CN105804716A - 一种爆炸致裂抽采页岩气的方法及激裂弹 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开一种爆炸致裂抽采页岩气的方法及激裂弹，涉及页岩气开采技术领域，能够减少对地下水的污染。所述方法包括：钻第一竖直孔至页岩层；钻水平孔进入页岩储气层；向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗；向所述水平孔中置入激裂弹；引爆所述激裂弹，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙；抽采页岩气到地表。所述激裂弹包括药管，在所述药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。本发明适用于页岩气的抽采。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气开采技术领域，尤其涉及一种爆炸致裂抽采页岩气的方法及激裂弹。
背景技术
页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气聚集。页岩气在成分上与天然气并无明显差别，都是以甲烷为主。而与天然气的主要区别是分布方式不同，页岩气吸附或游离在页岩孔隙中，页岩和页岩气共同存在于页岩矿藏中。而常规天然气形成气田或者与石油伴生，是具有封闭圈的气体聚集，不吸附在任何矿藏内。
页岩气发现于1821年，但由于开采成本相对较高，开发利用缓慢。近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，对国际天然气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加大了对页岩气的勘探开发力度。我国国民经济和社会发展“十二五”规划也明确要求“推进页岩气等非常规油气资源开发利用”，大力推动页岩气勘探开发，增加天然气资源供应，缓解我国天然气供需矛盾，调整能源结构，促进节能减排。
页岩气具有开采寿命长和生产周期长的开发优点，但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大，目前，只有美国和加拿大等国已实现页岩气的大规模开发。
现有的页岩气抽采的工艺流程主要包括5个环节：①钻竖直孔至页岩层，②钻水平孔进入页岩储气层，③向页岩气孔中注入由水及化学添加剂配比而成的高压混合液，④进行水力压裂，形成岩层缝隙，⑤抽采页岩气到地表。
现有的这种页岩气抽采工艺，由于需要在进行水力压裂，形成岩层缝隙时，需要预先向页岩气孔中注入由水及化学添加剂配比而成的高压混合液，而这些由水及化学添加剂配比而成的高压混合液，无疑会对地下水造成较大的污染。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种爆炸致裂抽采页岩气的方法，能够减少对地下水的污染。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种爆炸致裂抽采页岩气的方法，包括：钻第一竖直孔至页岩层；钻水平孔进入页岩储气层；向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗；向所述水平孔中置入激裂弹；其中，所述激裂弹包括药管，在所述药管中装有炸药及导爆索；引爆所述激裂弹，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙；抽采页岩气到地表。
可选地，在钻水平孔进入页岩储气层后，钻第二竖直孔至地表；其中，所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔形成U型孔；所述向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗包括：向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗，所注的水从所述第二竖直孔被抽吸排出；所述向所述水平孔中置入激裂弹，包括：通过反向牵引钻头，所述激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置。
可选地，所述通过反向牵引钻头，所述激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置，包括：将两个以上的激裂弹首尾相连后，将第一个激裂弹与用于钻设所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔的钻机的钻头相连；反向牵引所述钻头，所述两个以上的激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置。
可选地，所述将两个以上的激裂弹首尾相连包括：将两个以上的激裂弹通过螺纹首尾相连。
可选地，每个激裂弹的药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。
可选地，所述防水导爆索为两根，且并排布置。
可选地，所述激裂弹的药管为双层药管，所述药管的外壁与内壁之间具有密闭的容置空间；所述药室位于由所述药管的内壁围成的中心腔中，在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装有水及固体颗粒物。
可选地，所述药管的外壁所围成的圆筒的中心轴线，与所述药管的内壁所围成的圆筒的中心轴线不同轴。
本发明实施例提供的爆炸致裂抽采页岩气的方法，通过引爆水平孔中置入的激裂弹，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙，能够减少对地下水的污染。
另一方面，本发明实施例提供一种用于所述爆炸致裂抽采页岩气的方法的激裂弹，所述激裂弹包括药管，在所述药管中装有炸药及导爆索；激裂弹的药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。
可选地，所述防水导爆索为两根，且并排布置。
可选地，所述激裂弹的药管为双层药管，所述药管的外壁与内壁之间具有密闭的容置空间；所述药室位于由所述药管的内壁围成的中心腔中，在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装有水及固体颗粒物。
可选地，所述药管的外壁所围成的圆筒的中心轴线，与所述药管的内壁所围成的圆筒的中心轴线不同轴。
可选地，所述药管的一端设有公螺纹，另一端设有母螺纹。
本发明实施例提供的所述激裂弹，应用于所述爆炸致裂抽采页岩气的方法中，能够将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙，能够减少对地下水的污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例的流程示意图；
图2为本发明一种爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例中所打的U型孔示意图；
图3为本发明一实施例中激裂弹的结构示意图；
图4为本发明另一实施例中激裂弹的横断面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一种爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例的流程示意图。参看图1，所述方法，包括：
S101、钻第一竖直孔至页岩层；
本实施例中，第一竖直孔的深度可为1000-3000m，具体深度可视页岩气的埋深而定。
S102、钻水平孔进入页岩储气层；
本实施例中，水平孔的长度可为1000-2000m，具体长度可视页岩气井的抽气规模及产量而定。
S103、向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗；
本实施例中，向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗，可清理掉在钻孔作业过程中残留在孔中的岩屑等残留物，为下一步的作业提供便利条件。
S104、向所述水平孔中置入激裂弹；其中，所述激裂弹包括药管，在所述药管中装有炸药及导爆索；
S105、引爆所述激裂弹，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙；
本实施例中，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙后，页岩气就会从岩层缝隙中溢出。
S106、抽采页岩气到地表。
本实施例中，可采用澳大利亚生产的VLD-1000系列深孔定向千米钻机来进行钻孔作业。该钻机采用深孔定向钻进技术。其工作原理主要是利用高压水通过钻杆输送至孔内马达，孔内马达内部的转子在高压水的冲击作用下转动，通过前端轴承带动钻头旋转，达到破岩的目的，在钻进过程中，钻杆本身不转，只作钻头的旋转运动，从而有效地降低了钻机的负载。孔内马达的弯接头是一个关键部件，它和钻杆之间有一定的夹角，由于弯接头的作用，钻孔的轨迹将不再是传统钻机所形成的略带抛物的直线轨迹，而成为一条偏向弯接头方向的空间曲线。当然，通过选择不同规格(它的规格通常为0.75、1、1.25、1.5、2度，这个度数指的是钻杆每前进3m所能变化的最小值)的弯接头可以改变钻孔曲率半径(即改变拐弯的快慢)，并且在适当的位置还可以作分支钻孔钻进。
本发明实施例提供的爆炸致裂抽采页岩气的方法，通过引爆水平孔中置入的激裂弹，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙，能够减少对地下水的污染。
在前述的爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例中，可选地，在钻水平孔进入页岩储气层后，钻第二竖直孔至地表；其中，所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔形成U型孔，参看图2所示，其中箭头表示钻孔方向，左侧孔为第一竖直孔，右侧孔为第二竖直孔，底部孔为水平孔。本实施例中，所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔形成U型孔，便于提高页岩气的抽采效率。
本实施例中，所述向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗包括：向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗，所注的水从所述第二竖直孔被抽吸排出。
本实施例中，所述向所述水平孔中置入激裂弹，包括：通过反向牵引钻头，所述激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置，这样便于在钻机的钻杆及钻头回退过程中即可将激裂弹放置到水平孔中，避免单独进行激裂弹的放置操作，提高了操作效率。
在前述的爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例中，可选地，所述通过反向牵引钻头，所述激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置，包括：将两个以上的激裂弹首尾相连后，将第一个激裂弹与用于钻设所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔的钻机的钻头相连；反向牵引所述钻头，所述两个以上的激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置。
本实施例中，能够根据水平孔的长度，将两个以上的激裂弹首尾相连，形成激裂弹串而放置到水平孔中。
其中，所述将两个以上的激裂弹首尾相连可包括：将两个以上的激裂弹通过螺纹首尾相连。
在前述的爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例中，可选地，每个激裂弹的药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。
图3为本发明一实施例中激裂弹的结构示意图。参看图3，本实施例中，优选地，每个激裂弹的药管1中包括三个相间隔的药室2，每个药室直径为60mm，长度为400mm，相邻药室之间间隔50mm，靠近药管端部的药室与药管端部内壁之间的距离为20mm，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索3，激裂弹的径向不耦合系数为60/100＝0.6。药管采用PVC(Polyvinylchlorid)管制成，优选采用薄壁PVC管制成。药管两端的螺纹4的外径为60mm，螺纹段的长度为20mm。
可选地，所述防水导爆索3为两根，且并排布置，能够提高引爆的可靠性。
图4为本发明另一实施例中激裂弹的横断面结构示意图。参看图4，在前述的爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例中，可选地，所述激裂弹的药管1为双层药管，所述药管1的外壁11与内壁12之间具有密闭的容置空间；所述药室2位于由所述药管的内壁12围成的中心腔中，在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装有水5及固体颗粒物6。所述固体颗粒物6可为沙子，钢砂、陶瓷颗粒等，优选为耐高温的陶瓷颗粒。
本实施例中，药管内的水胶炸药爆炸后，爆炸产生的爆破力不是直接作用于水平孔周围的页岩储气层，而是通过所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中的水间接地作用在水平孔周围的页岩储气层，这样有利于在水平孔周围的页岩储气层中形成裂纹，而避免将水平孔周围的页岩储气层炸得粉碎；页岩储气层中形成裂纹有利于页岩气的溢出，而过于粉碎的页岩储气层则不利于页岩气的溢出。在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装的固体颗粒物，能够在炸药爆炸时进入水平孔周围的页岩储气层，对页岩储气层中形成的裂纹起到支撑作用，从而有效阻止所述裂纹的“愈合”，有利于页岩气的充分溢出，提高抽采效率。
在前述的爆炸致裂抽采页岩气的方法实施例中，可选地，所述药管的外壁所围成的圆筒的中心轴线，与所述药管的内壁所围成的圆筒的中心轴线不同轴。这样，使得药管中炸药相对于所述药管居于偏心的位置。由于药管的外壁与内壁之间的容置空间中装的水及固体颗粒物具有流动性，在重力作用下，药管的外壁与内壁之间的容置空间中装的水及固体颗粒物会聚集在药管底部的位置，从而使得药管中的炸药自动靠近水平孔的中心线，这样能够进一步防止爆炸时将水平孔底部的页岩储气层炸碎，提高爆炸时在页岩储气层中的致裂效果。
本发明实施例还提供一种用于前述爆炸致裂抽采页岩气的方法任一实施例的激裂弹，所述激裂弹包括药管，在所述药管中装有炸药及导爆索；激裂弹的药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。
本实施例中，优选地，每个激裂弹的药管中包括三个相间隔的药室，每个药室直径为60mm，长度为400mm，相邻药室之间间隔50mm，靠近药管端部的药室与药管端部内壁之间的距离为20mm，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索，激裂弹的径向不耦合系数为60/100＝0.6。药管采用PVC管制成，优选采用薄壁PVC管制成。
在前述激裂弹实施例中，可选地，所述防水导爆索为两根，且并排布置，能够提高引爆的可靠性。
在前述激裂弹实施例中，可选地，所述激裂弹的药管为双层药管，所述药管的外壁与内壁之间具有密闭的容置空间；所述药室位于由所述药管的内壁围成的中心腔中，在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装有水及固体颗粒物。所述固体颗粒物可为沙子，钢砂、陶瓷颗粒等，优选为耐高温的陶瓷颗粒。
本实施例中，药管内的水胶炸药爆炸后，爆炸产生的爆破力不是直接作用于水平孔周围的页岩储气层，而是通过所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中的水间接地作用在水平孔周围的页岩储气层，这样有利于在水平孔周围的页岩储气层中形成裂纹，而避免将水平孔周围的页岩储气层炸得粉碎；页岩储气层中形成裂纹有利于页岩气的溢出，而过于粉碎的页岩储气层则不利于页岩气的溢出。在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装的固体颗粒物，能够在炸药爆炸时进入水平孔周围的页岩储气层，对页岩储气层中形成的裂纹起到支撑作用，从而有效阻止所述裂纹的“愈合”，有利于页岩气的充分溢出，提高抽采效率。
在前述激裂弹实施例中，可选地，所述药管的外壁所围成的圆筒的中心轴线，与所述药管的内壁所围成的圆筒的中心轴线不同轴。这样，使得药管中炸药相对于所述药管居于偏心的位置。由于药管的外壁与内壁之间的容置空间中装的水及固体颗粒物具有流动性，在重力作用下，药管的外壁与内壁之间的容置空间中装的水及固体颗粒物会聚集在药管底部的位置，从而使得药管中的炸药自动靠近水平孔的中心线，这样能够进一步防止爆炸时将水平孔底部的页岩储气层炸碎，提高爆炸时在页岩储气层中的致裂效果。
在前述激裂弹实施例中，可选地，所述药管的一端设有公螺纹，另一端设有母螺纹，这样能够根据水平孔的长度，将两个以上的激裂弹首尾相连，形成激裂弹串而放置到水平孔中。本实施例中，螺纹的外径为60mm，螺纹段的长度为20mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，包括：
钻第一竖直孔至页岩层；
钻水平孔进入页岩储气层；
向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗；
向所述水平孔中置入激裂弹；其中，所述激裂弹包括药管，在所述药管中装有炸药及导爆索；
引爆所述激裂弹，将所述水平孔周围的页岩储气层炸裂，形成岩层缝隙；
抽采页岩气到地表。
2.根据权利要求1所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，在钻水平孔进入页岩储气层后，钻第二竖直孔至地表；其中，所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔形成U型孔；
所述向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗包括：向所述第一竖直孔和水平孔中注水，对所述第一竖直孔和水平孔进行清洗，所注的水从所述第二竖直孔被抽吸排出；
所述向所述水平孔中置入激裂弹，包括：通过反向牵引钻头，所述激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置。
3.根据权利要求2所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，所述通过反向牵引钻头，所述激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置，包括：
将两个以上的激裂弹首尾相连后，将第一个激裂弹与用于钻设所述第一竖直孔、水平孔和第二竖直孔的钻机的钻头相连；
反向牵引所述钻头，所述两个以上的激裂弹在所述钻头的牵引下，从所述第二竖直孔进入直至所述水平孔的预定位置。
4.根据权利要求3所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，所述将两个以上的激裂弹首尾相连包括：
将两个以上的激裂弹通过螺纹首尾相连。
5.根据权利要求1至4任一项所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，
每个激裂弹的药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。
6.根据权利要求5所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，所述防水导爆索为两根，且并排布置。
7.根据权利要求1至6任一项所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，所述激裂弹的药管为双层药管，所述药管的外壁与内壁之间具有密闭的容置空间；
所述药室位于由所述药管的内壁围成的中心腔中，在所述药管的外壁与内壁之间的容置空间中装有水及固体颗粒物。
8.根据权利要求7所述的爆炸致裂抽采页岩气的方法，其特征在于，所述药管的外壁所围成的圆筒的中心轴线，与所述药管的内壁所围成的圆筒的中心轴线不同轴。
9.一种用于权利要求1至7任一项所述的方法的激裂弹，其特征在于，所述激裂弹包括药管，在所述药管中装有炸药及导爆索；
激裂弹的药管中包括两个以上相间隔的药室，每个药室中均装有水胶炸药，药室与药室之间连接有防水导爆索。
10.根据权利要求9所述的激裂弹，其特征在于，所述防水导爆索为两根，且并排布置。
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