CN101737028A - 一种煤层气强脉冲压裂开发装置 - Google Patents

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Abstract

一种煤层气强脉冲压裂开发装置，包括起爆装置1，起爆装置1连接有高压燃气枪装置2，高压燃气枪装置2通过第一转换连接件3连接有第一承载式燃气装置4，第一承载式燃气装置4通过第二转换连接件5连接有第二承载式燃气装置6，第二承载式燃气装置6的末端是可燃导向体8，第二承载式燃气装置6与可燃导向体8之间设置有可燃挡板7，各个承载式燃气装置内采用较高燃速和低燃速压裂药匹配组合，由转换连接件内的延时点火器控制，高温高压气体能量连续释放形成多级强脉冲压力，对煤地层实施多次连续压裂，促使煤地层裂缝的快速延伸与拓展，产生和形成较长的多裂缝体系，达到提高煤层气井产量的目的。

Description

一种煤层气强脉冲压裂开发装置
技术领域
本发明涉及煤层气压裂开发的增产技术，特别涉及一种煤层气强脉冲压裂开发装置。
技术背景
我国煤层气资源储量非常丰富，位列世界第三位，但利用率很低。煤气层多为低渗透率、低压力、低含水饱和度，富含煤层气的煤田大都具有构造复杂、煤体破坏严重等特点，开发难度较大。目前提高煤层渗透率主要有洞穴法和水力压裂法，其中包括：垂直井套管射孔完井、清水加砂压裂、活性水加砂压裂、洞穴完井等工艺及空气钻井，氮气泡沫压裂，清洁压裂液、胶加砂压裂，注入二氧化碳等研究与尝试，以提高煤层气井产量和采收率，积累了很多经验，但改造效果并不理想。
我国煤气层具有特低渗、低压、煤气层构造复杂等特征，煤气层地层环境复杂，开发难度较大，其中煤层气吸附性较强是煤层气开发的主要难点。煤层气吸附性分为物理吸附和化学吸附，物理吸附作用较容易解吸，而化学吸附作用就较困难。化学吸附作用状态转变为物理吸附作用状态就要克服吸附质与吸附剂表面形成化学键所需的能量，创造条件转变吸附状态。研究表明：自然界煤层中的煤层气吸附条件、吸附过程与煤层气解吸条件、解吸过程明显本质不同，主要与作用过程、时间、条件、类型、影响因素等密切相关。煤层气解吸方法主要有降压解吸、升温解吸、置换解吸等，研究如何有效解吸煤层气的方法是煤层气开发的关键所在。煤储层的渗流能力是煤层中气体导流能力的反映，它关系到甲烷气体在煤中的赋存状态和开采抽放的难易程度。煤层气存在于煤的双孔隙系统中，煤的双孔隙系统为基质孔隙和裂缝孔隙。另外煤层气井一般井较浅(一般小于1000m)，层多、层薄、夹层较多、较大，施工较复杂；与油气井地层特征相比，煤地层一般破裂压力较低，地层塑性较强，水敏性较强，给水力压裂措施的有效性都带来难题。
水力压裂是目前较常用的煤气层改造措施，由于其压力过程中压力上升缓慢，产生和形成的裂缝受到地层主应力约束，一般只能形成两翼对开的两条垂直裂缝。但离主裂缝较远的煤气层难以再产生裂缝，煤气层的渗透性和空隙度基本不受影响，地应力、温度基本不改变，而压力变化仅限于主裂缝附近，难以形成煤层气解吸环境和条件，煤层气也难以解吸出来，所以有些井水力压裂后衰减较快，重复压裂改造也难以改变。如何有效提高煤气层渗透性和基质空隙的连通性，创造有利煤层气解吸的环境和条件，促进煤层气有效解吸出来的方法是研究问题的关键。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种煤层气强脉冲压裂开发装置，针对煤气层地质特征、主要开发难点及煤气层井身结构特点，在煤气层目的层通过产生高温高压气体快速膨胀作用及形成强脉冲压力波加载作用压裂煤气层，促使煤气层产生和形成较长多裂缝体系，提高和改善地层渗透导流能力和基质空隙的连通性，创造有利于煤层气解吸的环境和条件，促进煤层气的解吸和泻出，并通过形成和产生的多裂缝沟通体系扩散到井筒，达到提高煤层气井产量的目的。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种煤层气强脉冲压裂开发装置，包括起爆装置1，起爆装置1连接有高压燃气枪装置2，高压燃气枪装置2通过第一转换连接件3连接有第一承载式燃气装置4，第一承载式燃气装置4通过第二转换连接件5连接有第二承载式燃气装置6，第二承载式燃气装置6的末端是可燃导向体8，第二承载式燃气装置6与可燃导向体8之间设置有可燃挡板7。
所述的高压燃气枪装置2包括一管状的泄压管9，泄压管9的内壁上设置有包覆层10，包覆层10内设置有传火管11，传火管11的内部是一级辅助点火药12，传火管11与包覆层10之间是一级压裂药13。
所述的第一承载式燃气装置4包括包覆隔热壳体14，包覆隔热壳体14的内部设置有承载传火管15，承载传火管15内部是二级辅助点火药16，承载传火管15与覆隔热壳体14之间是二级压裂药17。
所述的第二承载式燃气装置6与第一承载式燃气装置4的内部结构相同。
所述的第一转换连接件3和第二转换连接件5内部分别设置有第一延时点火器18和第二延时点火器19。
本发明先以起爆装置1高于煤气层地层破裂压力1.5-3.5倍的强脉冲压开煤地层产生多裂缝，然后通过高压燃气枪装置2、第一承载式燃气装置4和第二承载式燃气装置6实施多次连续高压脉冲波冲击压裂地层，促使地层产生和形成多条较长的径向多裂缝体系，提高和改善地层渗透导流能力和基质空隙的连通性，创造有利煤层气解吸的环境和条件，促进煤层气解吸和泻出，达到提高煤层气井产量的目的。
本发明的特点是采用较高燃速和低燃速压裂药匹配组合，由转换连接件内的延时点火器控制，高温高压气体能量连续释放形成多级强脉冲压力，对煤地层实施多次连续压裂，促使煤地层裂缝的快速延伸与拓展，产生和形成较长的多裂缝体系。该装置采用中心承载点火控制引燃系统控制各级压裂药装置，总能量大，能量利用率高，保证了对煤地层压裂作用时间较长，对地层的作用效果明显，不伤害套管。施工时可根据煤气层目的层地质特点、层系薄厚及夹层长短等设计合理调整装药结构设计，可采用一次压裂、分段分组压裂，多层分级压裂等方法完成作用功能；并可根据煤层储层特点，合理避开如泥岩层等不需要压裂的井段，提高了技术的可操作性和实用性，降低了成本。
附图说明
附图是本发明的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。
参照附图，一种煤层气强脉冲压裂开发装置，包括起爆装置1，起爆装置1可采用压力起爆或撞击起爆，起爆装置1连接有高压燃气枪装置2，高压燃气枪装置2通过第一转换连接件3连接有第一承载式燃气装置4，第一承载式燃气装置4通过第二转换连接件5连接有第二承载式燃气装置6，第二承载式燃气装置6的末端是可燃导向体8，第二承载式燃气装置6与可燃导向体8之间设置有可燃挡板7。
所述的高压燃气枪装置2包括一管状的泄压管9，泄压管9的内壁上设置有包覆层10，包覆层10内设置有传火管11，传火管11的内部是一级辅助点火药12，传火管11与包覆层10之间是一级压裂药13。
所述的第一承载式燃气装置4包括包覆隔热壳体14，包覆隔热壳体14的内部设置有承载传火管15，承载传火管15内部是二级辅助点火药16，承载传火管15与包覆隔热壳体14之间是二级压裂药17，包覆隔热壳体14对压裂药起保护隔热作用。
所述的第二承载式燃气装置6与第一承载式燃气装置4的内部结构相同，但其内部的压裂药的燃速不同，所产生的压力不同，第二承载式燃气装置6工作时产生的压力要大于第一承载式燃气装置4时的压力，小于高压燃气枪装置2工作时产生的压力。
所述的第一转换连接件3和第二转换连接件5内部设置有第一延时点火器18和第二延时点火器19。
本发明的工作原理为：首先通过撞击或压力使得起爆装置1点火起爆，引燃高压燃气枪装置2：即起燃装置1点火起爆通过传火管11点燃一级辅助点火药12，一级辅助点火药12引燃一级压裂药13，一级压裂药13燃烧后产生高温高压气体，通过泄气管9泄气产生第一级高压脉冲压力压开煤层；随即第一级燃气压力升压至引爆第一延时点火器18转换引燃第一承载式燃气装置4：即第一延时点火器18通过承载传火管15引燃二级辅助点火药16，二级辅助点火药16引燃二级压裂药17，二级压裂药17燃烧产生大量高温高压气体，形成第二级脉冲压力波扩展煤地层多裂缝；同时通过二级辅助点火药16引爆第二延时点火器19转换引燃第二承载式燃气装置6，原理与第一承载式燃气装置4的工作原理相同，同时引燃末端的可燃挡板7、可燃导向体8，完成煤层气强脉冲压裂开发技术装置作用功能。包覆隔热壳体14主要作用是对二级压裂药17起保护隔热作用，属限制时间性隔热作用，防止上一级压裂药燃烧时，非正常引燃本级压裂药，但在本级压裂药燃烧时随即燃烧。整个作用过程分级有序释放，产生多次强脉冲压力，对地层实施多次连续压裂造缝作用，以促使地层产生多裂缝，作用顺序一般设计为高压、较高压、次高压作用，促使煤层产生和形成较长的多裂缝体系。根据煤地层目的层地质特点、地层的分布及工艺要求可调整整体装药装置结构设计，高压燃气枪装置2、第一承载式燃气装置4、第二承载式燃气装置6可分别多组连接，满足使用功能要求，保证结构的安全可靠性和有效性。

Claims (5)

1.一种煤层气强脉冲压裂开发装置，其特征在于，包括起爆装置(1)，起爆装置(1)连接有高压燃气枪装置(2)，高压燃气枪装置(2)通过第一转换连接件(3)连接有第一承载式燃气装置(4)，第一承载式燃气装置(4)通过第二转换连接件(5)连接有第二承载式燃气装置(6)，第二承载式燃气装置(6)的末端是可燃导向体(8)，第二承载式燃气装置(6)与可燃导向体(8)之间设置有可燃挡板(7)。
2.根据权利要求1所述的一种煤层气强脉冲压裂开发装置，其特征在于，所述的高压燃气枪装置(2)包括一管状的泄压管(9)，泄压管(9)的内壁上设置有包覆层(10)，包覆层(10)内设置有传火管(11)，传火管(11)的内部是一级辅助点火药(12)，传火管(11)与包覆层(10)之间是一级压裂药(13)。
3.根据权利要求1所述的一种煤层气强脉冲压裂开发装置，其特征在于，所述的第一承载式燃气装置(4)包括包覆隔热壳体(14)，包覆隔热壳体(14)的内部设置有承载传火管(15)，承载传火管(15)内部是二级辅助点火药(16)，承载传火管(15)与覆隔热壳体(14)之间是二级压裂药(17)。
4.根据权利要求1所述的一种煤层气强脉冲压裂开发装置，其特征在于，所述的第二承载式燃气装置(6)与第一承载式燃气装置(4)的内部结构相同。
5.根据权利要求1所述的一种煤层气强脉冲压裂开发装置，其特征在于，所述的第一转换连接件(3)和第二转换连接件(5)内部分别设置有第一延时点火器(18)和第二延时点火器(19)。
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