源的工具以及使用所述工具的相关系统和方法。

发明内容

本申请涉及利用由声致发光生成的能量激发地下地层的新工具和方法。所公开的工具和方法的各种实施例包括将工具部署到井眼下、触发声致发光事件以及朝向地层的目标区域引导由声致发光生成的能量。在一些实施例中，所述工具将与位于地表的控制单元耦合，通常是在井眼附近的控制单元，所述控制单元提供触发反应所需的流体和信号。在一些实施例中，所公开的工具和方法包括将各个声致发光舱部署到井眼下的构件，其中所述舱可被配置成将自身接近地层中的目标区定位并且可远程触发。

通常，经由声致发光生成的能量可用于许多井下应用，例如建立或增强井眼与含烃地层之间的连通。声致发光是科学家仍未完全理解的物理现象。它是由通过声音激发液体中的气泡发射的能量，例如光。当足够强度的声波诱发液体中的气泡或空腔快速塌缩时，就会发生声致发光。空腔可以预先存在的气泡形式呈现，也可通过称为气穴现象的过程生成。实验室中的声致发光可处理得较稳定，使得单个气泡将以周期性方式一次又一次地膨胀和塌缩，每次塌缩时都会发出一束光。为了实现这一点，在液体内设置声驻波，而气泡将位于驻波的压力波腹处。共振频率取决于含有空腔/气泡的容器的形状和大小。气泡的塌缩可生成相当于14,695psi和8,540°F的能量。如果控制和定向此能量，则可将其收集以用于井眼中的许多井下应用，例如射孔、压裂、加热以及清除井眼中的沉积物和冷凝物。本公开所描述的用于收集并递送声致发光生成的能量到井眼的各种工具和方法。