CN112878974A - 一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法 - Google Patents
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Abstract
一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，适用页岩气、煤层气和致密气井的瓦斯高效抽采。首先对水平井全段射孔，形成导向缝槽；然后向密封区段注入氧气，与甲烷预混形成一定浓度的混合气体；引爆甲烷，进行一级脉冲燃爆压裂，致裂缝槽周围储层；同时高温促进储层甲烷解吸；当监测到温度和一氧化碳浓度超过报警阈值时，向区段注入氮气，消除储层自燃风险；待甲烷充分解吸后，重复进行二级等多级脉冲燃爆压裂，形成立体裂缝网络；该区段压裂完成后，继续对下一区段进行燃爆压裂，直到水平井全部区段压裂完成；最后进行甲烷抽采。该方法利用水平井内原位解吸甲烷诱导燃爆，构造立体裂缝网络，提高了非常规天然气井的抽采效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，尤其适用于对低透气性非常规天然气储层的甲烷高效抽采。
背景技术
随着我国能源需求的增加，非常规天然气开采迅猛发展。传统的非常规天然气开采方式为直井排水降压开采，单井产量低，经济效益较差。常用的增产措施为水平井水力压裂，但是该措施需要耗费大量的水资源、压裂液易污染地下水、压裂缝网形态单一、易对储层形成水锁效应。因此，亟需开发经济、安全、高效的新型的非常规天然气井强化抽采方法，提高非常规天然气的抽采效率
甲烷燃爆压裂利用储层原位解吸甲烷，通过加入助燃剂(氧气)稀释甲烷浓度至爆炸范围，然后引爆甲烷，通过甲烷燃爆产生的高温高压冲击波致裂储层，使储层产生立体裂缝网络，提高非常规天然气井的抽采效率；同时燃爆产生的高温环境还可以促进甲烷的解吸。该方法将甲烷燃爆由一种灾害转变为一种高效致裂方法，不需要消耗水和压裂液，主要利用储层原位解吸甲烷，没有地上运输和地下投放等过程，安全、经济、环保优势明显，是非常规天然气开采的前瞻性、变革性技术创新。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，利用非常规天然气储层原位解吸甲烷燃爆压裂，没有地上运输和地下投放过程，无需大量的水和压裂液，能在多分支水平井周构造立体裂缝网络，提高瓦斯抽采效率。
技术方案：为了实现上述目的，本发明提供非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，从水平井底部到垂直井连接处间隔依次划分区段I、区段II……区段N；采用聚能射孔系统、甲烷多级脉冲燃爆压裂系统和控制台进行分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采，具体包括以下步骤：
a.安装聚能射孔系统，聚能射孔系统包括滚珠导靴、射孔器、连接杆和起爆器，所述滚珠导靴位于靠近水平井底部位置，滚珠导靴尾端通过连接杆依次连接射孔器和起爆器，射孔器设置在套管内，射孔器包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器连接；
b.启动起爆器，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，在非常规天然气储层中的区段I、区段II……区段N形成多个射孔缝槽，之后回收射孔器，完成射孔操作；
c.在区段I安装甲烷多级脉冲燃爆压裂系统，燃爆压裂系统包括喷管、注气管、点火装置、封隔器和控制台；所述喷管与注气管连接，注气管的进气口分为两路，一路连接高压氧气源，另一路连接高压氮气源，注气管内部靠近出气口位置依次布置有点火装置、甲烷传感器、一氧化碳传感器和温度传感器，点火装置与甲烷传感器间的管路设置电磁阀一，温度传感器左端管路设置电磁阀二，高压氧气源、高压氮气源与注气管之间分别设置电磁阀三和电磁阀四，点火装置、电磁阀一、甲烷传感器、一氧化碳传感器、温度传感器、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四通过连接线连入控制台；
d.通过控制台打开电磁阀一、电磁阀二和电磁阀三，向区段I内注入助燃剂氧气，氧气经注气管和喷管后，由高压低速状态转变为低压高速状态进入区段I，与解吸甲烷充分预混，注入助燃剂氧气同时监测甲烷浓度变化；
e.当甲烷预混浓度达到爆炸范围时，通过控制台关闭电磁阀一、电磁阀二和电磁阀三，启动点火装置，引爆区段I内的甲烷，使区段I射孔缝槽周围储层产生大量分支裂缝；
f.打开电磁阀一监测燃爆后甲烷浓度、一氧化碳浓度和温度；若一氧化碳传感器浓度超过报警阈值时，打开电磁阀二和电磁阀四，向区段I内注入低压高速氮气，防止储层自燃；
g.重复步骤d、e和f，对区段I进行二级、三级等多级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围储层充分破裂，形成立体裂缝网络，促进甲烷大量解吸；
h.将甲烷多级脉冲燃爆压裂系统后退至区段II内布置，在区段I与区段II之间采用封隔器隔绝，重复步骤d、e、f和g，对区段II进行甲烷多级脉冲燃爆压裂；
i.进行多次后退甲烷多级脉冲燃爆压裂系统方式，完成整个水平井内所有区段的甲烷多级脉冲燃爆压裂，之后收回甲烷多级脉冲燃爆压裂系统，完成对非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采。
步骤c中，所述甲烷多级燃爆压裂系统中的喷管位于区段的中部；
所述从水平井底部到垂直井连接处间隔依次划分区段I、区段II……区段N的距离为90-110m。
步骤e中，所述的甲烷预混浓度达到爆炸范围为9％-10％。
步骤f中，当一氧化碳浓度降到报警阈值以下时，关闭电磁阀四(18)，若一氧化碳浓度始终在报警阈值以下，则等待10-12小时，使裂缝内瓦斯在燃爆冲击后的高温环境下充分解吸。
步骤f中，所述的一氧化碳报警阈值为24-50ppm。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明首先对水平井全段进行定向聚能射孔，然后对水平井分段进行甲烷多级脉冲燃爆压裂，利用多次甲烷燃爆冲击波致裂射孔缝槽周围储层，高效构造水平井周立体可控的裂缝网络。不需要可燃物的地上运输与地下投放，更加安全、经济和环保。尤其适用于低透气性非常规天然气储层的地面井开采。与现有技术相比的主要优点有：
1)利用储层原位解吸甲烷燃爆压裂，没有地上运输和地下投放过程，无需大量的水和压裂液；
2)通过控制系统集成操控燃爆压裂过程，通过监测钻孔内一氧化碳浓度和温度并适时注入氮气，降低储层自燃风险；
3)方法简便、经济、安全、环保、高效，能够在多分支水平井周围构造立体裂缝网络，显著提高抽采效率。
附图说明
图1为本发明水平井定向聚能射孔示意图。
图2为本发明水平井分段甲烷多级脉冲燃爆压裂示意图。
图中：1-滚珠导靴，2-射孔器，3-连接管，4-起爆器，5-套管，6-地层，7-非常规天然气储层，8-喷管，9-注气管，10-点火装置，11-封隔器，12-电磁阀一，13-甲烷传感器，14-一氧化碳传感器，15-温度传感器，16-电磁阀二，17-电磁阀三，18-电磁阀四，19-高压氧气源，20-高压氮气源，21-连接线，22-控制台，23-分支裂隙。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，从水平井底部到垂直井连接处间隔依次划分区段I、区段II……区段N；采用聚能射孔系统、甲烷多级脉冲燃爆压裂系统和控制台进行分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采，首先对水平井全段射孔，形成导向缝槽；然后向密封区段注入氧气，与甲烷预混形成一定浓度的混合气体；引爆甲烷，进行一级脉冲燃爆压裂，致裂缝槽周围储层；同时高温促进储层甲烷解吸；当监测到温度和一氧化碳浓度超过报警阈值时，向区段注入氮气，消除储层自燃风险；待甲烷充分解吸后，重复进行二级等多级脉冲燃爆压裂，形成立体裂缝网络；具体步骤如下：
a.安装聚能射孔系统，聚能射孔系统包括滚珠导靴1、射孔器2、连接杆3和起爆器4，所述滚珠导靴1位于靠近水平井底部位置，滚珠导靴1尾端通过连接杆3依次连接射孔器2和设在地面上的起爆器4，射孔器2设置在套管5内，射孔器2为采购件，规格根据现场需要确定，射孔器2包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器4连接；如图1所示；
b.启动起爆器4，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，在非常规天然气储层7中的区段I、区段II……区段N形成多个射孔缝槽，之后回收射孔器2，完成射孔操作；所述从水平井底部到垂直井连接处间隔依次划分区段I、区段II……区段N的距离为90-110m，优选100m。
c.在区段I安装甲烷多级脉冲燃爆压裂系统，燃爆压裂系统包括喷管8、注气管9、点火装置10、封隔器11和控制台22；所述喷管8与注气管9连接，注气管9的进气口分为两路，一路连接高压氧气源19，另一路连接高压氮气源20，注气管9内部靠近出气口位置依次布置有点火装置10、甲烷传感器13、一氧化碳传感器14和温度传感器15，点火装置10与甲烷传感器13间的管路设置电磁阀一12，温度传感器15左端管路设置电磁阀二16，高压氧气源19、高压氮气源20与注气管之间分别设置电磁阀三17和电磁阀四18，点火装置10、电磁阀一12、甲烷传感器13、一氧化碳传感器14、温度传感器15、电磁阀二16、电磁阀三17、电磁阀四18通过连接线21连入控制台；所述甲烷多级燃爆压裂系统中的喷管(8)位于区段的中部，如图2所示；
d.通过控制台22打开电磁阀一12、电磁阀二16和电磁阀三17，向区段I内注入助燃剂氧气，氧气经注气管9和喷管8后，由高压低速状态转变为低压高速状态进入区段I，与解吸甲烷充分预混，注入助燃剂氧气同时监测甲烷浓度变化；
e.当甲烷浓度达到爆炸范围时，通过控制台22关闭电磁阀一12、电磁阀二16和电磁阀三17，启动点火装置10，引爆区段I内的甲烷，使区段I射孔缝槽周围储层产生大量分支裂缝23；所述的甲烷浓度达到爆炸范围为9％-10％。
f.打开电磁阀一12监测燃爆后甲烷浓度、一氧化碳浓度和温度；若一氧化碳传感器浓度超过报警阈值时，打开电磁阀二16和电磁阀四18，向区段I内注入低压高速氮气，防止储层自燃；当一氧化碳浓度降到报警阈值以下时，关闭电磁阀四18，若一氧化碳浓度始终在报警阈值以下，则等待10-12小时，使裂缝内瓦斯在燃爆冲击后的高温环境下充分解吸。所述的一氧化碳报警阈值为24-50ppm。
g.重复步骤d、e和f，对区段I进行二级、三级等多级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围储层7充分破裂，形成立体裂缝网络，促进甲烷大量解吸；
h.将甲烷多级脉冲燃爆压裂系统后退至区段II内布置，在区段I与区段II之间采用封隔器(11)隔绝，重复步骤d、e、f和g，对区段II进行甲烷多级脉冲燃爆压裂；
i.进行多次后退甲烷多级脉冲燃爆压裂系统方式，完成整个水平井内所有区段的甲烷多级脉冲燃爆压裂，之后收回甲烷多级脉冲燃爆压裂系统，完成对非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采。
Claims (6)
1.一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，其特征在于：从水平井底部到垂直井连接处间隔依次划分区段I、区段II……区段N；采用聚能射孔系统、甲烷多级脉冲燃爆压裂系统和控制台进行分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采，具体包括以下步骤：
a.安装聚能射孔系统，聚能射孔系统包括滚珠导靴(1)、射孔器(2)、连接杆(3)和起爆器(4)，所述滚珠导靴(1)位于靠近水平井底部位置，滚珠导靴(1)尾端通过连接杆(3)依次连接射孔器(2)和起爆器(4)，射孔器(2)设置在套管(5)内，射孔器(2)包含射孔枪和射孔弹，射孔枪为杆状，内部有弹架，射孔弹依次装在弹架中，各射孔弹弹尾与起爆器(4)连接；
b.启动起爆器(4)，激发射孔枪内的射孔弹产生高压射流，在非常规天然气储层(7)中的区段I、区段II……区段N形成多个射孔缝槽，之后回收射孔器(2)，完成射孔操作；
c.在区段I安装甲烷多级脉冲燃爆压裂系统，燃爆压裂系统包括喷管(8)、注气管(9)、点火装置(10)、封隔器(11)和控制台(22)；所述喷管(8)与注气管(9)连接，注气管(9)的进气口分为两路，一路连接高压氧气源(19)，另一路连接高压氮气源(20)，注气管(9)内部靠近出气口位置依次布置有点火装置(10)、甲烷传感器(13)、一氧化碳传感器(14)和温度传感器(15)，点火装置(10)与甲烷传感器(13)间的管路设置电磁阀一(12)，温度传感器(15)左端管路设置电磁阀二(16)，高压氧气源(19)、高压氮气源(20)与注气管之间分别设置电磁阀三(17)和电磁阀四(18)，点火装置(10)、电磁阀一(12)、甲烷传感器(13)、一氧化碳传感器(14)、温度传感器(15)、电磁阀二(16)、电磁阀三(17)、电磁阀四(18)通过连接线(21)连入控制台；
d.通过控制台(22)打开电磁阀一(12)、电磁阀二(16)和电磁阀三(17)，向区段I内注入助燃剂氧气，氧气经注气管(9)和喷管(8)后，由高压低速状态转变为低压高速状态进入区段I，与解吸甲烷充分预混，注入助燃剂氧气同时监测甲烷浓度变化；
e.当甲烷预混浓度达到爆炸范围时，通过控制台(22)关闭电磁阀一(12)、电磁阀二(16)和电磁阀三(17)，启动点火装置(10)，引爆区段I内的甲烷，使区段I射孔缝槽周围储层产生大量分支裂缝(23)；
f.打开电磁阀一(12)监测燃爆后甲烷浓度、一氧化碳浓度和温度；若一氧化碳传感器浓度超过报警阈值时，打开电磁阀二(16)和电磁阀四(18)，向区段I内注入低压高速氮气，防止储层自燃；
g.重复步骤d、e和f，对区段I进行二级、三级等多级脉冲燃爆压裂，使导向缝槽周围储层(7)充分破裂，形成立体裂缝网络，促进甲烷大量解吸；
h.将甲烷多级脉冲燃爆压裂系统后退至区段II内布置，在区段I与区段II之间采用封隔器(11)隔绝，重复步骤d、e、f和g，对区段II进行甲烷多级脉冲燃爆压裂；
i.进行多次后退甲烷多级脉冲燃爆压裂系统方式，完成整个水平井内所有区段的甲烷多级脉冲燃爆压裂，之后收回甲烷多级脉冲燃爆压裂系统，完成对非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采。
2.如权利要求1所述的一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，其特征在于：步骤c中，所述甲烷多级燃爆压裂系统中的喷管(8)位于区段的中部。
3.如权利要求1所述的一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，其特征在于：所述从水平井底部到垂直井连接处间隔依次划分区段I、区段II……区段N的距离为90-110m。
4.如权利要求1所述的一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，其特征在于：步骤e中，所述的甲烷预混浓度达到爆炸范围为9％-10％。
5.如权利要求1所述的一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，其特征在于：步骤f中，当一氧化碳浓度降到报警阈值以下时，关闭电磁阀四(18)，若一氧化碳浓度始终在报警阈值以下，则等待10-12小时，使裂缝内瓦斯在燃爆冲击后的高温环境下充分解吸。
6.如权利要求1或5所述的一种非常规天然气井水平分段甲烷多级脉冲燃爆压裂强化抽采方法，其特征在于：步骤f中，所述的一氧化碳报警阈值为24-50ppm。
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