CN103968720A - 地热井井内药包爆破装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地热井井内药包爆破装置及其实现方法，主要解决了现有技术中存在的穿孔装置射孔弹穿出孔道长度和深度均有限，且性价比不高，不能满足实际需求的问题。该地热井井内药包爆破装置，包括顶部开口、底部呈锥形的管皮（6），填充于管皮（6）内的炸药（5），位于管皮（6）开口处上方、下端安装有接管头（2）的提球（1），设置于提球（1）中部、下端连接有雷管（4）的电缆，所述提球（1）与管皮（6）之间填充有封团物，所述管皮（6）壁外均匀刻有纵横槽。通过上述方案，本发明达到了结构简单、实施方便、性价比较高的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

地热井井内药包爆破装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种爆破装置，具体地说，是涉及一种地热井井内药包爆破装置及其实现方法。

背景技术

作为一种高效、洁净的能源，地热在当前经济建设和人民生活中发挥着重要的作用，一些发达国家已将地热资源作为主要的能源资源，大力提倡和开发。

我国华北平原的地热资源十分丰富，但开发利用程度不高，目前开采程度较高的地区仅限于京、津、廊坊等地，究其原因，主要是受地质条件和开采条件的限制，由于隔热、保温层埋深大，主要含水层为第三系馆陶组和明化镇组及寒武-奥陶系灰岩，深度超千米，因而开采施工难度和工程造价较高。由于地热井成井施工大多采用无芯钻进、泥浆护壁﹑正反循环的施工工艺，含水层的孔隙、裂隙易被岩屑、泥浆堵塞，直接造成井内出水量减少及出水温度降低。同时，钻孔深度大、含水层埋藏深、水头压力高，使得洗井和井内处理难度极大。一旦成井后未达到预计设计效果将给地热井的开发单位和施工单位造成严重的经济损失。

因此，如何采用合理的井内处理方法，最大限度地增加出水量，提高出水温度是当前地热井勘探开发亟待解决的问题。其中，采用爆破方法使地热井的出水段形成更多、更长的水流通道是增加出水量、降低地热成本的有效方法。

目前，深井井内爆破比较常用的是射孔弹技术，射孔技术是石油行业的关键技术，其在地热开发中的成功应用是一种行业技术的横向突破。热水井射孔是指利用射孔器射穿套管及套管水泥环直至地层，沟通井筒与含水层间的流体通道的整个过程。射孔器中的射孔弹引爆后，爆炸产生的爆轰能量束击穿套管和击垮穿地层0.5~2m，形成和扩大地热水流通道，达到增加水量的目的。射孔的有效性受地层特性、射孔参数、井内条件、施工条件和射孔弹的装药量等多方面因素的影响。

射孔工艺在油气井开发中已经是相当成熟的技术，但在地热能开发过程中还比较少，效果良好的射孔技术的基本原理是利用射孔弹爆炸后，由聚能效应产生的高温高压爆轰波冲击套管而完成射孔。聚能效应即利用装药装置的形状特性来提高爆炸后的局部破坏作用的效用。装药凹槽内衬有金属药型罩，装药爆炸时，汇聚的爆轰产物驱动药型罩，使药型罩在轴线上闭合并形成能量密度更高的金属射流。

聚能射孔弹的穿孔原理为：射孔弹装药从顶部被导爆索引爆后，爆炸产生的爆轰波向前传播，爆炸产物以几万兆帕的压力驱动药型罩形成的金属射流近似地沿其法线方向依次向轴线塑性流动，其速度(称为压垮速度)由药型罩形成的射流向轴线汇聚碰撞过程中发生能量再分配，靠近罩内表面的金属速度比压垮速度提高1～2倍，使能量密度进一步提高，高速面上形成高温、高压、高应变率区域，使岩石迅速崩解、破碎，后续射流又将这些破碎物挤入地层，从而形成了射孔孔道，同时对孔道四周的岩石进行了压实。根据射孔弹的结构、地层岩石性质，射孔弹穿出孔道长度一般1米左右。孔道直径一般在几毫米至十多毫米。

射孔弹进入孔道后，整个孔道的内壁成为渗水断面，然后汇集将孔道作为集水廊道，地下水以紊流的形式沿此廊道涌出。孔道形成后，对孔道周边地层的渗透率也有重大影响，由于烧结压实孔隙率大大降低，所以必须寻找赋水性好、渗透率大的储热层，影响射孔产水的关键因素除射孔目的层以外，射孔参数的优化配合也至关重要。射孔参数主要由射孔深度、孔密、孔距、相位角、射孔格式等来决定。

然而，现今的穿孔装置的装药量受到限制，工艺复杂，造价很高，而且穿出孔道长度只有1米左右，穿透深度非常有限。特别是，地热水的经济价值远远低于石油和油气的价值。因此，寻找一种低成本、能量更高、作用范围更大，能够大大增加出水量的地热井爆破装置对地热产业有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地热井井内药包爆破装置及其实现方法，主要解决现有技术中存在的射孔弹穿出孔道长度有限、成本高和增加水量不大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

地热井井内药包爆破装置，包括顶部开口、底部呈锥形的管皮，填充于管皮内的炸药，位于管皮开口处上方、下端安装有接管头的提球，设置于提球中部、下端连接有雷管的电缆，所述提球与管皮之间填充有封团物，所述管皮壁外均刻槽深度均匀的纵横槽。

作为优选，所述管皮由无缝钢管制作而成；所述电缆为双芯电缆；所述炸药为硝铵或铵锑炸药；所述雷管为带防水脚线的低压片电雷管；所述电缆采用钢丝加强的三铜四钢的双包线作为电缆线。

基于上述装置，本发明公开了一种地热井井内药包爆破装置的实现方法，包括以下步骤：

（1）在由无缝钢管制作而成的管皮壁外均匀刻纵横槽；

（2）将炸药搓成粉末装入管皮内，并捣实；

（3）安装完提球、雷管、电缆和封团物后，将组装完成的地热井井内药包爆破装置安装于待爆破处，点燃雷管引爆炸药；

（4）采用大功率水泵抽出渣滓；

（5）重复步骤（1）~（4），直至完成爆破。

上述中，设置提球和封团物是为了避免在爆破之后残渣留在井内，不易排出，接头封闭不好将造成爆破失败，因而安装接管头提高封闭性，提球与管皮开口处相匹配，形成一密封结构，由于该种结构在本领域十分常见，因而在此不作更多说明；爆破选用的爆破器材由无缝钢管制作而成，管皮壁外均匀刻有纵横槽，是为保证井内爆破均匀分布，同时起到抗水压的能力，但是不能太厚，壁厚则不能发挥爆破效果；雷管选用带防水脚线的低压片电雷管，炸药选用对热机械作用敏感度不大、撞击摩擦不会爆炸的硝铵或铵锑炸药；电缆线选用钢丝加强的三铜四钢的双包线，电线必须严格检查绝缘皮，由于爆破深度较大，电线较长，电线的电阻较大，应与安放的雷管数量很好配合，否则因电阻过大不易引爆。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中，采用巧妙的结构设计，通过在地热井内进行药包爆破，产生了新裂隙使井孔附近的脉状水与井孔沟通，由于旧裂隙被泥砂充填或钻井中裂隙被岩粉充填，由爆破产生的高压气体向四周猛烈挤压使地下水和井壁受到强大压力，此时孔内短时形成真空，接着地下水回弹带着大量泥砂和岩粉，在地下水一冲一回的作用下，震活和冲开了旧裂隙迫使孔内水体沿裂隙扩散并产生上涌，有效提高了井内出水量、井口出水温度。

（2）本发明结构简单、设计巧妙、实施方便、应用时耗费低，支持连续爆破，有效提高了爆破深度，性价比较高，符合实际需求，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-提球，2-接管头，3-双芯电缆，4-雷管，5-炸药，6-管皮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本发明中的地热井井内药包爆破装置主要包括内部填充有炸药5的管皮6，用于安装引爆雷管4的电缆的提球1，其中，管皮6顶部开口、底部呈锥形，为中空结构，炸药5填充于中空腔体内，管皮6采用Φ127 mm 的无缝钢管制作而成，炸药5选用对热机械作用敏感度不大、撞击摩擦不会爆炸的硝铵或铵锑炸药，在使用时可搓成粉末，装入管皮6后捣实；提球1位于管皮6开口处上方、下端安装有接管头2；雷管4连接于电缆下端，电缆上端连接于提球1中部，雷管选用带防水脚线的低压片电雷管，发火电流为0.5～1.5A,以360 V火线引爆，电缆选用采用钢丝加强的三铜四钢的双包线作为电缆线的双芯电缆3，电缆线必须严格检查绝缘皮,由于爆破深度较大,电线较长,电线的电阻较大 ,应与安放的雷管数量很好配合 ,否则因电阻过大不易引爆；提球1与管皮6之间填充有封团物，在实施时，优选炸药5填充深度略低于管皮6深度，封团物填充入管皮6和提球1一定深度，均刻纵横槽可以在抵抗水压力的前提下，最大限度地提高爆破效果。

在实施时，采用分段爆破的方式，由于爆破深度在千米以上时水压力较大，因而爆破选用的爆破器材料为Φ127 mm 的无缝钢管，管长为1.0 m ，管壁厚 8 mm，为使井内爆破均匀分布，本发明中在管壁外均匀刻有纵横细槽，槽深不大于4 mm，刻槽深度必须均匀，如刻槽深度过大或不均匀，或接头封闭不好， 都将造成爆破失败。控制好每次爆破的药量是关键，避免一次性爆破出现不可控的情况（因内部作用把井周围堵塞，形成一个硬壳，造成渣滓排不出来﹑井塌﹑井报废等情况），炸完一次，立刻使用大功率的水泵抽出渣滓，然后再继续第二次爆破，连续三次这样操作，即可通过爆破扩展孔隙﹑裂隙的延伸﹑破坏堵塞现象，从而增加井内出水量﹑提高井口出水温度。经验证，采用本装置进行爆破的操作简单﹑耗费低，效果明显。

爆破器的外皮材料及壁厚在地热深井处理中起着非常重要的作用,壁薄则不能抵抗水压力,壁厚则不能发挥爆破效果，本发明中的外皮材料及壁厚能充分满足临界要求。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (7)

1.地热井井内药包爆破装置，其特征在于，包括顶部开口、底部呈锥形的管皮（6），填充于管皮（6）内的炸药（5），位于管皮（6）开口处上方、下端安装有接管头（2）的提球（1），设置于提球（1）中部、下端连接有雷管（4）的电缆，所述提球（1）与管皮（6）之间填充有封团物，所述管皮（6）壁外均匀刻有纵横槽。

2.根据权利要求1所述的地热井井内药包爆破装置，其特征在于，所述管皮（6）由无缝钢管制作而成。

3.根据权利要求1所述的地热井井内药包爆破装置，其特征在于，所述电缆为双芯电缆（3）。

4.根据权利要求1所述的地热井井内药包爆破装置，其特征在于，所述炸药（5）为硝铵或铵锑炸药。

5.根据权利要求1所述的地热井井内药包爆破装置，其特征在于，所述雷管（4）为带防水脚线的低压片电雷管。

6.根据权利要求1所述的地热井井内药包爆破装置，其特征在于，所述电缆采用钢丝加强的三铜四钢的双包线作为电缆线。

7.权利要求1~6任意一项所述的地热井井内药包爆破装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在由无缝钢管制作而成的管皮壁外均匀刻纵横槽；

（2）将炸药搓成粉末装入管皮内，并捣实；

（3）安装完提球、雷管、电缆和封团物后，将组装完成的地热井井内药包爆破装置安装于待爆破处，点燃雷管引爆炸药；

（4）采用水泵抽出渣滓；

（5）重复步骤（1）~（4），直至完成爆破。