CN109098695B - 一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，包括储液管和射孔架，储液管上管口设有填充活塞，填充活塞底部设有活化器，储液管下管口设有泄能头，泄能头内设剪切片，储液管内设压力起爆器，储液管下端连接射孔架，射孔架内设有用导爆索连接的多个射孔弹，射孔架上设有出弹口，导爆索连接压力起爆器，储液管内充装液态二氧化碳，激发活化器加热储液管内压力升高触发压力起爆器，点燃导爆索引爆射孔弹射入地层岩体形成射孔空腔，储液管内压力继续升高使剪切片破碎，二氧化碳气体排出冲击射孔空腔形成压裂区。本发明的有益效果：解决了井中射孔及压裂程序复杂、压裂体积不足的难题，可创造更广泛的裂隙网络，提高安全性。
Description
技术领域
本发明涉及油气井及地热井射孔压裂技术领域，尤其涉及一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置及方法。
背景技术
射孔作为油气井完井工程的中心环节，通过沟通井筒和地层实现油气产出。压裂是使地层产生裂缝，改善油气在地下的流动环境，使其更通畅地汇集于射孔空腔。射孔和压裂对于提高油气产量起到至关重要的作用，复合射孔就是将两者结合起来的技术。
目前，大多数复合射孔是在聚能射孔基础上，将复合推进剂引入到射孔枪内作为二次能量。聚能射孔弹射孔形成孔道的同时，复合推进剂被激发燃烧，在枪内产生高温高压气体，通过枪身泄压孔释放并直接进入射孔孔道，对地层进行有效的气体压裂，形成孔缝结合型的深穿透，在近井地带形成裂隙网络，大幅度提高近井地带的导流能力。多年现场应用表明，复合射孔可使单井产能提高1倍以上。但是在中深井高温高压环境中使用火药极不安全，可能会引起射孔枪炸裂或者套管损坏，影响射孔效果。二氧化碳爆破是利用二氧化碳气、液两相间转换特性进行爆破致裂。储存在致裂器内的液态二氧化碳在吸收了活化器产生的大量热能后，瞬间气化膨胀并产生高压，作用于岩体，使其产生裂隙。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置及方法。
本发明的实施例提供一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，包括储液管和射孔架，所述储液管上管口设有用于密封的填充活塞，所述填充活塞底部设有活化器，所述储液管下管口设有用于密封的泄能头，所述泄能头内设有剪切片，所述储液管内设有压力起爆器，所述储液管下端连接所述射孔架，所述射孔架内设有用导爆索依次连接的多个射孔弹，所述射孔架上每一所述射孔弹的正前方设有一出弹口，所述导爆索连接所述压力起爆器，所述储液管内充装液态二氧化碳，激发活化器加热液态二氧化碳使之汽化，所述储液管内压力升高直至触发所述压力起爆器，点燃导爆索引爆射孔弹，所有射孔弹由各出弹口射出对地层岩体射孔形成射孔空腔，所述储液管内压力继续升高使所述剪切片破碎，所述泄能头被打开使所述储液管和所述射孔架连通，所述储液管内的二氧化碳气体由各出弹口排出冲击射孔空腔形成压裂区。
进一步地，所述活化器上端固定于所述填充活塞下端，所述活化器沿着所述储液管轴线向下延伸。
进一步地，所述储液管的外壁设有保温隔热层。
进一步地，所述填充活塞上设有充液口。
本发明的实施例还提供了一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化方法，包括：
S1使用储液管充装液态二氧化碳，所述储液管上管口设有用于密封的填充活塞，所述填充活塞底部设有活化器，所述储液管下管口设有用于密封的泄能头，所述泄能头内侧面设有剪切片，所述储液管内设有压力起爆器；
S2在所述储液管的底部连接射孔架，并将所述储液管和所述射孔架放置于地层岩体内预设位置，所述射孔架内设有用导爆索依次连接的多个射孔弹，所述射孔架上每一所述射孔弹的正前方设有一出弹口，所述导爆索连接所述压力起爆器；
S3激发所述活化器对液态二氧化碳加热直至所述储液管内的压力达到所述压力起爆器的触发值，所述压力起爆器被触发并点燃所述导爆索，所有射孔弹被引爆并由各出弹口射出对地层岩体射孔形成射孔空腔；
S4控制所述活化器继续对所述储液管内二氧化碳加热达到所述剪切片的临界值，所述剪切片破碎打开所述泄能头，所述储液管和所述射孔架连通，所述储液管内的二氧化碳气体由各出弹口排出冲击所述射孔空腔形成压裂区。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，二氧化碳在储液管内进行气、液两相间转换，不仅可以控制射孔架完成对地层岩体射孔形成射孔空腔，还能利用二氧化碳爆破技术对射孔空腔进行劈裂扩展形成压裂区，增强压裂效果，压裂区裂隙网络广泛，且使用二氧化碳爆破技术，避免目前复合射孔中火药的不安全性，减小发生生产事故的可能性，使用二氧化碳爆破还具有爆破压力大，爆破压力可控，高压持续时间长，造缝能力强，无污染，可重复利用等优势。
附图说明
图1是本发明一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置的示意图；
图2是本发明一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置射孔压裂的示意图。
图中：1-射孔弹、2-射孔架、3-剪切片、4-压力起爆器、5-活化器、6-储液管、7-保温隔热层、8-填充活塞、9-泄能头、10-出弹口、11-充液口、12-导爆索、13-钻杆、14-套管、15-压裂区。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供了一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，将二氧化碳爆破作为二次能量运用于复合射孔技术中，规避目前复合射孔中使用火药的不安全性，减少射孔压裂作业中发生事故的可能性。二氧化碳爆破压力大及造缝能力强，可有效建造裂隙网络，本发明对于推动复合射孔技术的发展，以及油气及地热开采具有重要意义。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，包括储液管6和射孔架2。
所述储液管6上管口设有用于密封的填充活塞8，所述填充活塞8上设有充液口11，所述填充活塞8底部设有活化器5，所述活化器5上端固定于所述填充活塞8下端，所述活化器5沿着所述储液管6轴线向下延伸，所述活化器5和外界通电，所述储液管6下管口设有用于密封的泄能头9，所述泄能头9内设有剪切片3，所述储液管6内所述填充活塞8和所述泄能头9之间的空间用于充放二氧化碳，所述储液管6内设有压力起爆器4，所述压力起爆器4固定于所述储液管6内壁上。
所述储液管6下端连接所述射孔架2，所述射孔架2内设有用导爆索12依次连接的多个射孔弹1，射孔弹1的数目可以根据实际施工时的需要进行设计，本实施例中设置了两个射孔弹1，所述射孔架2上每一所述射孔弹1的正前方设有一出弹口10，所述导爆索12沿着所述泄能头9和所述储液管6内壁的间隙延伸，并连接所述压力起爆器4，所述储液管6内充装液态二氧化碳，激发活化器5加热液态二氧化碳使之汽化，所述储液管6内压力升高直至某一设定值时，触发所述压力起爆器4，点燃导爆索12引爆射孔弹1，所有射孔弹1由各出弹口10射出对地层岩体射孔形成射孔空腔，所述储液管6的外壁设有保温隔热层7，有效阻隔外部热量传导至储液管内，使管体内二氧化碳被加热而发生自爆，所述活化器5继续加热会使所述储液管6内压力持续上升，直至所述剪切片3破碎所述泄能头9被打开，从而所述储液管6和所述射孔架2连通，所述储液管6内的高压二氧化碳气体由各出弹口10排出冲击射孔空腔形成压裂区。
请参考图2，上述基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置射孔压裂的使用方法如下：
(1)根据预射孔穿透地层的岩石、固化混凝土及套管12的强度，确定射孔弹1的穿透强度及射入深度和二氧化碳爆破的充液量及峰值压力；
(2)安放射孔弹1至射孔架2中，打开充液口11充装液态二氧化碳至储液管6中，直至达到预设充装量为止，关闭充液口11，检测各部分的工作性能；
(3)将储液管6连接于钻杆13的底部，沿套管14内的井筒下放至井中目的层位，调整出弹口10的方向并对准预定射孔方位；
(4)激发活化器5，加热储液管6内液态二氧化碳，当储液管6内压力增加至设定值时，该设定值应小于峰值压力，触发压力起爆器4，点燃导爆索2，引爆所有射孔弹1进行射孔，冲击套管14、混凝土及地层，形成射孔空腔；
(5)当储液管6内压力继续升高至峰值压力时，剪切片3破裂使泄能头9打开,高压二氧化碳气体瞬间冲出出弹口10，作用于射孔空腔内的目的地层岩体，使岩体破裂产生裂隙，形成压裂区15；
(6)监测射孔压裂作业效果，提取装置至地面，重新装填射孔弹1至射孔架中，充装液态二氧化碳至储液管6内，可再次进行射孔压裂操作，直至满足油气开采要求。
因此，本发明的实施例还提供了一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化方法，包括：
S1使用储液管6充装液态二氧化碳，所述储液管6上管口设有用于密封的填充活塞8，所述填充活塞8底部设有活化器5，所述储液管6下管口设有用于密封的泄能头9，所述泄能头9内侧面设有剪切片3，所述储液管6内设有压力起爆器4；
S2在所述储液管6的底部连接射孔架2，并将所述储液管6和所述射孔架2放置于地层岩体内预设位置，预设位置根据地层岩体的实际地质特性确定，所述射孔架2内设有用导爆索12依次连接的多个射孔弹1，所述射孔架2上每一所述射孔弹1的正前方设有一出弹口10，所述导爆索12连接所述压力起爆器4；
S3激发所述活化器5对液态二氧化碳加热直至所述储液管6内的压力达到所述压力起爆器4的触发值，所述压力起爆器4的触发值可进行设定，所述压力起爆器4被触发并点燃所述导爆索12，所有射孔弹1被引爆并由各出弹口10射出对地层岩体射孔形成射孔空腔；
S4控制所述活化器5继续对所述储液管6内二氧化碳加热达到所述剪切片3的临界值，临界值即为峰值压力，所述剪切片3破碎打开所述泄能头9，所述储液管6和所述射孔架2连通，所述储液管6内的二氧化碳气体由各出弹口10排出冲击所述射孔空腔形成压裂区。
将二氧化碳爆破作为二次能量运用于复合射孔技术中，可创造更广泛的裂隙网络，提高装置的安全性，并且几乎对井筒和地层无污染，二氧化碳气体运移至裂隙内可形成气楔，其劈裂作用使得裂隙二次发育和扩展，二氧化碳爆破压力大，爆破压力可控，高压持续时间长，造缝能力强，无污染，可重复利用，可建造广泛的裂隙网络，增强压裂效果。解决了目前井中射孔及压裂程序复杂、压裂体积不足的难题，为油气层的打开和压裂增产提供了新技术。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，其特征在于：包括储液管和射孔架，所述储液管上管口设有用于密封的填充活塞，所述填充活塞底部设有活化器，所述储液管下管口设有用于密封的泄能头，所述泄能头内侧面设有剪切片，所述储液管内设有压力起爆器，所述储液管下端连接所述射孔架，所述射孔架内设有用导爆索依次连接的多个射孔弹，所述射孔架上每一所述射孔弹的正前方设有一出弹口，所述导爆索连接所述压力起爆器，所述储液管内充装液态二氧化碳，所述活化器加热液态二氧化碳时，所述储液管内压力升高触发所述压力起爆器，所述压力起爆器点燃所述导爆索引爆所有射孔弹，所有射孔弹由各出弹口射出对地层岩体射孔形成射孔空腔，所述储液管内压力继续升高使所述剪切片破碎，所述泄能头被打开使所述储液管和所述射孔架连通，所述储液管内的二氧化碳气体由各出弹口排出冲击所述射孔空腔形成压裂区。
2.如权利要求1所述的一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，其特征在于：所述活化器上端固定于所述填充活塞下端，所述活化器沿着所述储液管轴线向下延伸。
3.如权利要求1所述的一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，其特征在于：所述储液管的外壁设有保温隔热层。
4.如权利要求1所述的一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化装置，其特征在于：所述填充活塞上设有充液口。
5.一种基于二氧化碳爆破技术的射孔压裂一体化方法，其特征在于，包括：
S1使用储液管充装液态二氧化碳，所述储液管上管口设有用于密封的填充活塞，所述填充活塞底部设有活化器，所述储液管下管口设有用于密封的泄能头，所述泄能头内侧面设有剪切片，所述储液管内设有压力起爆器；
S2在所述储液管的底部连接射孔架，并将所述储液管和所述射孔架放置于地层岩体内预设位置，所述射孔架内设有用导爆索依次连接的多个射孔弹，所述射孔架上每一所述射孔弹的正前方设有一出弹口，所述导爆索连接所述压力起爆器；
S3激发所述活化器对液态二氧化碳加热直至所述储液管内的压力达到所述压力起爆器的触发值，所述压力起爆器被触发并点燃所述导爆索，所有射孔弹被引爆并由各出弹口射出对地层岩体射孔形成射孔空腔；
S4控制所述活化器继续对所述储液管内二氧化碳加热达到所述剪切片的临界值，所述剪切片破碎打开所述泄能头，所述储液管和所述射孔架连通，所述储液管内的二氧化碳气体由各出弹口排出冲击所述射孔空腔形成压裂区。
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