(57)【要約】油、ガス及び／又は水を含む井戸の生産能力を高めるための電気音響装置及びこれに関連する方法を開示する。電気音響装置は、井戸内での物質移動プロセスの発生を促す振動を生起させる。縦波と横波の重畳により生成され、結果として得られる多孔質媒体に生じる音響流が、水、通常の油及び重油に特有の固有周波数閾値を越えて発達し、その音響エネルギー密度は多孔質媒体に流動性の高いゾーンを生じさせることができ、これによって所望の流体の移動性、生産回復及び井戸孔内の地層損傷の低減を促進する。ダウンホール型電気音響装置は、井戸の生産ゾーンに沈めて配置するユニットであり、発電機と、１つ以上の電気音響トランスデューサと、１つ以上の導波システム（ソノトロード）から構成され、この導波システムは、処理中に弾性振動を媒体へと伝える管状型ラジエータ（放射装置）を含む。【選択図】図１
2008519926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油、ガス及び／又は水を含む井戸の生産能力を増加させる物質移動プロセスの発生を促す方法であって、
（ａ）機械的振動を井戸孔領域に導入し、前記井戸の軸に沿って生じる機械的振動の位相変位に起因する前記井戸孔領域におけるせん断振動を生起させ、
（ｂ）放射を受ける前記井戸内の多孔質媒体での縦波と横波の重畳により前記井戸内に張力及び圧力を交互に与えることにより、前記井戸内での物質移動プロセスの発生を促すことを含み、
前記縦波と横波の重畳により、前記井戸孔領域における速度Ｕｆ及び波長λ／４の音響流がもたらされて、当該音響流を与える音場の変位周波数が、放射を受ける前記多孔質媒体について算出される固有周波数に少なくとも対応した値とされる方法。
【請求項２】
前記放射を受ける媒体の粘性力よりも大きい慣性力が生じる結果として、生成された音場は前記多孔質媒体に流動性の高いゾーンを生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記音響流は、前記井戸孔領域における地層の損傷を除去するように促進する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
油、ガス及び／又は水を含む井戸孔領域に力学的波動を導入することにより、井戸の生産能力を増加させる物質移動プロセスを促すための電気音響装置であって、
放射表面が前記井戸の軸に沿って配置され、かつ生起される振動の固有波長の２分の１以上とされる長さをもったソノトロードを備えており、該ソノトロードは、前記井戸の軸に沿って生起される機械的振動の位相変位に起因する、前記井戸孔領域におけるせん断振動を生成し、生成された縦波と横波の重畳に起因する張力及び圧力を交互に与えることで、その結果得られる物質移動プロセスを、油、ガス及び／又は水を含む井戸内にもたらし、前記縦波と横波の重畳は、速度Ｕｆ及び波長λ／４の音響流を与えるように適合され、
前記ソノトロードは管状の幾何学的形状を有し、その寸法が、前記電気音響装置に含まれる電気音響トランスデューサの固有共振周波数の縦振動及び半径方向振動の共振パラメータ下の動作条件によって決定され、前記固有共振周波数は、前記電気音響装置によって放射される媒体について算出される固有周波数に少なくとも対応する値とされる電気音響装置。
【請求項５】
前記管状の幾何学的形状として外径Ｄ０を有し、一端部がホーン形状とされて反対側の端部が半球状をなし、内径がＤ０／２とされた、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項６】
前記電気音響トランスデューサが磁歪型電気音響トランスデューサである、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項７】
前記電気音響トランスデューサが圧電型電気音響トランスデューサである、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項８】
前記電気音響装置が２個以上の電気音響トランスデューサを含んでおり、該電気音響トランスデューサは同位相で動作する振動システムを形成し、該振動システムは、生成される縦波及び半径方向の波動がもつ波長の半分の倍数とされる距離をおいて、前記ソノトロードに接続される、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項９】
２ｎ個の振動システムを含み、該振動システムは、連続した対をなすようにグループ分けされる場合に、振動システムをなす各々の対の電気音響トランスデューサが同位相で動作し、各々の次の対は、当該対に隣接する振動システムに対して逆位相で動作する、請求項８に記載の電気音響装置。
【請求項１０】
ｎが自然数である、請求項９に記載の電気音響装置。
【請求項１１】
前記ソノトロードは、２つ以上の溝を有する円筒ハウジングを含む、請求項５に記載の電気音響装置。
【請求項１２】
前記溝は、前記ソノトロードの長手方向の軸に対して平行であり、その長さが前記電気音響装置によって生成される波長の半分の倍数とされ、前記溝の幅は、０．３Ｄ０乃至１．５Ｄ０である、請求項１１に記載の電気音響装置。
【請求項１３】
前記電気音響トランスデューサが磁歪型電気音響トランスデューサである、請求項１２に記載の電気音響装置。
【請求項１４】
前記電気音響トランスデューサが圧電型電気音響トランスデューサである、請求項１２に記載の電気音響装置。
【請求項１５】
前記電気音響装置は、同位相で動作する振動システムを形成する２個以上の電気音響トランスデューサを含み、該電気音響トランスデューサは、生成される縦波及び半径方向の波動がもつ波長の半分の倍数とされる距離をおいて前記ソノトロードに接続される、請求項６又は７に記載の電気音響装置。
【請求項１６】
２ｎ個の振動システムを含み、該振動システムは、連続の隣接した対をなすようにグループ分けされる場合に、振動システムをなす各々の対の電気音響トランスデューサが同位相で動作し、各々の次の対は、当該対に隣接する振動システムに対して逆位相で動作する、請求項１５に記載の電気音響装置。
【請求項１７】
ｎが自然数である、請求項１６に記載の電気音響装置。
【請求項１８】
油、ガス及び／又は水を含む井戸の生産性を高める方法であって、
（ａ）電気音響装置を、孔領域を有する井戸内に導入し、
（ｂ）前記電気音響装置を作動させるとともに、この作動させる工程では機械的振動を井戸孔領域に生起させ、
（ｃ）前記井戸の軸に沿って生起される機械的振動の位相変位に起因するせん断振動を前記井戸孔領域に発生させ、
（ｄ）前記井戸孔領域に隣接して前記井戸内に存在する多孔質媒体への放射を、該多孔質媒体における縦波と横波の重畳を介して行うことによって前記井戸内で張力及び圧力を交互にかけて、前記井戸内での物質移動プロセスの発生を促し、
（ｅ）その結果得られた音場及び流れを前記多孔質媒体にもたらし、前記音場の変位周波数が、前記放射を受ける多孔質媒体の固有周波数に少なくとも対応する値となるようにし、
（ｆ）前記井戸から所望の流体を入手すること、を含む方法。
【請求項１９】
前記放射を受ける媒体の粘性力よりも大きい慣性力が生じる結果として、生成された音場は前記多孔質媒体に流動性の高いゾーンを生じさせる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記縦波と横波の重畳は、速度Ｕｆ及び波長λ／４の音響流を与えるように適合される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記放射を受ける多孔質媒体について前記固有周波数を算出する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電気音響装置はソノトロードを含み、該ソノトロードの放射表面は、前記井戸の軸に沿って位置し、前記ソノトロードはその長さが、生起される振動の固有波長の半分以上である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記電気音響装置は、同位相で動作する振動システムを形成する２つ以上の電気音響トランスデューサを含み、該電気音響トランスデューサは、生成される縦波及び半径方向の波動がもつ波長の半分の倍数とされる距離をおいて、前記ソノトロードに接続される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
２ｎ個の振動システムを提供する工程をさらに含み、該振動システムは、連続の隣接した対をなすようにグループ分けされる場合に、振動システムをなす各々の対の電気音響トランスデューサが同位相で動作し、各々の次の対は、当該対に隣接する振動システムに対して逆位相で動作する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ソノトロードは複数の長手方向の溝を含み、該溝は前記ソノトロードの円型ハウジングの周囲に沿って均等に離間して設けられる、請求項２２、２３又は２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石油産業に関し、特に、油井の生産能力を増大させるための電気音響学的システム及びこれに関連する方法に関し、井戸の回復ゾーンに力学的波動を与えることを含む。
【背景技術】
【０００２】
油井の生産性は時間経過に伴って様々な原因で低下する。このような生産性の低下に関する２つの主要因は、原油の相対浸透性の低下、従って原油の流動性が低下することや、細孔の絶対浸透性や相互接続性を低下させる固形物（粘土、コロイド、塩）の堆積によって、井戸孔領域における油溜まりの細孔を次第に詰まらせることに関連がある。上記理由に関連する問題は、汲み出す流体と共に流れる鉱物微粒子による細孔の詰まりや、無機クラストの沈殿、パラフィン及びアスファルテンのデカンテーション、粘土の水和作用、泥固形物の侵入、泥の濾過作用、及び塩水注入によって引き起こされる仕上げ流体及び固形物の侵入等である。上記の理由の各々によって、浸透性が低下し又は井戸孔を囲む領域の流れが制約されることになる。
【０００３】
井戸（図１）は基本的に、セメント層１９とケース１０で裏当てされた生産地層であり、該ケース１０は、その内部で同軸に配置した一連の生産管１１を保持する。この井戸は油溜まりに繋がっており、この油溜まりは、地層１２中で生産される流体が井戸のライニングの穿孔１４及び／又は孔１３を通じて流れるのに適正な浸透性を有することで、地層１２での経路をもたらす。これらの管１１は地層で生産される流体１８用の出口を与える。通常、裏当てされた井戸から外側に向けて半径方向に延びる多数の穿孔１４が存在する。これらの穿孔１４は、地層１２を貫通するライニング上にて一定間隔で離間している。理想的には、これらの穿孔を地層１２にのみ配置し、よってその数は地層１２の厚みに依存する。地層１２において深さ１メートル当たり９乃至１２個の穿孔を設けるのが一般的である。また、これらの穿孔１４はいずれも長手方向に延びるため、方位角０°で半径方向に延びる穿孔１４が存在する一方で、これとは別の複数の穿孔１４が９０°の角度をなして各々に配置されるが、これは方位角に関して４グループの穿孔１４を規定するためである。
【０００４】
地層１２の流体は、裏当てされた井戸に入り込む穿孔１４を通って流れる。好適には、井戸は、穿孔１４のレベルよりも下方に位置したパッカー１５又はブリッジプラグによる何らかの封止機構によって閉塞される。パッカー１５は区画部分１６を規定する生産管１１と接続し、地層１２から生産される流体が区画部分に流れ込んで、この区画部分（１６）を充填し、液位（１７）に達する。溜まった流体１８は地層１２から流れ出る際に、様々な量の天然ガスを伴うことがある。要するに、裏当てされた区画部分には、油や、若干の水、天然ガス、そしてまた砂や固形残留物が蓄積する。通常、砂は区画部分１６の底部に溜まる。地層１２の周囲で圧力が低下し、より軽い分子が蒸発する際に、地層１２から生産される流体の相変化が起き得る。一方、井戸はまた極めて重い分子をも生産することができる。
【０００５】
時間経過につれて、地層１２内に延びる穿孔４の通路は、「微粒子（ｆｉｎｅｓ）」又は残留物で詰まることがある。これによって、地層１２内の流体に繋がる細孔のサイズが規定され、流体は地層１２から亀裂又は裂け目又は繋がった細孔を通って流れ、区画部分１６内の間隙に到達して集まる。この流れの間、地層１２からの極めて小さな固形物粒子（「微粒子」として知られる）が沈殿することなく流れる。「微粒子」は一定時間に亘って分散した状態を保つが、凝集することにより細孔中の空間を塞ぎ、流体の生産率を低下させる。このことは自らを枯渇させる問題となる場合があり、生産流量の低下をもたらす。さらに多くの「微粒子」が穿孔１４に堆積して穿孔１４を塞ぐことで、最低流量さえ危うくなる虞がある。
【０００６】
最良の生産方法及び最も好適な産出条件であっても、油溜まりに元来存在する原油の２０％よりも多い割合の原油が通常は未だ残存する。
【０００７】
油及びガス井戸への定期的な刺激は、酸性化、破砕、溶媒及び熱による処理といった、３つの一般的な種類の処方を用いて行う。酸性化は、ＨＣｌ及びＨＦの酸混合物の使用を含み、生産ゾーン（岩盤）に注入される。この酸は、岩盤の反応成分（炭酸塩及び粘土鉱物、より少量の珪酸塩）を溶解させるために用いられ、これにより、その浸透性を増加させる。反応抑制剤及び溶媒等の添加剤は、使用する酸の性能を向上させるために添加することが多い。酸性化は、油井及びガス井への一般的な刺激処方ではあるが、これには明らかにいくつかの欠点、つまり化学物質に起因する高コスト及び廃棄物処理にかかる高コストを伴う。これらの酸は原油と相性が良くないことが多く、井戸内に濃厚な油残留物を生じさせる。酸の使用後に形成される沈殿物は、溶解した鉱物よりも有害である場合が多い。活性酸の浸透深さは、通常５インチ未満である。
【０００８】
水圧破砕法は、油井及びガス井への刺激処方において一般的に用いる別の技術である。この処理では、高水圧を用いて、地層に垂直方向の裂け目を生じさせる。この裂け目は、ポリマープラグで充填されるか又は（炭酸塩及びソフトロック中の）酸で処理されて、井戸内に流路が生成され、油及びガスを流すことが可能となる。この処理はコストが極めて高い（酸処理の約５乃至１０倍）。場合によっては、破砕が水を含有する領域にまで及んでしまい、生じる水量の（望ましくない）増加をもたらすことがある。このような処理は、井戸から何百フィートにも延び、浸透性の低い岩盤に用いることが多い。裂け目の全てにポリマープラグを入れる能力は限られることが多く、裂け目の閉鎖及びプラグ（プロパント）クラッシュ等の問題が、水圧破砕の能率を著しく低下させることがある。
【０００９】
成熟した油井に関する最も一般的な問題の１つとして、井戸内及び井戸の周囲におけるパラフィン及びアスファルテンの沈殿がある。蒸気又は高温油が井戸に注入されて油中のパラフィンを融解及び溶解させ、これにより全てが地表面へと流れる。有機溶媒（例えば、キシレン）は、アスファルテンの除去に用いることが多く、その溶融点は高く、アルカンに溶解しない。一日当たりの油生産量が１０バレル未満の限界油井を処理する場合、蒸気及び溶媒は特に高コストとなる（蒸気よりも溶媒が高価である）。テキサス州だけでもそのような油井は１００，０００箇所を超えて存在し、米国内の他の州には多分それ以上の数の油井が存在するであろうことに留意されたい。
【００１０】
蒸気及び溶媒を使用する際の主な制約は、機械的な攪拌、つまり懸濁液中にパラフィン及びアスファルテンを溶解させ又は維持するのに必要な攪拌がないことである。
【００１１】
Ｒ．Ｄ．Ｃｈａｌｌａｃｏｍｂｅに付与された米国特許に係る特許文献１では、脈圧によって井戸を清浄するためのツールが提案されている。このツールでは、一連の爆発モジュール及びガス生成器が連鎖的に繋がり、つまり、それらの１つが点火されると、これが次の引き金となって順次に点火されるという具合に繋がっていく。
【００１２】
この爆発により衝撃波が生成されることで、井戸の清浄が行われる。この方法には明らかな欠陥、すなわち、爆発物の使用によって高圧の油井及びガス井の損傷をもたらす潜在的な危険性がある。この方法は、火災の危険性が増すと共に、処理期間における制御欠如のために実現不可能である。
【００１３】
Ｈ．Ｔ．Ｓａｗｙｅｒに付与された米国特許に係る特許文献２では、「低音域における正弦波振動」を生成する水圧制御のダイヤフラムについての記載がある。生起される波動は低強度であり、岩盤面に向けられず収束しない。そのため、エネルギーの大部分は、ボアホールに沿って伝わる。
【００１４】
Ｅ．Ｄ．Ｒｉｇｇｓらに付与された米国特許に係る特許文献３には、ボアホール表面を処理するための装置についての記載がある。高電圧の印加によって電圧アークを生成し、井戸壁からスケール物質を除去する。この装置で困難なことは、クリーニングが全く行われない場合でも、アークを連続的に誘導できない点である。また、安全面の課題（電気的な問題や火災の問題）が未解決のままである。
【００１５】
別の水圧／機械的発振装置が、Ａ．Ｇ．Ｂｏｄｉｎｅ（特許文献４）によって提案されている。細長い弾性管内で生成される水の脈圧を用いて、井戸の裏当てされた壁を清浄する。このシステムでも、低強度及び誘導における制約の問題がある。
【００１６】
そしてに、油井からパラフィンを除去するための方法が、Ｊ．Ｗ．Ｍａｃ  Ｍａｎｕｓらによって提案されている（特許文献５）。この方法は、井戸に発熱体を導入することにより、井戸内に温度勾配を形成することに基づく。
【００１７】
油井、ガス井及び水井戸では、ある時間の操業後に内部の流れが妨げられ、流体の排出が衰退し、井戸の再生を要することは周知である。井戸の再生のための機械的な技術、化学的な技術及び従来の技術は以下の通りである。
集中洗浄
ショックポンピング
空気処理
【００１８】
塩酸又は他の化学物質と組み合わせた別の酸による沈殿物の溶解
高水圧放水
ＣＯ２注入
爆薬を使用した圧力衝撃の生成
【００１９】
これらの方法は実施上、有害な化学物質を必要とし、また井戸の構造にとってリスクのある大きなパワーを伴う。
【００２０】
固形物及び流体を特定周波数及びパワーの超音波場にさらすことに関連した数多くの効果が存在する。特に、流体の場合、キャビテーションによる気泡を生成することが可能であり、これは、液体中に溶解した気体つまりその後における相変化から生じる気体によるものである。他の関連する現象には、液体の脱気及び固体表面の表面クリーニングがある。
【００２１】
油井からの原油生産量を増加させることを目的とした超音波技術が開発されている。Ａｒｔｈｕｒ  Ｋｕｒｉｓに付与された米国特許に係る特許文献６（名称：「超音波による油回復のための方法及びシステム」）では、高圧流体の注入時に生起される振動によって超音波を適用して油生産回復を行う方法及びシステムが示されており、その目的は、新たな排出路を得るための油溜まりに裂け目を形成することである。
【００２２】
Ｍａｋｉ，Ｊｒ．らに付与された米国特許に係る特許文献７では、一組の圧電セラミックトランスデューサをラジエータ（放射装置）として用いる音響装置を提案している。この装置は、製造及び使用上の困難性をもち、これは非常に多くの圧電セラミックラジエータについての非同期動作を要するからである。
【００２３】
特許文献８（名称：「超音波エネルギーを液体又はペースト状媒体に移す装置」）及び特許文献９（名称：「超音波エネルギーを液体又はペースト状媒体に伝達する装置」）（いずれもＶｌａｄｉｍｉｒ  Ａｂｒａｍｏｖらに帰属する）では、超音波エネルギーを伝達するために１乃至１００ｋＨｚの範囲で動作する交流発電機と、縦波を発生させる圧電セラミック型トランスデューサ又は磁歪型トランスデューサから構成した装置が提案されており、導波システム（又はソノトロード（音極））に接続した管状共振器によって、放射を受ける液体又はペースト状媒体と接する横振動に変換される。にもかかわらず、これらの特許では、少なくとも油井に存在する穿孔のサイズ及び形状に比べて、極めて大きな寸法のコンテナで使用するように設計がなされる。このことは、油井の生産能力を増強したい場合に、寸法及び伝送モードが制約されること意味する。
【００２４】
Ｊｕｌｉｅ  Ｃ．Ｓｌａｕｇｈｔｅｒらに付与された米国特許に係る特許文献１０（名称：「超音波ダウンホール放射及びこれを用いた方法」）では、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ（登録商標）合金製の超音波トランスデューサを用いた装置を提案しており、これは井戸の底部に配置されて、地表に配置した超音波生成装置からパワー供給を受ける。装置の軸上にトランスデューサを配置することで、横方向における放射が可能となる。この発明は、井戸に注入されたアルカリ性溶液との反応時における乳化により、井戸の内部に含まれる炭化水素の粘度低下をもたらす。この装置では、地表から強制される流体循環を冷却システムと見なして、連続した放射を保証する。
【００２５】
Ｄｅｎｎｏｓ  Ｃ．Ｗｅｇｅｎｅｒらに付与された米国特許に係る特許文献１１（名称：「重油粘度の低減と生産」）では、重油（ＡＰＩ比重が２０未満）を生産するために、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ合金で形成されると共に、従来の抽出ポンプに取り付けられて地表に配置した発電機から給電されるトランスデューサで生成した超音波を用いる方法及び装置について提案がある。この発明はまた、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水性溶液のようなアルカリ性溶液の存在を考慮し、より低密度で低粘度の油溜まりにある原油とのエマルジョンを生成することで、ポンピングによる原油の生産回復を容易にする。ここでトランスデューサは超音波の縦放射を生起させるために、軸上に位置する。このトランスデューサは、装置に対して導波路（又はソノトロード）として機能する隣接ロッドに接続する。
【００２６】
Ｒｏｂｅｒｔ  Ｊ．Ｍｅｙｅｒらに付与された米国特許に係る特許文献１２（名称：「超音波技術を用いて油回復を向上させる方法」）では、超音波技術を用いた油回復の増強方法が提案されている。この提案された方法は、超音波の放射による凝集体の分解からなり、超音波放射は所定周波数範囲の作用をもたらし、様々な条件での流体及び固形物に刺激を与える。原油生産回復の主な機構は、油溜まり内のこれらの成分の相対移動に基づく。
【００２７】
上記した特許全ては、トランスデューサによる超音波を適用しており、該トランスデューサは外部の発電機から給電され、その送電ケーブルは通常２ｋｍを超える長さにもなる。これは伝送信号の損失という不利益をもたらし、井戸内でトランスデューサが適切に機能し得るように信号を十分に大きな強度で生成する必要があることを意味する。その理由は、この深さにおける高周波電気信号の振幅は初期値の１０％にまで低下するからである。
【００２８】
トランスデューサを高パワーの体制で機能させる必要があるため、空冷システム又は水冷システムが必要となり、井戸内への配置が極めて困難であって、このことは超音波強度が０．５〜０．６Ｗ／ｃｍ２を超えるべきでないことを意味する。この量は、油及び岩盤への音響効果について閾値が０．８〜１Ｗ／ｃｍ２であることを考慮すると、目的達成に不十分である。
【００２９】
Ａｎｄｒｅｙ  Ａ．Ｐｅｃｈｋｏｖに付与された露国特許に係る特許文献１３（名称：「生産地層のための坑底ゾーンの音響的刺激方法」）及びＡｎｄｒｅｙ  Ａ．Ｐｅｃｈｋｏｖらに付与された露国特許に係る特許文献１４（名称：「生産地層のための坑底ゾーンの音響的刺激方法）、Ａｎｄｒｅｙ  Ａ．Ｐｅｃｈｋｏｖらに付与された米国特許に係る特許文献１５（名称：「音響流による刺激方法及び装置」）では、生産井戸内からの流体産出を刺激するための方法及び装置が提案されている。これらの装置は革新的要素として、トランスデューサと共に発電機と連携し、井戸の底部で一体化される。これらのトランスデューサは不連続的な処方で動作し、該トランスデューサは外部の冷却システムを必要とせずに働くことができる。
【００３０】
固形材料に適切な刺激を与えるには、トランスデューサから油溜まりの岩盤への音響振動について伝達効率の高さが必要であって、これは井戸内の各種の音響インピーダンス（岩盤、水、壁、その他）によって決まる。周知のように、液体と固体との境界における反射係数は高く、その意味するところは、スチール管を通過する多量の波動が、井戸と油溜まりを連通させる孔の隙間に作用するには最適でないことである。
【特許文献１】米国特許第３，７２１，２９７号明細書
【特許文献２】米国特許第３，６４８，７６９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，３４３，３５６号明細書
【特許文献４】米国特許第４，２８０，５５７号明細書
【特許文献５】米国特許第４，５３８，６８２号明細書
【特許文献６】米国特許第３，９９０，５１２号明細書（名称：「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｏｉｌ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」）
【特許文献７】米国特許第５，５９５，２４３号明細書
【特許文献８】米国特許第５，９９４，８１８号明細書（名称：「Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｉｎｔｏ  ａ  Ｌｉｑｕｉｄ  ｏｒ  Ｐａｓｔｙ  Ｍｅｄｉｕｍ」）
【特許文献９】米国特許第６，４２９，５７５号明細書（名称：「Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｔｏ  ａ  Ｌｉｑｕｉｄ  ｏｒ  ｐａｓｔｙ  Ｍｅｄｉｕｍ」）
【特許文献１０】米国特許第６，２３０，７９９号明細書（名称：「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｄｏｗｎｈｏｌｅ  ｒａｄｉａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓａｍｅ」）
【特許文献１１】米国特許第６，２７９，６５３号明細書（名称：「Ｈｅａｖｙ  Ｏｉｌ  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」）
【特許文献１２】米国特許第６，４０５，７９６号明細書（名称：「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｏｉｌ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」）
【特許文献１３】露国特許第２，０２６，９６９号明細書（名称：「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｏｔｔｏｍ−ｈｏｌｅ  ｚｏｎｅ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」）
【特許文献１４】露国特許第２，０２６，９７０号明細書（名称：「Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｏｔｔｏｍ−ｈｏｌｅ  ｚｏｎｅ  ｏｆ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」）
【特許文献１５】米国特許第５，１８４，６７８号明細書（名称：「Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｆｌｏｗ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明の主な目的の１つは、効率の高い音響学的方法、つまり井戸孔領域における流体の移動度を高める方法を開発することである。
【００３２】
別の目的は、ダウンホール型音響装置、つまり井戸の孔内及びその周囲の双方における微粒子、有機物、クラスト及び有機堆積物を除去可能な、極めて高エネルギーの力学的波動を生起させる装置を提供することである。
【００３３】
また別の目的は、油井、ガス井及び水井戸のためのダウンホール型音響装置、つまりそれらの井戸を刺激するために化学物質を必要としない装置を提供することである。
【００３４】
別の目的は、処理後に井戸に戻る流体に関連する環境処理コストがかからないダウンホール型音響装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
ダウンホール型音響装置が提供され、これは前記した管の除去又は引き抜きを要することなく、管内で機能する。ある実施形態では、この管は任意の直径とされ、典型的には直径が約４２ｍｍである。また、ある実施形態では、管は直径が４２ｍｍである。
【００３６】
そして、あらゆる種類の仕上げ孔、ケース／穿孔を有する孔、砂利で固めた孔、網／ライナーをもつ孔等において動作可能なダウンホール型音響装置を提供することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本開示と、油井、ガス井及び／又は水井戸において、井戸孔領域の浸透性を増加させるという目的に従い、機械的振動により前記井戸孔領域に刺激を与えて、井戸の軸に沿って生起される機械的振動の位相変位に起因した抽出ゾーンへの横振動の形成を促し、縦波及び横波の重畳に起因する張力と圧力を交互にかけることで井戸内の物質移動プロセスの発生を促す方法及び装置を開示する。
【００３８】
このことは図２に線図で示しており、ラジエータ（４６）を伝播する縦振動の振動速度ベクトルＶＲｌ（４５）がラジエータ軸に沿うように向けられ、その一方で縦振動の振動変位ξＲｍｌ（４７）の振幅分布もまたラジエータに沿って伝播する。これに代えて、ポアソン効果の結果として、半径方向の振動がラジエータ（４６）に発生し、変位振幅ξＲｎＶ（４８）に示す特性分布をもつ。
【００３９】
ラジエータ（４６）の放射表面（４９）を通した半径方向の振動は、井戸孔領域（５０）へと伝わる。縦振動の速度ベクトルＶｚｌ（５１）は、ラジエータの軸に対して直交する方向で井戸孔領域（５０）を伝播する。線図５２は、半径方向の振動の変位振幅ξｚｍｌ（５０１）について半径方向における特性分布を示しており、この振動は井戸孔領域（５０）を伝播し、λｌ／４（ここで、λはラジエータ材料における縦波の波長である）に等しい距離に局在化されたラジエータのポイントから放射される。
【００４０】
媒質中を伝わる半径方向の振動の位相シフトによって、井戸孔領域にせん断振動がもたらされ、その振動速度ベクトルＶｚｓ（５３）は、ラジエータ軸に沿う向きとされる。線図５４は、せん断振動の変位振幅ξｚｍｓの特性分布を示す。
【００４１】
結果として、速度（Ｕｆ）及び固有波長λｌ／４での、縦波及び横波の重畳に起因して、井戸孔領域（５０）には音響流（５５）が生じる。
【００４２】
生成された音場の動作周波数は少なくとも、方程式１によって規定される固有周波数に対応する。
【００４３】
【数１】
2008519926.tif 000003
【００４４】
ここで、φは、地層、つまり抽出物が由来する井戸孔領域（５０）における多孔率であって、ｋは該領域の浸透率であり、またδは井戸孔領域の間隙流体の密度であって、ηは該流体の動粘性係数であり、ＦＡは、多孔質媒体に対する流体の相対変位についての振幅因子である。
【００４５】
表１は、想定したφ値及びｋ値での油溜まりの岩盤特性について、振幅因子を０．１として方程式１を用いた場合の固有周波数値を示す。水、通常の油及び重油の粘度をそれぞれ、０．５ｍＰａ、１．０ｍＰａ及び１０ｍＰａとしている。
【００４６】
【表１】
2008519926.tif 000004
【００４７】
上記段落に記載した方法は、詳細には図３に示す装置で実施され、該装置は井戸内に配置される。
【００４８】
図３を参照すると、電気音響装置（２０）は密封ケース（２００）、好適には円筒形とされて、ゾンデとして周知のケースを備えており、該装置は被覆ケーブル（２２）によって井戸内に降ろされる。この被覆ケーブル（２２）は好適にはワイヤであって、その内部には、１つ以上の導電体（２１）が被覆ケーブル（２２）に設けられる（ロギングケーブルとも呼ばれる）。
【００４９】
密封ケース（２００）は、振動を伝える材料で構成される。この密封ケース（２００）は２つの部分、つまり上部ケース（２３）及び下部ケース（２０１）を有する。下部ケース（２０１）は、その底端部に２つの内部キャビティ、つまり第１のキャビティ（２５）及び補償チャンバ（３０２）を有する。第１のキャビティ（２５）は小孔（２６）を介して外部と連通する。井戸孔領域から生産回復される流体（１８）は、これらの小孔（２６）を通って第１のキャビティ（２５）へと流れ込むことができる。この流体（１８）は、第１のキャビティ（２５）に充填された後で、装置（２０）の圧力によって井戸孔領域中の圧力を補償し得る。補償チャンバ（３０２）は冷却液（２９）で満たされ、この冷却液（２９）は１組の伸張性のベローズ（２７）に作用し、その結果、下部ケース（２０１）の補償エリア（２８）へのベローズの伸張が可能となる。
【００５０】
補償チャンバ（３０２）の上には、「刺激チャンバ」と称する第２のチャンバ（３０１）が位置し、このチャンバ（３０１）は、下部ケース（２０１）の刺激ゾーン（３４）に配置される。刺激ゾーン（３４）は孔（３５）を有しており、該ゾーンは地層（１２）への音響エネルギーの伝達レベルを増加させる。
【００５１】
第２のチャンバ及び補償チャンバ（３０１及び３０２）は、導波路又はソノトロード（６１）を収容する大チャンバ（３０）を形成する。ソノトロード（６１）は、ホーン（３２）、ラジエータ（３１）、半球状をした端部（３３）を有する。該ラジエータ（３１）は管状の幾何学的形状をもち、その外径がＤ０であり、（被覆ケーブル（２２）に近い）近位端は、刺激チャンバ（３０１）内に位置したホーン（３２）の形状とされ、その遠位端は内径Ｄ０／２の半球形状をなし、補償チャンバ（３０２）の内部に配置される。これらのチャンバはともに周辺フランジ（４４）によって封止され、周辺フランジ（４４）はラジエータ（３１）の半球状をした端部（３３）を保持する。ラジエータの管状部分の幾何学的寸法（外径「Ｄ０」、長さ「Ｌ」及び壁厚「δ」）については、電気音響トランスデューサ（３６）の固有振動周波数での、縦振動及び半径方向の振動の共振パラメータ下における動作条件によって決まる。
【００５２】
上記に説明した原理、すなわち図２の説明において井戸孔領域で縦波及び横波の重畳を形成することに関して前述した原理を実現するには、ソノトロード（６１）の管状体（ラジエータ３１）の長さ「Ｌ」が、ラジエータ材料中の縦波の波長λの半分以上、すなわち「Ｌ≧λ／２」とされる。
【００５３】
ホーン（３２）はトランスデューサ（３６）に溶接され、該トランスデューサ（３６）としては、コイル（３７）に囲まれた、磁歪型トランスデューサ又は圧電セラミック型トランスデューサのような電気音響トランスデューサが望ましい。
【００５４】
冷却システムを改善するために、トランスデューサ（３６）は２つの部分で構成される（図２には示していない）。
【００５５】
コイル（３７）は導電体（３８）と適切に接続され、この導電体は、上部ケース（２３）内の別個の区画部分（４０）に位置した電源部（３９）から延びている。電源部（３９）は、被覆ケーブル（２２）の導体（２１）によって井戸の地表面から給電される。電源部（３９）及びトランスデューサ（３６）は、これらを含む区画部分（それぞれ４０及び４２）に存在する液体（４１）で冷却される。
【００５６】
井戸孔領域に供給される音響出力を増加させるためには、少なくとも第２のトランスデューサ（５６）、つまり、第１のトランスデューサ（３６）と同位相で動作する電気音響トランスデューサを、図４に示すように装置（２０）に追加することが好ましい。電源部（３９）は、共通の給電用導体（３８）で両方のトランスデューサ（３６及び５６）に接続される。
【００５７】
この場合、ソノトロード（６１）は、２つのホーン（３２及び５７）と、ラジエータ（３１）を有する。このラジエータ（３１）は管状をしており、その両端部が、半波長のホーン形状（３２及び５７）で終わっている。
【００５８】
図５は、井戸孔領域における縦波及び横波の形成について特定される原理を発展させるための別の実施形態を示しており、装置（２０）は、２個又は２ｎ個（ここで、ｎは自然数である）の振動システム（５８及び５９）を含む。この場合に、それぞれの対をなす電気音響トランスデューサ同士は同位相で動作し、それぞれの対の次にくる振動システムは、その前の振動システムとは逆位相で動作する。
【００５９】
電源部（３９）は、共通の給電用導電体（３８）を用いて、各々の振動システムにおけるトランスデューサ（５８及び５９）と接続する。
【００６０】
このシステムの構築のための他の構成要素については、図３で説明した構成要素と同様である。
【００６１】
ソノトロード（６１）の動作効率を増加させるためには、図６及び図６ａに従って、その構成が変更される。
【００６２】
図６及び図６ａに例示するように、ソノトロード（６１）は、円筒ハウジング（６０）を有しており、これには１つ以上の長手方向の溝（６２）が設計されて設けられる。一実施形態では、長手方向の溝（６２）が２〜９個とされる。これらの溝（６２）の長さは、電気音響装置によって伝達される波動がもつ波長λの半分の倍数であり、その幅は、約０．３Ｄ０から約１．５Ｄ０（特定の実施形態においては、０．３Ｄ０乃至１．５Ｄ０）の範囲内で変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本明細書に開示した教示による放射装置の一例を示す図である。
【図２】本開示による方法の一例を示す線図である。
【図３】例示的な音響装置の長手方向の断面図である。
【図４】本明細書に開示した例示的な音響装置について第２実施形態の詳細を示す図である。
【図５】例示的な音響装置の第３実施形態を示す図である。
【図６】例示的な放射装置の第４実施形態を示す図である。
【図６ａ】図６のａ−ａ線に沿う断面図である。
【図１】
2008519926.tif 000005
【図２】
2008519926.tif 000006
【図３】
2008519926.tif 000007
【図４】
2008519926.tif 000008
【図５】
2008519926.tif 000009
【図６】
2008519926.tif 000010
【図６ａ】
2008519926.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月3日(2007.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油、ガス及び／又は水を含む井戸の生産能力を増加させる物質移動プロセスの発生を促す方法であって、
（ａ）機械的振動を井戸孔領域に導入し、前記井戸の軸に沿って生じる機械的振動の位相変位に起因する前記井戸孔領域におけるせん断振動を生起させ、
（ｂ）放射を受ける前記井戸内の多孔質媒体での縦波と横波の重畳により前記井戸内に張力及び圧力を交互に与えることにより、前記井戸内での物質移動プロセスの発生を促すことを含み、
前記縦波と横波の重畳により、前記井戸孔領域における速度Ｕｆ及び波長λｌ／４(「λｌ」はラジエータ材料における縦波の波長である)の音響流がもたらされて、当該音響流を与える音場の変位周波数が、放射を受ける前記多孔質媒体について算出される固有周波数に少なくとも対応した値とされる方法。
【請求項２】
前記放射を受ける媒体の粘性力よりも大きい慣性力が生じる結果として、生成された音場は前記多孔質媒体に流動性の高いゾーンを生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記音響流は、前記井戸孔領域における地層の損傷を除去するように促進する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
油、ガス及び／又は水を含む井戸孔領域に力学的波動を導入することにより、井戸の生産能力を増加させる物質移動プロセスを促すための電気音響装置であって、
放射表面が前記井戸の軸に沿って配置され、かつ生起される振動の固有波長の２分の１以上とされる長さをもったソノトロードを備えており、該ソノトロードは、前記井戸の軸に沿って生起される機械的振動の位相変位に起因する、前記井戸孔領域におけるせん断振動を生成し、生成された縦波と横波の重畳に起因する張力及び圧力を交互に与えることで、その結果得られる物質移動プロセスを、油、ガス及び／又は水を含む井戸内にもたらし、前記縦波と横波の重畳は、速度Ｕｆ及び波長λｌ／４(「λｌ」はラジエータ材料における縦波の波長である)の音響流を与えるように適合され、
前記ソノトロードは管状の幾何学的形状を有し、その寸法が、前記電気音響装置に含まれる電気音響トランスデューサの固有共振周波数の縦振動及び半径方向振動の共振パラメータ下の動作条件によって決定され、前記固有共振周波数は、前記電気音響装置によって放射される媒体について算出される固有周波数に少なくとも対応する値とされる電気音響装置。
【請求項５】
前記管状の幾何学的形状として外径Ｄ０を有し、一端部がホーン形状とされて反対側の端部が半球状をなし、内径がＤ０／２とされた、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項６】
前記電気音響トランスデューサが磁歪型電気音響トランスデューサ又は圧電型電気音響トランスデューサである、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項７】
前記電気音響装置が２個以上の電気音響トランスデューサを含んでおり、該電気音響トランスデューサは同位相で動作する振動システムを形成し、該振動システムは、生成される縦波及び半径方向の波動がもつ波長の半分の倍数とされる距離をおいて、前記ソノトロードに接続される、請求項４に記載の電気音響装置。
【請求項８】
２ｎ個（ｎは自然数である）の振動システムを含み、該振動システムは、連続した対をなすようにグループ分けされる場合に、振動システムをなす各々の対の電気音響トランスデューサが同位相で動作し、各々の次の対は、当該対に隣接する振動システムに対して逆位相で動作する、請求項７に記載の電気音響装置。
【請求項９】
前記ソノトロードは、２つ以上の溝を有する円筒ハウジングを含む、請求項５に記載の電気音響装置。
【請求項１０】
前記溝は、前記ソノトロードの長手方向の軸に対して平行であり、その長さが前記電気音響装置によって生成される波長の半分の倍数とされ、前記溝の幅は、０．３Ｄ０乃至１．５Ｄ０である、請求項９に記載の電気音響装置。
【請求項１１】
前記電気音響トランスデューサが磁歪型電気音響トランスデューサ又は圧電型電気音響トランスデューサである、請求項１０に記載の電気音響装置。
【請求項１２】
前記電気音響装置は、同位相で動作する振動システムを形成する２個以上の電気音響トランスデューサを含み、該電気音響トランスデューサは、生成される縦波及び半径方向の波動がもつ波長の半分の倍数とされる距離をおいて前記ソノトロードに接続される、請求項６に記載の電気音響装置。
【請求項１３】
２ｎ個（ｎは自然数である）の振動システムを含み、該振動システムは、連続の隣接した対をなすようにグループ分けされる場合に、振動システムをなす各々の対の電気音響トランスデューサが同位相で動作し、各々の次の対は、当該対に隣接する振動システムに対して逆位相で動作する、請求項１２に記載の電気音響装置。
【請求項１４】
油、ガス及び／又は水を含む井戸の生産性を高める方法であって、
（ａ）電気音響装置を、孔領域を有する井戸内に導入し、
（ｂ）前記電気音響装置を作動させるとともに、この作動させる工程では機械的振動を井戸孔領域に生起させ、
（ｃ）前記井戸の軸に沿って生起される機械的振動の位相変位に起因するせん断振動を前記井戸孔領域に発生させ、
（ｄ）前記井戸孔領域に隣接して前記井戸内に存在する多孔質媒体への放射を、該多孔質媒体における縦波と横波の重畳を介して行うことによって前記井戸内で張力及び圧力を交互にかけて、前記井戸内での物質移動プロセスの発生を促し、
（ｅ）その結果得られた音場及び流れを前記多孔質媒体にもたらし、前記音場の変位周波数が、前記放射を受ける多孔質媒体の固有周波数に少なくとも対応する値となるようにし、
（ｆ）前記井戸から所望の流体を入手すること、を含む方法。
【請求項１５】
前記放射を受ける媒体の粘性力よりも大きい慣性力が生じる結果として、生成された音場は前記多孔質媒体に流動性の高いゾーンを生じさせる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記縦波と横波の重畳は、速度Ｕｆ及び波長λｌ／４(「λｌ」はラジエータ材料における縦波の波長である)の音響流を与えるように適合される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記放射を受ける多孔質媒体について前記固有周波数を算出する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気音響装置はソノトロードを含み、該ソノトロードの放射表面は、前記井戸の軸に沿って位置し、前記ソノトロードはその長さが、生起される振動の固有波長の半分以上である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気音響装置は、同位相で動作する振動システムを形成する２つ以上の電気音響トランスデューサを含み、該電気音響トランスデューサは、生成される縦波及び半径方向の波動がもつ波長の半分の倍数とされる距離をおいて、前記ソノトロードに接続される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
２ｎ個（ｎは自然数である）の振動システムを提供する工程をさらに含み、該振動システムは、連続の隣接した対をなすようにグループ分けされる場合に、振動システムをなす各々の対の電気音響トランスデューサが同位相で動作し、各々の次の対は、当該対に隣接する振動システムに対して逆位相で動作する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ソノトロードは複数の長手方向の溝を含み、該溝は前記ソノトロードの円型ハウジングの周囲に沿って均等に離間して設けられる、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
ラジエータ（４６）の放射表面（４９）を通した半径方向の振動は、井戸孔領域（５０）へと伝わる。縦振動の速度ベクトルＶｚｌ（５１）は、ラジエータの軸に対して直交する方向で井戸孔領域（５０）を伝播する。線図５２は、半径方向の振動の変位振幅ξｚｍｌ（５０１）について半径方向における特性分布を示しており、この振動は井戸孔領域（５０）を伝播し、λｌ／４（ここで、λｌはラジエータ材料における縦波の波長である）に等しい距離に局在化されたラジエータのポイントから放射される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
【図１】本明細書に開示した教示による放射装置の一例を示す図である。
【図２】本開示による方法の一例を示す線図である。
【図３】例示的な音響装置の長手方向の断面図である。
【図４】本明細書に開示した例示的な音響装置について第２実施形態の詳細を示す図である。
【図５】例示的な音響装置の第３実施形態を示す図である。
【図６】例示的な放射装置の第４実施形態を示す図である。
【図６ａ】図６の６ａ−６ａ線に沿う断面図である。
【国際調査報告】
2008519926.tif 000012
2008519926.tif 000013