CN105647503B - 页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，涉及一种页岩气开采领域，爆破剂包括重量份数为80～90的基体材料、重量份数为10～20的晶粒粘结料，基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物。方法包括步骤：A、制备混合原料；B、混合：将基体材料、晶粒粘结料及其适量水混合均匀；C、研磨：送入球磨机研磨，得到团聚状的颗粒；D、筛分：筛分，得到20～30目高圆度的颗粒料；E、烧制：将筛分后的颗粒料送入炉窑中烧制，得到页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂。本发明具有爆破膨胀力均匀、爆破时间短、爆破时间稳定、工作效率高、施工简单、安全环保、压裂效果好、成本低等特点，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种非常规天然气资源页岩气开采领域，特别是一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂及其制造方法。
背景技术
页岩气是一种重要的非常规天然气资源，其主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，是以吸附或游离状态为主要存在方式聚集于页岩类夹层中。它既是常规能源天然气的潜在替代能源，也是清洁环保新能源。它的主要成分以甲烷为主，是今后大规模应用的新型天然气。由于页岩气成因复杂，造成其储藏形式复杂，大约50存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，大约50以吸附状态存在于粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩中。因此，页岩气储集层渗透率低，气流的阻力比常规天然气大，造成页岩气开采技术难度非常大。但是，由于页岩气储层的比表面比常规砂岩储层大很多，其吸附气量远大于砂岩吸附气量，页岩气能够具有较长的稳产期、较高的累积产气量和较好的开发价值。根据页岩气的成藏规律、储集空间、渗流规律，通过对低渗透的页岩压裂可以开辟天然气流通道，从而达到开采收集页岩气的目的。因此压裂技术成为页岩气开采的重要技术。
目前页岩气等低渗透油气在我国已形成勘探开发的新亮点。实现低渗透油气商业规模的开发利用，主要是提高其产气量和采收率才能降低生产成本，其瓶颈就在于压裂技术或压裂方式方法问题。发明专利CN102168543B、CNl102877823A及CN103161434A公开的技术方法均利用了爆破原理对油气储层进行改造以增加油气采收率，其缺点是采用的是常规的炸药爆破方式，存在使用安全性差等问题。同时这种炸药爆破方式也容易超过岩石的屈服应力并破坏井眼，进而形成岩石压实带，使得爪裂效果受限，适用范围窄。
发明专利CN104005748A公开的页岩气等低渗透油气藏开采的静态爆破压裂方法，与炸药爆破方式相比，实现了爆破无音响、无震动、无毒气排放等优势。但该种静态爆破压裂方法所使用的静态爆破剂是一种石灰系或氧化镁系或钙矾石系粉末状的爆破剂，在实际施工中，需要准确地计量水量对粉末进行拌和，不仅工作效率低，而且水合反应生成的水合热增加了井下孔隙内部蒸气压力而产生喷口现象，导致水蒸气不易穿过装填的空隙，造成爆破时间长、爆破剂受温度影响大、爆破时间不稳定、爆破膨胀力不均匀等问题。因此，页岩气开采用的静态爆破压裂方法，关键在于制造一种高效的适合于页岩气等油气藏开采用的新的静态爆破剂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种爆破时间短且稳定、爆破膨胀力均匀、易于提高工作效率并且安全、环保的页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂及其制造方法。
解决上述技术问题的技术方案是：一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，包括基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料的重量份数为80～90，晶粒粘结料的重量份数为10～20，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物。
本发明的进一步技术方案是：所述的纳米混合氧化物包括按下列重量份数混合在一起的氧化物组分：：Fe2O3：0.1～1，Al2O3：0.5～2，SiO2：8～15，MgO：0.5～2，SO3：0.1～1。
本发明的另一技术方案是：一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂的制造方法，该方法包括如下步骤：
A、制备混合原料：分别制备基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；
B、混合：将80～90重量份的基体材料、10～20重量份的晶粒粘结料及其适量水在高速混合机中混合均匀；
C、研磨：
将混合后的物料送入球磨机，研磨10～30min，得到团聚状的颗粒；
D、筛分：
将团聚状的颗粒通过筛分得到20～30目高圆度的颗粒料；
E、烧制：
将筛分后得到的颗粒料送入炉窑中，在800～1200℃温度下烧制3～5h，得到页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂。
本发明的进一步技术方案是：所述的步骤A中，纳米混合氧化物包括按下列重量份数混合在一起的氧化物组分：：Fe2O3：0.1～1，Al2O3：0.5～2，SiO2：8～15，MgO：0.5～2，SO3：0.1～1。
由于采用上述结构，本发明之页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂及其制造方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1. 爆破膨胀力均匀、爆破时间短：
由于本发明的纳米颗粒静态爆破剂包括基体材料、晶粒粘结料，其中基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物。因而本发明的纳米颗粒状静态爆破剂本身在水合反应时无明显粉末化，能够保持一定间隔的强度，爆破被爆破物体时必须的膨胀压力能在短时间内产生。此外，本纳米颗粒静态爆破剂由于其颗粒的尺寸小，具有量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的敏感、催化等特殊性能。在工程爆破作业时，由于水合反应生成的水合热不会增加孔隙内部蒸气压力，使水蒸气更易于穿过装填空隙，同时由于本纳米颗粒状静态爆破剂的粒度分布小而均匀，因而能够把膨胀压力更均匀、更有效地传输给被爆破体，使其能在短时间内爆破。因此，本发明的爆破时间较短。
2. 爆破时间稳定：
本纳米颗粒状静态爆破剂在一年四季均可使用，爆破产生的膨胀压力几乎不受养护温度的影响，爆破时间比较稳定。
3.工作效率高：
由于本发明的纳米颗粒静态爆破剂包括基体材料、晶粒粘结料，其中基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物，该纳米颗粒静态爆破剂与常用的粉末状静态爆破剂相比，比表面积更小，颗粒间的间隙较大，通过注入适量水即可在短时间内进行水合反应，无需人工准确地计量水量对粉末进行拌和，其效率较高。
4.施工简单且安全环保：
本发明所用到的基体材料氧化钙、晶粒粘结料纳米混合氧化物以及爆破时所用的生物降解膜及水解酶均为市售产品，且均为非爆炸危险品，施工时不需要雷管炸药，不需要爆破等特殊工种，无需办理常规炸药爆破所需要的各种许可证，购买、运输、使用安全方便，地层几乎无污染。
5.压裂效果好、成本低：
本发明采用纳米颗粒状静态爆破剂实施静态爆破原理对油气储层进行压裂，依靠爆破剂的水化反应持续产生对储层的张应力，经历出现裂缝、裂缝传播、裂缝扩大三个过程，使裂缝由孔的内壁开始不断扩散延伸出许多新的裂缝，压裂作用时间长，做功效率高，能保证裂缝系统的连续性和有效性，降低了压裂成本。
6．适用范围广：
本发明可用于对页岩气、煤层气、致密砂岩气、碳酸岩气等多种低渗透油气田进行压裂以提高其渗透率，不仅可用于路面，更可用于水上，并能同时适用于水平井和垂直井两种开采方式，其适用范围比较广泛。
下面，结合实施例对本发明之页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂及其制造方法的技术特征作进一步的说明。
具体实施方式
实施例一：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，包括基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料的重量份数为80，晶粒粘结料的重量份数为10，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物，该纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3：0.1， Al2O3：0.5， SiO2：8， MgO：0.5， SO3：0.1。
实施例二：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，包括基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料的重量份数为90，晶粒粘结料的重量份数为20，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物，该纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3：1， Al2O3：2， SiO2：15， MgO：2，SO3：1。
实施例三：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，包括基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料的重量份数为82，晶粒粘结料的重量份数为15，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物，该纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3：0.5， Al2O3：1.0， SiO2：10， MgO：1，SO3：0.5。
实施例四：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，包括基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料的重量份数为88，晶粒粘结料的重量份数为18，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物，该纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3：0.8， Al2O3：1.5， SiO2：12， MgO：1.5，
SO3：0.8。
实施例五：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂的制造方法，该方法包括如下步骤：
A、制备混合原料：分别制备基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；
B、混合：将80重量份的基体材料、10重量份的晶粒粘结料及其适量水在高速混合机中混合均匀；
C、研磨：
将混合后的物料送入球磨机，研磨10min，得到团聚状的颗粒；
D、筛分：
将团聚状的颗粒通过筛分得到20目高圆度的颗粒料；
E、烧制：
将筛分后得到的颗粒料送入炉窑中，在800℃温度下烧制3h，得到实施例一所述的页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂。
所述的步骤A中，纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分： Fe2O3：0.1， Al2O3：0.5， SiO2：8， MgO：0.5， SO3：0.1。
实施例六：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂的制造方法，该方法包括如下步骤：
A、制备混合原料：分别制备基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；
B、混合：将90重量份的基体材料、20重量份的晶粒粘结料及其适量水在高速混合机中混合均匀；
C、研磨：
将混合后的物料送入球磨机，研磨30min，得到团聚状的颗粒；
D、筛分：
将团聚状的颗粒通过筛分得到30目高圆度的颗粒料；
E、烧制：
将筛分后得到的颗粒料送入炉窑中，在1200℃温度下烧制5h，得到实施例二所述的页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂。
所述的步骤A中，纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3： 1，Al2O3： 2，SiO2： 15，MgO： 2，SO3： 1。
实施例七：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂的制造方法，该方法包括如下步骤：
A、制备混合原料：分别制备基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；
B、混合：将82重量份的基体材料、15重量份的晶粒粘结料及其适量水在高速混合机中混合均匀；
C、研磨：
将混合后的物料送入球磨机，研磨15min，得到团聚状的颗粒；
D、筛分：
将团聚状的颗粒通过筛分得到25目高圆度的颗粒料；
E、烧制：
将筛分后得到的颗粒料送入炉窑中，在1000℃温度下烧制4h，得到实施例三所述的页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂。
所述的步骤A中，纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：
Fe2O3：0.5， Al2O3：1.0， SiO2：10， MgO：1，SO3：0.5。
实施例八：
一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂的制造方法，该方法包括如下步骤：
A、制备混合原料：分别制备基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；
B、混合：将88重量份的基体材料、18重量份的晶粒粘结料及其适量水在高速混合机中混合均匀；
C、研磨：
将混合后的物料送入球磨机，研磨25min，得到团聚状的颗粒；
D、筛分：
将团聚状的颗粒通过筛分得到28目高圆度的颗粒料；
E、烧制：
将筛分后得到的颗粒料送入炉窑中，在1100℃温度下烧制4.5h，得到实施例四所述的页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂。
所述的步骤A中，纳米混合氧化物包括按下列按重量份数混合在一起的氧化物组分：
Fe2O3：0.8， Al2O3：1.5， SiO2：12， MgO：1.5，SO3：0.8。
上述本实施例一～四所述的页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂用于爆破的具体方法是：钻生产井至油气储层，固井后对生产层射孔或钻孔得到膨胀孔；将由生物降解膜包裹着本纳米颗粒静态爆破剂后投入井中，由水解酶溶液夹带至膨胀孔中；生物降解膜在水解酶的作用下完全水解后释放出爆破剂，爆破剂与水反应后体积不断膨胀产生膨胀压持续压裂储层形成裂缝；对裂缝再压裂1～2次，依靠膨胀应力扩张旧的裂缝，并延伸出新的裂缝，使裂缝发展成为贯通的裂缝网络。上述的生产井为垂直井或水下井；所述的生物降解膜为环保无毒的聚乳酸/聚乙烯醇复合膜；所述的水解酶溶液中溶剂为水，溶质为水解酶，该水解酶为环保无毒的液化淀粉酶或α～淀粉酶；所述的膨胀孔直径为20～100mm，孔深为0.2～1.5 m。
Claims (2)
1.一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂，其特征在于：包括基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料的重量份数为80～90，晶粒粘结料的重量份数为10～20，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；所述的纳米混合氧化物包括按下列重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3：0.1～1，Al2O3：0.5～2，SiO2：8～15，MgO：0.5～2，SO3：0.1～1。
2.一种页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂的制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、制备混合原料：分别制备基体材料、晶粒粘结料，所述的基体材料为粒径小于100nm的氧化钙，晶粒粘结料为粒径小于80nm的纳米混合氧化物；
B、混合：将80～90重量份的基体材料、10～20重量份的晶粒粘结料及其适量水在高速混合机中混合均匀；
C、研磨：
将混合后的物料送入球磨机，研磨10～30min，得到团聚状的颗粒；
D、筛分：
将团聚状的颗粒通过筛分得到20～30目高圆度的颗粒料；
E、烧制：
将筛分后得到的颗粒料送入炉窑中，在800～1200℃温度下烧制3～5h，得到页岩气开采用纳米颗粒静态爆破剂；
所述的步骤A中，纳米混合氧化物包括按下列重量份数混合在一起的氧化物组分：Fe2O3：0.1～1，Al2O3：0.5～2，SiO2：8～15，MgO：0.5～2，SO3：0.1～1。
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