CN113338889B - 一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，先打设燃爆压裂水平井，接着在燃爆压裂水平井内形成一个射孔裂隙并安装首个燃爆封孔器，并形成封孔段，若在设定时间内封孔段内达到爆炸所需值，则引发燃爆气体对射孔裂隙进行一次冲击压裂；若未达到爆炸所需值，则对封孔段内补充燃爆气体，然后完成一次燃爆压裂，然后重复上述过程通过后退式燃爆压裂使燃爆压裂水平井周围形成燃爆压裂裂隙网络并进行封孔；最后在燃爆压裂水平井下方打设水力压裂水平井，并采用后退式水力压裂的方法，使水力压裂水平井周围形成水力压裂裂缝区，且该裂缝区能与燃爆压裂裂隙网络相连通，此时通过水力压裂水平井对该页岩储层进行页岩气的抽采工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，属于页岩气开采技术领域。
背景技术
全球页岩气储量丰富，是最具前景的非常规能源。水力压力是目前最为成熟也是应用最广的页岩储层增透方法，但受技术本身限制，压裂后的5～6个月内，页岩气井的产量可下降45%～55%。产量下降的原因：一方面是因为水力压裂所需时间较长受应力环境影响，裂缝扩展单一难以形成复杂裂隙网络，增透效果受限；另一方面是支撑剂难以进入微裂隙中，使得压裂裂隙在地应力的作用下重新闭合。而目前还有一种燃爆压裂的方法，通过气体爆炸瞬间产生较大的冲击波和高温高压气体，对周围岩体进行压裂；这样方式由于是瞬间冲击，因此具有极高的加载速率，使得爆炸裂隙不易受地应力环境的影响，同时燃爆冲击力较大，其破坏后的岩石会在剪切力作用下发生错动，从而形成自支撑结构，防止压裂裂隙在地应力的作用下重新闭合。但是，由于燃爆威力大，井筒易受破坏，导致井筒报废，最终无法实现后续的页岩气抽采过程。因此如何能将水力压裂和燃爆压裂相结合，使储层内部产生复杂的裂隙网络，并使裂隙网络保持较长时间的连通性，还能保证井筒不被破坏，从而保证后续的页岩气抽采，是本行业的研究方向。
因此通过燃爆压裂将页岩储层破坏，形成复杂裂隙网络，同时在产气井内通过水力压裂将水力裂缝沟通到燃爆裂缝网内，则可将燃爆压裂和水力压裂结合起来，促进页岩气的产气量。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，将燃爆压裂和水力压裂相结合，通过燃爆压裂将页岩储层破坏，形成复杂裂隙网络，同时用于抽采的水力压裂水平井内通过水力压裂将水力压裂裂缝区与燃爆压裂裂隙网络相连通，从而保证后续抽采页岩气的产气量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，具体步骤为：
A、从地面向所需抽采的页岩储层打设竖井，直至竖井达到该页岩储层内停止，并在打设竖井过程中将套管安装到竖井内，完成竖井的设置工作；
B、采用定向钻机伸入竖井并达到页岩储层所在位置，从竖井向页岩储层范围内打设一燃爆压裂水平井，并在该燃爆压裂水平井内采用套管和筛管组合进行支护，其中套管一端与竖井连接、另一端与筛管一端连接；所述筛管上开设多个网孔；
C、从竖井将射孔枪伸入燃爆压裂水平井内，采用射孔枪在距离该燃爆压裂水平井的最深处一定距离的位置，以燃爆压裂水平井的轴线为中心沿垂直于燃爆压裂水平井的方向透过网孔进行射孔作用，使周围岩体形成一个射孔裂隙，完成后将射孔枪从竖井中取出；
D、向步骤C中的燃爆压裂水平井内安装首个燃爆封孔器，燃爆封孔器固定在燃爆压裂水平井的筛管内并靠近步骤C中的射孔裂隙，使该燃爆压裂水平井内燃爆封孔器和燃爆压裂水平井的最深处之间形成封孔段，射孔裂隙处于封孔段内；燃爆封孔器上设有多参数检测装置、点火头和进气管，进气管穿过燃爆封孔器，其中处于封孔段的进气管一端装有单向气阀，单向气阀的进气口与进气管一端连接；进气管另一端设有连接头，进气管通过连接头与高压注气管连接，高压注气管另一端伸出竖井与地面上的气体增压泵的出气口连接，气体增压泵的进气口与储气室的出气口连接；多参数检测装置和点火头均固定在燃爆封孔器上并处于封孔段内，多参数检测装置通过数据线和信号转换器与地面的控制中心连接，点火头通过数据线和点火触发器与地面的控制中心连接，高压注气管上装有电控阀，电控阀和气体增压泵均与控制中心连接，完成燃爆压裂系统的组装；
E、等待设定的时间，页岩储层内的页岩气会从射孔裂隙内解吸部分进入封孔段内，控制中心通过多参数检测装置实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，若在设定时间内采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，控制中心通过点火触发器控制点火头点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对射孔裂隙周围的页岩进行一次冲击压裂过程；若在设定时间内采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度未达到爆炸所需值时，控制中心使打开电控阀并启动气体增压泵，将燃爆气体持续从储气室依次经过气体增压泵、高压注气管和进气管并使单向气阀受压打开后进入封孔段，此时控制中心继续通过多参数检测装置实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，直至采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，停止气体增压泵并关闭储气室阀门，此时单向气阀自动关闭，接着将高压注气管与连接头分离；完成后控制中心通过点火触发器控制点火头点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对射孔裂隙周围的页岩进行一次冲击压裂过程；
F、重复步骤C在燃爆压裂水平井再形成一个射孔裂隙，且该射孔裂隙相比于第一个射孔裂隙距离燃爆压裂水平井最深处更远，然后重复D和E，完成该部分的一次冲击压裂过程；如此重复多次，通过后退式燃爆压裂使该燃爆压裂水平井周围形成燃爆压裂裂隙网络，完成后在竖井与燃爆压裂水平井连接处对整个燃爆压裂水平井进行封孔处理；
G、将竖井继续向下掘进一段距离，然后在燃爆压裂水平井下方，从竖井向页岩储层范围内打设水力压裂水平井，水力压裂水平井处于燃爆压裂水平井的正下方；接着从地面经过竖井将射孔枪伸入到达水力压裂水平井内，以水力压裂水平井的轴线为中心沿垂直于水力压裂水平井的方向等间距的割出多个水力压裂裂缝，然后将水力压裂封孔器放入水力压裂水平井使其内部形成封孔段，压裂管穿过水力压裂封孔器，且压裂管一端处于封孔段、另一端伸出竖井与地面的压裂车连接，完成水力压裂系统的组装，最后利用水力压裂系统采用后退式水力压裂的方法，使水力压裂水平井周围的页岩形成水力压裂裂缝区，且该裂缝区能与燃爆压裂裂隙网络相连通，完成后拆卸水力压裂系统，通过竖井和水力压裂水平井对该页岩储层进行页岩气的抽采工作；
H、若该页岩储层的厚度较大，则当页岩气抽采殆尽后，重复步骤A至G对下方的页岩储层再次进行燃爆压裂和水力压裂，从而继续进行页岩气的抽采工作。
进一步，所述多参数检测装置包括温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器。
进一步，所述燃爆气体为甲烷和氧气的混合气体。
进一步，所述控制中心为计算机。
进一步，所述燃爆压裂水平井和水力压裂水平井之间的垂直距离为50m。
进一步，所述步骤E中设定的时间为24小时。
与现有技术相比，本发明将燃爆压裂和水力压裂相结合，先从地面向页岩储层打设竖井，并从竖井向页岩储层范围内打设一燃爆压裂水平井，接着采用射孔枪在燃爆压裂水平井内，以燃爆压裂水平井的轴线为中心沿垂直于燃爆压裂水平井的方向形成一个射孔裂隙，然后在燃爆压裂水平井内安装首个燃爆封孔器，使燃爆封孔器和水平钻井的最深处之间形成封孔段，射孔裂隙处于封孔段内；并连接其余部件完成燃爆压裂系统的组装；等待设定的时间，页岩储层内的页岩气会从射孔裂隙内解吸部分进入封孔段内，控制中心通过多参数检测装置实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，若在设定时间内达到爆炸所需值，则通过点火头点火从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对射孔裂隙周围的页岩进行一次冲击压裂过程；若在设定时间内未达到爆炸所需值，则通过储气室和气体增压泵对封孔段补充燃爆气体，直至达到爆炸值时进行燃爆压裂，完成一次燃爆压裂后，首个燃爆封孔器会留在燃爆压裂水平井内，然后再采用射孔枪在未封孔的燃爆压裂水平井内再形成一个射孔裂隙，完成后将一个燃爆封孔器放入燃爆压裂水平井内并与首个燃爆封孔器间隔一定距离，此时两个燃爆封孔器之间形成新的封孔段，且新形成的射孔裂隙处于该封孔段内，然后重复上述燃爆压裂过程对该封孔段进行一次冲击压裂，如此重复多次，通过后退式燃爆压裂使该燃爆压裂水平井周围形成燃爆压裂裂隙网络并进行封孔；最后在燃爆压裂水平井下方打设水力压裂水平井，并采用后退式水力压裂的方法，使水力压裂水平井周围的页岩形成水力压裂裂缝区，且该裂缝区能与燃爆压裂裂隙网络相连通，此时通过竖井和水力压裂水平井对该页岩储层进行页岩气的抽采工作；由于燃爆压裂将页岩储层破坏，形成复杂裂隙网络，同时燃爆冲击力较大，其破坏后的岩石会在剪切力作用下发生错动，从而形成自支撑结构，防止压裂裂隙在地应力的作用下重新闭合，同时用于抽采的水力压裂水平井内通过水力压裂将水力压裂裂缝区与燃爆压裂裂隙网络相连通，防止由于燃爆导致井筒被破坏导致无法进行页岩气的开采，最终有效保证后续持续抽采页岩气的产气量。
附图说明
图1是本发明整体的布设示意图；
图2是本发明中燃爆封孔器的结构示意图。
图中：1、页岩储层，2、竖井，3-1、水力压裂水平井，3-2、燃爆压裂水平井，4、套管，5、筛管，6、网孔，7、高压注气管，8、燃爆封孔器，9、多参数检测装置，10、点火头，11、射孔裂隙，12、燃爆气体，13、燃爆压裂裂隙网络，14、压裂管，15、水力压裂封孔器，16、水力压裂裂缝区，17、压裂车，18、数据线，19、点火触发器，20、信号转换器，21、电控阀，22、气体增压泵，23、储气室，24、控制中心，25、单向气阀。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例1：通过地质勘探发现某地区的地层中存在一个具有开采价值的页岩储层1，该页岩储层1的厚度大约为200m，如图1所示，采用本发明的方法进行页岩气开采，具体步骤为：
A、从地面向所需抽采的页岩储层1打设竖井，直至竖井2达到该页岩储层1内20m的深度停止，并在打设竖井2过程中将套管4安装到竖井2内，完成竖井2的设置工作；
B、采用定向钻机伸入竖井2并达到页岩储层1所在位置，从竖井2向页岩储层1范围内打设一燃爆压裂水平井3-2，并在该燃爆压裂水平井3-2内采用套管4和筛管5组合进行支护，其中套管4一端与竖井2连接、另一端与筛管5一端连接；所述筛管5上开设多个网孔6；
C、从竖井2将射孔枪伸入燃爆压裂水平井3-2内，采用射孔枪在距离该燃爆压裂水平井3-2的最深处10m距离的位置，以燃爆压裂水平井3-2的轴线为中心沿垂直于燃爆压裂水平井3-2的方向透过网孔6进行射孔作用，使周围岩体形成一个射孔裂隙11，完成后将射孔枪从竖井2中取出；
D、向步骤C中的燃爆压裂水平井3-2内安装首个燃爆封孔器8，燃爆封孔器8固定在燃爆压裂水平井3-2的筛管5内并距离步骤C中的射孔裂隙5m，使该燃爆压裂水平井3-2内燃爆封孔器8和燃爆压裂水平井3-2的最深处之间形成15m的封孔段，射孔裂隙11处于封孔段内；燃爆封孔器8上设有多参数检测装置9、点火头10和进气管，所述多参数检测装置包括温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器，进气管穿过燃爆封孔器8，其中处于封孔段的进气管一端装有单向气阀25，单向气阀25的进气口与进气管一端连接；进气管另一端设有连接头，进气管通过连接头与高压注气管7连接，高压注气管7另一端伸出竖井2与地面上的气体增压泵22的出气口连接，气体增压泵22的进气口与储气室23的出气口连接；多参数检测装置9和点火头10均固定在燃爆封孔器8上并处于封孔段内，多参数检测装置9通过数据线18和信号转换器20与地面的控制中心24连接，点火头10通过数据线18和点火触发器19与地面的控制中心24连接，高压注气管7上装有电控阀21，电控阀21和气体增压泵22均与控制中心24连接，完成燃爆压裂系统的组装；
E、等待24小时，页岩储层1内的页岩气会从射孔裂隙11内解吸部分进入封孔段内，控制中心通过多参数检测装置9实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，若在设定的24小时内采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，控制中心24通过点火触发器19控制点火头10点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管5上的网孔6对射孔裂隙11周围的页岩进行一次冲击压裂过程；若在设定24小时内采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度未达到爆炸所需值时，控制中心24使打开电控阀21并启动气体增压泵22，将甲烷和氧气的混合气体（即一种燃爆气体）持续从储气室23依次经过气体增压泵22、高压注气管7和进气管并使单向气阀25受压打开后进入封孔段，此时控制中心24继续通过多参数检测装置9实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，直至采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，停止气体增压泵22并关闭储气室23阀门，此时单向气阀25自动关闭，接着将高压注气管7与连接头分离；完成后控制中心24通过点火触发器19控制点火头10点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管5上的网孔6对射孔裂隙11周围的页岩进行一次冲击压裂过程；
F、重复步骤C在燃爆压裂水平井3-2再形成一个射孔裂隙11，且该射孔裂隙11距离燃爆压裂水平井3-2最深处为20m，然后重复D和E，完成该部分的一次冲击压裂过程；如此重复多次，通过后退式燃爆压裂使该燃爆压裂水平井3-2周围形成燃爆压裂裂隙网络13，完成后在竖井2与燃爆压裂水平井3-2连接处对整个燃爆压裂水平井3-2进行封孔处理；
G、将竖井2继续向下掘进一段距离，然后在燃爆压裂水平井3-2下方，从竖井2向页岩储层1范围内打设水力压裂水平井3-1，水力压裂水平井3-1处于燃爆压裂水平井3-2的正下方且与其垂直距离为50m；接着从地面经过竖井2将射孔枪伸入到达水力压裂水平井3-1内，以水力压裂水平井3-1的轴线为中心沿垂直于水力压裂水平井3-1的方向等间距的割出多个水力压裂裂缝，然后将水力压裂封孔器15放入水力压裂水平井3-1使其内部形成封孔段，压裂管14穿过水力压裂封孔器15，且压裂管14一端处于封孔段、另一端伸出竖井2与地面的压裂车17连接，完成水力压裂系统的组装，最后利用水力压裂系统采用后退式水力压裂的方法，使水力压裂水平井3-1周围的页岩形成水力压裂裂缝区16，且该裂缝区能与燃爆压裂裂隙网络13相连通，完成后拆卸水力压裂系统，通过竖井2和水力压裂水平井3-1对该页岩储层1进行页岩气的抽采工作；
H、由于该页岩储层1的厚度大约为200m，则当页岩气抽采殆尽后，重复步骤A至G对下方的页岩储层1再次进行燃爆压裂和水力压裂，从而继续进行页岩气的抽采工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，其特征在于，具体步骤为：
A、从地面向所需抽采的页岩储层打设竖井，直至竖井达到该页岩储层内停止，并在打设竖井过程中将套管安装到竖井内，完成竖井的设置工作；
B、采用定向钻机伸入竖井并达到页岩储层所在位置，从竖井向页岩储层范围内打设一燃爆压裂水平井，并在该燃爆压裂水平井内采用套管和筛管组合进行支护，其中套管一端与竖井连接、另一端与筛管一端连接；所述筛管上开设多个网孔；
C、从竖井将射孔枪伸入燃爆压裂水平井内，采用射孔枪在距离该燃爆压裂水平井的最深处一定距离的位置，以燃爆压裂水平井的轴线为中心沿垂直于燃爆压裂水平井的方向透过网孔进行射孔作用，使周围岩体形成一个射孔裂隙，完成后将射孔枪从竖井中取出；
D、向步骤C中的燃爆压裂水平井内安装首个燃爆封孔器，燃爆封孔器固定在燃爆压裂水平井的筛管内并靠近步骤C中的射孔裂隙，使该燃爆压裂水平井内燃爆封孔器和水平钻井的最深处之间形成封孔段，射孔裂隙处于封孔段内；燃爆封孔器上设有多参数检测装置、点火头和进气管，进气管穿过燃爆封孔器，其中处于封孔段的进气管一端装有单向气阀，单向气阀的进气口与进气管一端连接；进气管另一端设有连接头，进气管通过连接头与高压注气管连接，高压注气管另一端伸出竖井与地面上的气体增压泵的出气口连接，气体增压泵的进气口与储气室的出气口连接；多参数检测装置和点火头均固定在燃爆封孔器上并处于封孔段内，多参数检测装置通过数据线和信号转换器与地面的控制中心连接，点火头通过数据线和点火触发器与地面的控制中心连接，高压注气管上装有电控阀，电控阀和气体增压泵均与控制中心连接，完成燃爆压裂系统的组装；
E、等待设定的时间，页岩储层内的页岩气会从射孔裂隙内解吸部分进入封孔段内，控制中心通过多参数检测装置实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，若在设定时间内采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，控制中心通过点火触发器控制点火头点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对射孔裂隙周围的页岩进行一次冲击压裂过程；若在设定时间内采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度未达到爆炸所需值时，控制中心使打开电控阀并启动气体增压泵，将燃爆气体持续从储气室依次经过气体增压泵、高压注气管和进气管并使单向气阀受压打开后进入封孔段，此时控制中心继续通过多参数检测装置实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，直至采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，停止气体增压泵并关闭储气室阀门，此时单向气阀自动关闭，接着将高压注气管与连接头分离；完成后控制中心通过点火触发器控制点火头点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对射孔裂隙周围的页岩进行一次冲击压裂过程；
F、重复步骤C在燃爆压裂水平井再形成一个射孔裂隙，且该射孔裂隙相比于第一个射孔裂隙距离燃爆压裂水平井最深处更远，然后重复D和E，完成该部分的一次冲击压裂过程；如此重复多次，通过后退式燃爆压裂使该燃爆压裂水平井周围形成燃爆压裂裂隙网络，完成后在竖井与燃爆压裂水平井连接处对整个燃爆压裂水平井进行封孔处理；
G、将竖井继续向下掘进一段距离，然后在燃爆压裂水平井下方，从竖井向页岩储层范围内打设水力压裂水平井，水力压裂水平井处于燃爆压裂水平井的正下方；接着从地面经过竖井将射孔枪伸入到达水力压裂水平井内，以水力压裂水平井的轴线为中心沿垂直于水力压裂水平井的方向等间距的割出多个水力压裂裂缝，然后将水力压裂封孔器放入水力压裂水平井使其内部形成封孔段，压裂管穿过水力压裂封孔器，且压裂管一端处于封孔段、另一端伸出竖井与地面的压裂车连接，完成水力压裂系统的组装，最后利用水力压裂系统采用后退式水力压裂的方法，使水力压裂水平井周围的页岩形成水力压裂裂缝区，且该裂缝区能与燃爆压裂裂隙网络相连通，完成后拆卸水力压裂系统，通过竖井和水力压裂水平井对该页岩储层进行页岩气的抽采工作；
H、若该页岩储层的厚度较大，则当页岩气抽采殆尽后，重复步骤A至G对下方的页岩储层再次进行燃爆压裂和水力压裂，从而继续进行页岩气的抽采工作。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，其特征在于，所述多参数检测装置包括温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器。
3. 根据权利要求1 所述的一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，其特征在于，所述燃爆气体为甲烷和氧气的混合气体。
4. 根据权利要求1 所述的一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，其特征在于，所述控制中心为计算机。
5. 根据权利要求1 所述的一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，所述燃爆压裂水平井和水力压裂水平井之间的垂直距离为50m。
6. 根据权利要求1 所述的一种基于燃爆压裂和水力压裂相结合的页岩气促产方法，所述步骤E中设定的时间为24小时。
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