CN107120083A - 一种页岩井下频谱共振的控制方法 - Google Patents

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王玉芳
龚大建
胡志方
康中健
韩冰
康伟
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张宏达
张家政
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Abstract

一种页岩井下频谱共振的控制方法，包括：(1)设计页岩频谱共振发生器地面电源及控制装置，其包括高压脉冲驱动电路和伺服控制机构；(2)在页岩井下放置放电电极，放电电极与高压脉冲驱动电路连接；(3)在伺服控制机构作用下将电爆丝送至页岩井下，与放电电极间隔一定距离；(4)当检测高压脉冲驱动电路的充电电流为零时，确定高压脉冲驱动电路内部电容充满电；(5)控制高压脉冲驱动电路放电，对放电电极在极短的时间内通以高密度的脉冲电流，发生频谱共振；(6)地下受到电爆炸冲击振动的部分页岩中，由于其本身具有很多的页理面，在应力的作用下，会使其沿层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。

Description

一种页岩井下频谱共振的控制方法
技术领域
本发明涉及页岩气储层改造的技术领域，具体地涉及一种页岩井下频谱共振的控制方法。
背景技术
页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。页岩气生产过程中一般无需排水，生产周期长，一般为30年～50年，勘探开发成功率高，具有较高的工业经济价值。我国页岩气资源潜力大，初步估计我国页岩气可采资源量在25万亿立方米。
页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。另一方面，页岩气采收率比常规天然气低，常规天然气采收率在60％以上，而页岩气仅为5％～60％。低产影响着人们对它的热衷，美国已经有一些先进技术可以提高页岩气井的产量。中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大，美国的页岩气层深度在800～2600米，而四川盆地的页岩气层埋深在2000～3500米。页岩气层深度的增加无疑在我们本不成熟的技术上又增添了难度。
随着技术的进步，页岩气井压裂措施的费用也逐步降低。水平井是页岩气藏成功开发的另一关键因素。根据美国经验，水平井的日均产气量及最终产气量是垂直井的3-5倍，产气速率则提高10倍，而水平井的成本则不足垂直井的2-4倍。因此，水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程。由于页岩气发育规模较大、单口井的控制可采储量高(可达6千万方)，采取措施后的单井日产量可达3万方。加之页岩气井的产量递减率低，容易实现30-50年的稳产时间，因此能实现相对的高产的经济价值。
目前页岩气的开采技术主要包括水平井钻完井技术和分段压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及最新的同步压裂技术，这些技术正不断提高着页岩气井的产量。
页岩气勘探开发已在美国取得成功,而国内页岩气的研究还处于起步阶段,但作为一种潜力巨大的非常规能源,正逐渐受到国家相关机构和各石油公司的重视。页岩气储层改造技术的研究一直是开发人员研究的热点和重点。
本申请主要研究一种页岩井下频谱共振的控制方法，将其作为页岩气储层改造技术的一个开发方向。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种页岩井下频谱共振的控制方法,其能够使页岩储层收到脉冲冲击振动，有效地改善页岩储层的渗透率。
本发明的技术解决方案是：这种页岩井下频谱共振的控制方法，其包括以下步骤：
(1)设计页岩频谱共振发生器地面电源及控制装置，其包括高压脉冲驱动电路和伺服控制机构；
(2)在页岩井下放置放电电极，放电电极与高压脉冲驱动电路连接；
(3)在伺服控制机构作用下将电爆丝送至页岩井下，与放电电极间隔一定距离；
(4)当检测高压脉冲驱动电路的充电电流为零时，确定高压脉冲驱动电路内部电容充满电；
(5)控制高压脉冲驱动电路放电，对放电电极在极短的时间内通以高密度的脉冲电流，发生频谱共振；
(6)地下受到电爆炸冲击振动的部分页岩中，由于其本身具有很多的页理面，在应力的作用下，会使其沿层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。
本发明对井下频谱共振驱动变换电路充电，使其产生高压；自动控制井下电爆丝与放电极之间的距离，使电爆丝在控制脉冲作用下瞬间将正负极间的高压接通，通过电爆丝进行放电，电阻丝产生频谱共振炸，使页岩储层收到脉冲冲击振动，有效地改善页岩储层的渗透率。
附图说明
图1是根据本发明的页岩井下频谱共振的控制方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，这种页岩井下频谱共振的控制方法，其包括以下步骤：
(1)设计页岩频谱共振发生器地面电源及控制装置，其包括高压脉冲驱动电路和伺服控制机构；
(2)在页岩井下放置放电电极，放电电极与高压脉冲驱动电路连接；
(3)在伺服控制机构作用下将电爆丝送至页岩井下，与放电电极间隔一定距离；
(4)当检测高压脉冲驱动电路的充电电流为零时，确定高压脉冲驱动电路内部电容充满电；
(5)控制高压脉冲驱动电路放电，对放电电极在极短的时间内通以高密度的脉冲电流，发生频谱共振；
(6)地下受到电爆炸冲击振动的部分页岩中，由于其本身具有很多的页理面，在应力的作用下，会使其沿层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。
本发明对井下频谱共振驱动变换电路充电，使其产生高压；自动控制井下电爆丝与放电极之间的距离，使电爆丝在控制脉冲作用下瞬间将正负极间的高压接通，通过电爆丝进行放电，电阻丝产生频谱共振炸，使页岩储层收到脉冲冲击振动，有效地改善页岩储层的渗透率。
另外，所述步骤(1)中，利用DSP嵌入式系统、IGBT电力电子和PWM整流技术，设计页岩频谱共振发生器地面电源及控制装置。主要内容包括：
①页岩频谱共振发生器大功率程控电源的研制；
②页岩频谱共振发生器电源工作参数的优化与控制策略研究。
另外，所述步骤(2)中，放电电极采用金属丝或者金属箔片。
另外，所述步骤(6)包括：频谱共振机理研究、频谱共振过程建模与仿真分析研究、频谱共振过程中能量形态及其分布特性研究、频谱共振材料特性分析与设计。
另外，该方法还包括：页岩频谱共振井下驱动与控制系统工作机理研究，页岩频谱共振发生器装置参数对性能的影响与优化，页岩频谱共振井下驱动与控制短接的机械结构设计与优化，页岩频谱共振井下驱动与控制短接的研制。
另外，该方法在频谱共振机理研究的基础上，根据井中页岩固有频率检测，优化频谱共振脉冲频谱，使之最大限度落在页岩固有频率范围内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种页岩井下频谱共振的控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)设计页岩频谱共振发生器地面电源及控制装置，其包括高压脉冲驱动电路和伺服控制机构；
(2)在页岩井下放置放电电极，放电电极与高压脉冲驱动电路连接；
(3)在伺服控制机构作用下将电爆丝送至页岩井下，与放电电极间隔一定距离；
(4)当检测高压脉冲驱动电路的充电电流为零时，确定高压脉冲驱动电路内部电容充满电；
(5)控制高压脉冲驱动电路放电，对放电电极在极短的时间内通以高密度的脉冲电流，发生频谱共振；
(6)地下受到电爆炸冲击振动的部分页岩中，由于其本身具有很多的页理面，在应力的作用下，会使其沿层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。
2.根据权利要求1所述的页岩井下频谱共振的控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，利用DSP嵌入式系统、IGBT电力电子和PWM整流技术，设计页岩频谱共振发生器地面电源及控制装置。
3.根据权利要求2所述的页岩井下频谱共振的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，放电电极采用金属丝或者金属箔片。
4.根据权利要求3所述的页岩井下频谱共振的控制方法，其特征在于：所述步骤(6)包括：频谱共振机理研究、频谱共振过程建模与仿真分析研究、频谱共振过程中能量形态及其分布特性研究、频谱共振材料特性分析与设计。
5.根据权利要求4所述的页岩井下频谱共振的控制方法，其特征在于：该方法还包括：页岩频谱共振井下驱动与控制系统工作机理研究，页岩频谱共振发生器装置参数对性能的影响与优化，页岩频谱共振井下驱动与控制短接的机械结构设计与优化，页岩频谱共振井下驱动与控制短接的研制。
6.根据权利要求5所述的页岩井下频谱共振的控制方法，其特征在于：该方法在频谱共振机理研究的基础上，根据井中页岩固有频率检测，优化频谱共振脉冲频谱，使之最大限度落在页岩固有频率范围内。
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