CN112983384A - 一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，该方法所使用的装置包括聚能射孔装置、燃爆机构和助燃剂，具体操作步骤为：a、预裂孔的形成：预先将聚能射孔装置投放于井筒内的页岩气待开采段进行射孔处理，利用聚能射流效应预先启裂若干条裂缝，启裂若干条裂缝后形成待压裂段，待压裂段页岩储层中渗出解析甲烷；b、燃爆机构投放：完成步骤a后，先将助燃剂充入燃爆机构内，再将含有助燃剂的燃爆机构投放到待压裂段。本发明能够实现利用助燃剂与原位解析甲烷燃爆迅速产生高温、高压气体在深地页岩储层中产生压力脉冲冲击压裂储层，提高对页岩储层的改造效果，从而大幅提升页岩气开采产能。
Description
技术领域
本发明涉及深部页岩气开采领域技术领域，特别是涉及一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法。
背景技术
当前页岩气井主要采用水平井分段多簇间隔压裂技术，通过在井下产生瞬态、高能量的冲击波,形成高温、高压的作用时间区域,并以一定的增压速度加载于地层,将地层及堵塞介质压裂开,在深地水平井周围地带可以形成多条不受地应力控制的径向多裂缝体系,爆生气体进入裂缝中可以进一步增加裂缝的延伸，以此来提高页岩储层裂隙发育、扩展，同时增加页岩气的析出、扩散、渗流能力，进而增大井周页岩储层的改造体积，提高水平井的产能。但在深层、致密、高应力的条件下，采用火药进行高能气体压裂存在火工品安全性能差、裂缝拓展规模小的问题，而采用水力压裂技术则难以形成有效缝网。从而使得对页岩储层改造差，导致开采页岩气产能低。
发明内容
本发明的目的是提供一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现利用助燃剂与原位解析甲烷燃爆迅速产生高温、高压气体在深地页岩储层中产生压力脉冲冲击压裂储层，提高对页岩储层的改造效果，从而大幅提升开采页岩气产能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，该方法所使用的装置包括聚能射孔装置、燃爆机构、助燃剂、井筒和甲烷浓度传感，具体操作步骤为：
a、预裂孔的形成：预先将聚能射孔装置投放于井筒内的页岩气待开采段进行射孔处理，利用聚能射流效应预先启裂若干条裂缝，启裂若干条裂缝后形成待压裂段，待压裂段页岩储层中渗出解析甲烷；
b、燃爆机构投放：完成步骤a后，先将助燃剂充入燃爆机构内，再将含有助燃剂的燃爆机构投放到待压裂段；
c、燃爆：完成步骤b的燃爆机构投放后，首先通过甲烷浓度传感器检测到解析甲烷时，通过燃爆机构释放助燃剂，助燃剂与井筒中析出的解析甲烷进行预混，当燃爆机构检测到混合气体中的解析甲烷浓度达到预先设定浓度时进行燃爆作业；
d、重复步骤a-c，直至完成对页岩储层的多级压裂。
优选的，所述步骤b中，所述燃爆机构包括支撑部和燃爆部，所述支撑部与所述燃爆部固定连接，所述支撑部包括支撑板，所述支撑板顶端固定安装有助燃剂存储罐，所述助燃剂位于所述助燃剂存储罐内，所述支撑板底端固定安装有油雾喷嘴，所述油雾喷嘴贯穿所述支撑板并与所述助燃剂存储罐连通。
优选的，所述燃爆部包括与所述支撑板底端固定连接的高能点火器。
优选的，所述甲烷浓度传感器与所述支撑板底端固定连接，所述甲烷浓度传感器分别与所述油雾喷嘴和所述高能点火器电性连接。
优选的，所述支撑板底端固定连接有筛管，所述油雾喷嘴位于所述筛管内。
优选的，所述支撑板上固定连接有支架，所述支架与所述筛管底端固定连接。
优选的，所述助燃剂为正氧或者零氧平衡氧化剂物质。
优选的，所述支撑板顶端固定连接有投放回收装置。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，可以利用深地页岩储层原位解吸甲烷气体，通过向井筒中多次投放助燃剂与原位解析页岩气(甲烷)气体协同燃爆迅速产生大量高温、高压、大量的气体在地层中产生压力脉冲波，多次冲击作用压裂井周局部储层，从而进一步创造页岩内部立体裂缝网络结构。燃爆产生的高温、高压、大量气体可以持续提升局部页岩储层温度梯度，从而促进裂隙网络发育、延伸、拓展的同时便于页岩吸附甲烷气体的高效解析，通过多次释放助燃剂可以实现多级脉冲压裂不断拓展裂缝网络。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂的结构示意图；
图2为燃爆机构的结构示意图；
其中，1-助燃剂，2-解析甲烷，3-井筒，4-支撑板，5-助燃剂存储罐，6-油雾喷嘴，7-甲烷浓度传感器，8-高能点火器，9-筛管，10-支架，11-储层，12-初始裂缝，13-压裂裂缝，14-射孔孔眼，15-应力波，16-连接板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，该方法所使用的装置包括聚能射孔装置、燃爆机构、助燃剂1、井筒3和甲烷浓度传感器7，具体操作步骤为：
a、预裂孔的形成：预先将聚能射孔装置投放于井筒3内的页岩气待开采段进行射孔处理，利用聚能射流效应预先启裂若干条裂缝，启裂若干条裂缝后形成待压裂段，待压裂段页岩储层中渗出解析甲烷2。聚能射孔装置非本发明所保护的技术内容，在此不做过多赘述。
b、燃爆机构投放：完成步骤a后，先将助燃剂1充入燃爆机构内，再将含有助燃剂1的燃爆机构投放到待压裂段。将助燃剂1预先冲入助燃剂存储罐5内，并通过外部投放回收装置(图中未示出)将燃爆机构投放至待压裂段。
c、燃爆：完成步骤b的燃爆机构投放后，首先通过甲烷浓度传感器7检测到解析甲烷2时，通过燃爆机构释放助燃剂1，助燃剂1与井筒3中析出的解析甲烷2进行预混，当燃爆机构检测到混合气体中的解析甲烷2浓度达到预先设定浓度时进行燃爆作业。甲烷浓度传感器7检测到低浓度解析甲烷2后，立即传输信号给油雾喷嘴6，油雾喷嘴6根据设定好的助燃剂投放量进行助燃剂1定量释放，助燃剂1通过筛管9与井筒3中析出的解析甲烷2进行预混，当甲烷浓度传感器7检测到混合气体中的解析甲烷2浓度达到预先设定浓度时，传递信号给高能点火器8，高能点火器8进行点火作业，井筒3中迅速产生大量气体和热量，这种较高的加载速率产生应力波15导致在地层中形成辐射状的径向多条压裂裂缝13，与此同时井筒3憋压产生大量高温、高压气体进入压裂裂缝13中，进一步延伸裂缝.
d、重复步骤a-c，直至完成对页岩储层的多级压裂。燃爆作业结束后，燃爆机构检测到混合气体中的解析甲烷2浓度低时，再次进行助燃剂1的释放和燃爆作业。以此类推，不断重复上述步骤c，可以对页岩储层进行多级压裂，进而形成有效的立体网缝结构。
进一步的，所述步骤b中，所述燃爆机构包括支撑部和燃爆部，所述支撑部与所述燃爆部固定连接，所述支撑部包括支撑板4，所述支撑板4顶端固定安装有助燃剂存储罐5，所述助燃剂1位于所述助燃剂存储罐5内，所述支撑板4底端固定安装有油雾喷嘴6，所述油雾喷嘴6贯穿所述支撑板4并与所述助燃剂存储罐5连通。支撑板4起到支撑固定作用，油雾喷嘴6位于支撑板4底端，方便对待压裂端进行助燃剂1的投放，助燃剂存储罐5为一次性用具，不需要进行回收，因此提高了助燃剂1的使用安全性。
进一步的，所述燃爆部包括与所述支撑板4底端固定连接的高能点火器8。高能点火器8用来点火。
进一步的，所述甲烷浓度传感器7与所述支撑板4底端固定连接，所述甲烷浓度传感器7分别与所述油雾喷嘴6和所述高能点火器8电性连接。甲烷浓度传感器7用来检测待压裂段的解析甲烷2浓度，甲烷浓度传感器7测得实际混合物中解析甲烷2的浓度是否达到爆炸极限，当解析甲烷2浓度达到引爆条件后即可启动高能点火器8进行点火作业。
进一步的，所述支撑板4底端固定连接有筛管9，所述油雾喷嘴位于所述筛管9内。筛管9使得由油雾喷嘴6喷射出的助燃剂1均匀分布在待压裂段，从而在燃爆过程中产生的高温、高压气体均匀分布在待压裂段，提高压裂裂缝制作效果。
进一步的，所述支撑板4上固定连接有支架10，所述支架10与所述筛管9底端固定连接。支架10起到连接固定作用，支架10可以将筛管9的底端密封，防止来不及扩散的助燃剂1流失，从而降低燃爆成本。
进一步的，所述助燃剂1为正氧或者零氧平衡氧化剂物质。助燃剂能够满足与低浓度解析甲烷2发生燃烧反应，以及满足高温、高压下能够保持稳定性，助燃剂1可以是二甲醚、液氧、过氧化氢、四氧化而氯、高氯酸钾、氯化钾中的一种或多种混合。
进一步的，所述支撑板4顶端固定连接有投放回收装置。投放回收装置(图中未示出)起到回收作用，投放回收装置也可以与支架10固定连接，在燃爆结束后，通过投放回收装置回收支架10和筛管9。支架10的顶端可以固定连接有连接板16，连接板16可以与投放回收装置固定连接，从而方便支架10和筛管9的回收。
本发明提供的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，预先将聚能射孔装置投放于页岩气待开采段进行射孔处理，利用聚能射流效应预先启裂数条裂缝，将燃爆机构投放到待压裂段，甲烷浓度传感器7检测到低浓度解析甲烷2后，立即传输信号给油雾喷嘴6，油雾喷嘴6根据设定好的助燃剂投放量进行助燃剂1定量释放，助燃剂1通过筛管9与井筒3中析出的解析甲烷2进行预混，当甲烷浓度传感器7检测到混合气体中的解析甲烷2浓度达到预先设定浓度时，传递信号给高能点火器8，高能点火器8进行点火作业，井筒3中迅速产生大量气体和热量，这种较高的加载速率产生应力波15导致在地层中形成辐射状的径向多条压裂裂缝13，与此同时井筒3憋压产生大量高温、高压气体进入压裂裂缝13中，进一步延伸裂缝，燃爆作业结束后，回收燃爆机构，重新装填助燃剂存储罐5，再次进行助燃剂1的释放和燃爆作业。以此类推，不断重复上述步骤，可以对页岩储层进行多级压裂，进而形成有效的立体网缝结构。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于，该方法所使用的装置包括聚能射孔装置、燃爆机构、助燃剂(1)、井筒(3)和甲烷浓度传感器(7)，具体操作步骤为：
a、预裂孔的形成：预先将聚能射孔装置投放于井筒(3)内的页岩气待开采段进行射孔处理，利用聚能射流效应预先启裂若干条裂缝，启裂若干条裂缝后形成待压裂段，待压裂段页岩储层中渗出解析甲烷(2)；
b、燃爆机构投放：完成步骤a后，先将助燃剂(1)充入燃爆机构内，再将含有助燃剂(1)的燃爆机构投放到待压裂段；
c、燃爆：完成步骤b的燃爆机构投放后，首先通过甲烷浓度传感器(7)检测到解析甲烷(2)时，通过燃爆机构释放助燃剂(1)，助燃剂(1)与井筒(3)中析出的解析甲烷(2)进行预混，当燃爆机构检测到混合气体中的解析甲烷(2)浓度达到预先设定浓度时进行燃爆作业；
d、重复步骤a-c，直至完成对页岩储层的多级压裂。
2.根据权利要求1所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述步骤b中，所述燃爆机构包括支撑部和燃爆部，所述支撑部与所述燃爆部固定连接，所述支撑部包括支撑板(4)，所述支撑板(4)顶端固定安装有助燃剂存储罐(5)，所述助燃剂(1)位于所述助燃剂存储罐(5)内，所述支撑板(4)底端固定安装有油雾喷嘴(6)，所述油雾喷嘴(6)贯穿所述支撑板(4)并与所述助燃剂存储罐(5)连通。
3.根据权利要求2所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述燃爆部包括与所述支撑板(4)底端固定连接的高能点火器(8)。
4.根据权利要求3所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述甲烷浓度传感器(7)与所述支撑板(4)底端固定连接，所述甲烷浓度传感器(7)分别与所述油雾喷嘴(6)和所述高能点火器(8)电性连接。
5.根据权利要求2所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述支撑板(4)底端固定连接有筛管(9)，所述油雾喷嘴(6)位于所述筛管(9)内。
6.根据权利要求5所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述支撑板(4)上固定连接有支架(10)，所述支架(10)与所述筛管(9)底端固定连接。
7.根据权利要求1所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述助燃剂(1)为正氧或者零氧平衡氧化剂物质。
8.根据权利要求1所述的深部页岩储层原位甲烷燃爆多级脉冲压裂方法，其特征在于：所述支撑板(4)顶端固定连接有投放回收装置。
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