CN111305802A - 脉冲波压裂装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲波压裂装置和方法,属于石油开采领域,包括脉冲波压裂枪,所述脉冲波压裂枪内填充有燃料,所述脉冲波压裂枪构造成通过点燃所述燃料喷射出高压气体;以及连接所述脉冲波压裂枪的控制装置,所述控制装置构造成能够接受地面的控制从而点燃所述脉冲波压裂枪内的燃料;其中,所述控制装置构造成能够控制点火的延时时间。本发明能够满足较深井的作业,同时还设置延时点火装置,给打压后的操作留足了操作时间,使得打压后地面开关阀门、异常情况起枪等操作更加安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲波压裂装置和方法,属于石油开采领域。
背景技术
水力压裂或酸化压裂技术是目前国内外油田开发的主要增产方式,在油田开发的各个阶段均需要通过对各类储层进行压裂改造来提高产量,提升开发效益。传统压裂技术在油田开发增产中主要存在以下难题:人工裂缝的延伸方位极大地受控于就地应力方位的制约(人工裂缝沿着最大水平主应力方向延伸),其余方位的剩余油难以通过压裂缝有效采出;水力裂缝形态单一,泄油面积小,增产效果较弱;对水敏性地层存在一定潜在伤害。采用爆炸方式对地层进行压裂作用压力过高(达到1.0E9Pa级别),持续时间及短(微秒级别),导致在套管井中井筒严重变形的情况或在裸眼井中坍塌的情况,且井周岩石破碎严重,产生的裂缝延伸距离短,对增加产能作用小。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种脉冲波压裂装置和方法,能够满足较深井的作业,同时还设置延时点火装置,给打压后的操作留足了操作时间,使得打压后地面开关阀门、异常情况起枪等操作更加安全。
本发明的一个方面,提出了一种脉冲波压裂装置,包括:
脉冲波压裂枪,所述脉冲波压裂枪内填充有燃料,所述脉冲波压裂枪构造成通过点燃所述燃料喷射出高压气体;以及
连接所述脉冲波压裂枪的控制装置,所述控制装置构造成能够接受地面的控制从而点燃所述脉冲波压裂枪内的燃料;
其中,所述控制装置构造成能够控制点火的延时时间。
本发明的进一步改进在于,所述控制装置包括连接所述脉冲波压裂枪的延时点火装置,所述延时点火装置构造成能够通过隔板点火器点燃所述脉冲波压裂枪内的燃料。
本发明的进一步改进在于,所述控制装置还包括开孔起爆装置,所述开孔起爆装置构造成能够接受地面控制而启动所述延时点火装置。
本发明的进一步改进在于,所述脉冲波压裂枪的前端连接有压裂枪导向头。
本发明的进一步改进在于,所述脉冲压裂枪的侧壁上设置有至少一个台阶孔,所述台阶孔内设置有与所述台阶孔形状相匹配的T型堵片。
本发明的进一步改进在于,所述隔板点火器内设置有射孔弹。
本发明的另一个方面,还提出了一种脉冲波压裂方法,包括:
步骤一,在井上加压开启井下的开孔起爆装置;
步骤二,开孔起爆装置启动延延时点火装置,延时点火装置在一段时间后启动隔板点火器;
步骤三,所述隔板点火器点燃所述脉冲波压裂枪内的燃料以提高所述脉冲波压裂枪内的压力,从而推开堵片释放压力,对底层进行破裂。
本发明的进一步改进在于,井下加压开启井下的起爆器的压力为为20-30MPa。
本发明的进一步改进在于,所述延时点火装置的延时时间为5~15分钟。
本发明的进一步改进在于,所述脉冲波压裂枪推开堵片释放的压力不小于180MPa。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明所述的脉冲波压裂装置中,所述控制装置能够接受地面控制而在井下启动所述延时点火装置。这样,通过本实施例所述的脉冲波压裂装置可以满足直井、斜井和水平井点火需求,使本实施例所述装置能够适用的井型实现了全覆盖。尤其适用于超深(3500-6500m)油气井的脉冲波压裂枪装置。采用打压开孔起爆器进行点火,可以满足直井、斜井和水平井点火需求,使脉冲波压裂枪适用的井型实现了全覆盖。起爆器打压后孔眼打开,实现了油气井内油管和套管连通,满足作业后不换管柱直接投产需求。
本发明所述的脉冲波压裂装置中,增加了延时点火装置,给打压后的操作留足了操作时间,使得打压后地面开关阀门、异常情况起枪等操作更加安全。隔板点火器内设置垂直射孔弹在整个入井过程中均处于密封环境,确保了各项性能的安全、稳定,点火能量可调空间大,通过调整射孔弹的型号、射孔弹与挡板的距离、挡板的厚度可以有效的调整激发能量,实现各种不同感度引火药的点火。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的脉冲波压裂装置的结构示意图。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下:1、脉冲波压裂枪,2、控制装置,11、压裂枪导向头,12、台阶孔,13、T型堵片,21、延时点火装置,22、隔板点火器,23、开孔起爆装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例所述脉冲波压裂装置。根据本发明的脉冲波压裂装置,能够满足较深井的作业,同时还设置延时点火装置,给打压后的操作留足了操作时间,使得打压后地面开关阀门、异常情况起枪等操作更加安全。
如图1所示,本实施例所述的脉冲波压裂装置,包括脉冲波压裂枪1。所述脉冲压裂枪能够释放高压气体,并通过高压气体产生脉冲波对底层进行有效破裂。所述脉冲波压裂枪1内填充有燃料,并且所述脉冲波压裂枪1构造成通过点燃所述燃料喷射出高压气体。在本实施例中,所述脉冲波压裂装置还包括控制装置2,所述控制装置2构造成能够接受地面的控制从而点燃所述脉冲波压裂枪1内的燃料。其中,所述控制装置2构造成能够控制点火的延时时间。
在使用根据本实施例所述的脉冲波压裂装置时,所述控制装置2能够接受地面控制而在井下启动所述延时点火装置21。这样,通过本实施例所述的脉冲波压裂装置可以满足直井、斜井和水平井点火需求,使本实施例所述装置能够适用的井型实现了全覆盖。
在一个实施例中,所述控制装置2包括延时点火装置21,所述延时点火装置21连接所述脉冲波压裂枪1。在本实施例中,延时点火装置21构造成能够通过隔板点火器22点燃所述脉冲波压裂枪1内的燃料。
在根据本实施例所述的脉冲波压裂装置中,所述延时点火装置21能够设定延时时间。在启动延时点火装置21后,给打压后的操作留足了操作时间,使得打压后地面开关阀门、异常情况起枪等操作更加安全。
在一个实施例中,所述控制装置2还包括开孔起爆装置23,所述开孔起爆装置23构造成能够接受地面控制而启动所述延时点火装置21。在本实施例中,所述开孔起爆装置23内设置销钉,地面通过打压能够剪断销钉,销钉剪断后所述开孔起爆装置23启动。在操作时,地面人员通过打压剪断销钉,开启起爆装置启动,从而开启延时点火装置21,所述延时点火装置21延时设定的时间后点燃脉冲波压裂枪1内的燃料,从而实现压裂。
在根据本实施例所述的脉冲波压裂装置中,起爆装置打压后孔眼打开,实现了油气井内油管和套管连通,满足作业后不换管柱直接投产需求。所述延时点火装置21能够在启动一段时间之后点燃所述脉冲波压裂枪1内的燃料,给打压后的操作留足了操作时间,使得打压后地面开关阀门、异常情况起枪等操作更加安全。
在一个优选的实施例中,所述脉冲波压裂枪1的前端连接有压裂枪导向头11。通过所述压裂枪导向头11能够控制脉冲波压裂枪1的精确控制喷射的位置。从而达到精确的控制地下压裂的位置。优选地,所述脉冲波压裂枪1的枪体采用42铬钼钢材料,耐外压强度不低于80MPa。
在一个实施例中,所述脉冲压裂枪的侧壁上设置有至少一个台阶孔12,所述台阶孔12内设置有与所述台阶孔12形状相匹配的T型堵片13。所述台阶孔12的数量根据压裂的压力强度选择,台阶孔12的数量的设置与内部含能材料燃烧产生的气体速率相配套。优选地,所述台阶孔12的截面为T型结构,其外侧为直径较大的孔,其内侧为直径较小的孔。台阶孔12采用T型片进行密封的方式,满足只承受外压,不承受内压要求,以提高压裂枪的输出脉冲压力。所述T型堵片13结构与所述台阶孔12的形状相匹配,T型堵片13的上端为直径较大的圆柱形结构,下端为直径较小的圆柱形结构。
在根据本实施例所述的脉冲波压裂装置中,压裂枪枪体采用了台阶孔12与“T型”堵片相结合的密封方式,承受外压能力达到80MPa以上,同时从枪内打开的难度低,只需平衡枪外部液柱压力即可成功打开,有效防止了枪内压力过高导致的炸枪发生。
在一个实施例中,所述隔板点火器22内设置有射孔弹。在根据本实施例所述的脉冲波压裂装置中,隔板点火器22内设置垂直射孔弹在整个入井过程中均处于密封环境,确保了各项性能的安全、稳定,点火能量可调空间大。通过调整射孔弹的型号、射孔弹与挡板的距离、挡板的厚度可以有效的调整激发能量,实现各种不同感度引火药的点火,通过射孔弹击穿隔板且形成的金属射流,其温度达到2000℃以上。
在根据本发明的另一个方面,还提出了一种脉冲波压裂方法。所述脉冲波压裂方法依据上述脉冲波压裂装置实现。本实施例所述方法包括以下步骤。
步骤一,在井上加压开启井下的起爆装置。
步骤二,起爆装置启动延迟点火装置,延迟点火装置在一段时间后启动隔板点火器22。
步骤三,所述隔板点火器22点燃所述脉冲波压裂枪1内的燃料以提高所述脉冲波压裂枪1内的压力,从而推开堵片释放压力,对底层进行破裂。
在一个优选的实施例中,所述脉冲波压裂方法包括以下步骤,
在步骤一中,通过在地面加压,剪断起爆装置的销钉,从而启动起爆装置。优选地,所述的起爆装置采用打压开孔起爆器,耐温达到180℃、耐压80MPa,根据井底流体压力及井口打压设备能力,设置销钉剪断、开启压力为20~30MPa。
在步骤二中,延时点火管耐温180℃、耐压80MPa,延时时间设计需满足步骤一完成后井口倒换时间,延时时间为5~15分钟,优选为设置10min。
在步骤三中,隔板点火器22内置有垂直向下射孔的射孔弹,通过射孔弹击穿隔板且形成的金属射流温度达到2000℃以上。射孔弹射出的金属射流点燃脉冲波压裂枪1内的燃料点燃,其中,燃料优选为超高温焓能材料。
在一个优选的实施例中,脉冲波压裂枪1内的燃料燃烧产生高能气体,从而提高压裂枪内部压力并推开压裂枪上的堵片,瞬间释放高压气体,压力不小于180MPa,气体对井下地层进行有效破裂。地层油气通过开孔起爆器孔眼进入井筒,流出地面进行生产。
在一个优选的实施例中,所述超高温焓能材料优选为请补充,其耐温达到160℃、耐压80MPa,燃烧速率控制在300mm/s左右,产气量为在标准状态下为1m3/kg,装药量为7-9Kg/m。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种脉冲波压裂装置,其特征在于,包括:
脉冲波压裂枪(1),所述脉冲波压裂枪(1)内填充有燃料,所述脉冲波压裂枪(1)构造成通过点燃所述燃料喷射出高压气体;以及
连接所述脉冲波压裂枪(1)的控制装置(2),所述控制装置(2)构造成能够接受地面的控制从而点燃所述脉冲波压裂枪(1)内的燃料;
其中,所述控制装置(2)构造成能够控制点火的延时时间。
2.根据权利要求1所述的脉冲波压裂装置,其特征在于,所述控制装置(2)包括连接所述脉冲波压裂枪(1)的延时点火装置(21),所述延时点火装置(21)构造成能够通过隔板点火器(22)点燃所述脉冲波压裂枪(1)内的燃料。
3.根据权利要求2所述的脉冲波压裂装置,其特征在于,所述控制装置(2)还包括开孔起爆装置(23),所述开孔起爆装置(23)构造成能够接受地面控制而启动所述延时点火装置(21)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉冲波压裂装置,其特征在于,所述脉冲波压裂枪(1)的前端连接有压裂枪导向头(11)。
5.根据权利要求4所述的脉冲波压裂装置,其特征在于,所述脉冲压裂枪的侧壁上设置有至少一个台阶孔(12),所述台阶孔(12)内设置有与所述台阶孔(12)形状相匹配的T型堵片(13)。
6.根据权利要求5所述的脉冲波压裂装置,其特征在于,所述隔板点火器(22)内设置有射孔弹。
7.使用根据权要求1至6中任一项所述的脉冲波压裂装置进行脉冲波压裂的方法,其特征在于,包括:
步骤一,在井上加压开启井下的开孔起爆装置(23);
步骤二,开孔起爆装置(23)启动延延时点火装置(21),延时点火装置(21)在一段时间后启动隔板点火器(22);
步骤三,所述隔板点火器(22)点燃所述脉冲波压裂枪(1)内的燃料以提高所述脉冲波压裂枪(1)内的压力,从而推开堵片释放压力,对底层进行破裂。
8.根据权利要求7所述的压裂方法,其特征在于,井下加压开启井下的起爆器的压力为为20-30MPa。
9.根据权利要求7或8所述的压裂方法,其特征在于,所述延时点火装置(21)的延时时间为5~15分钟。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的压裂方法,其特征在于,所述脉冲波压裂枪(1)推开堵片释放的压力不小于180MPa。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200619 |