CN115306365B - 一种可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法，该装置包括装弹室和爆破弹；其中，所述装弹室用于下入套管环空并处于压裂段的压裂液中，所述装弹室被配置为保证所述爆破弹能够投放于压裂段的压裂液中；所述爆破弹装载在所述装弹室中，所述爆破弹被配置为在压裂段的压裂液中产生指定频率和幅值的交变载荷。本发明能够通过控制爆破弹的投放数量和爆炸频率来产生高幅值和高频的交变载荷脉冲压力，并在主缝内形成非均匀分布的载荷，从而产生支缝，扩展复杂缝网，且不需要频繁启动或停止压裂泵，同时交变载荷只在压裂段和人工裂缝内产生，也不会引起整个井筒的疲劳损伤。

Description

一种可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法，属于石油与天然气储层改造技术领域。
背景技术
随着世界工业水平和经济的快速发展，各个国家和地区对于石油与天然气的需求与日俱增。目前，由于传统油气资源的开采难以满足现阶段的需求，石油工业步入从常规油气开发到非常规油气开发的新阶段，因此低渗、页岩、致密储层等非常规油气的开采受到了广泛的关注。
在石油与天然气工程中，压裂是指开采油气的过程中，借助水力作用，使储层产生裂缝，改善油气的流动环境，从而使油气井产量增加的技术。对于低渗、页岩、致密储层来说，通过压裂形成的复杂缝网能增加储层中流体的流动能力。
脉冲水力压裂是一项具有广泛应用前景的新型压裂方法，其原理是利用水流对储层施加一定频率的脉冲压力，使储层受到交变应力发生疲劳损伤，从而产生复杂缝网。然而，此种压裂方法虽然能够使储层发生疲劳损伤，但其存在以下显著的弊端：
①需频繁启动和停止压裂泵，因此对压裂泵会造成一定损伤，而目前变频压力泵的研发不易；②此种压裂方法产生的脉冲压力是从井口到井底整个管柱中传递，能量损失较大，并且也难免会使井筒发生疲劳损伤；虽然也有在井底设置脉冲转化装置的改进方法，但是其无论在实施和维护上都有一定难度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法，其能够利用爆破弹实现高频和高幅值的交变载荷脉冲压力，在主缝内形成非均匀分布的载荷，从而产生支缝，扩展复杂缝网，且不需要频繁启动或停止压裂泵，也不会损坏井筒。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本发明提供的一种可实现交变载荷脉冲压裂的装置，包括装弹室和爆破弹；其中，所述装弹室用于下入套管环空并处于压裂段的压裂液中，所述装弹室被配置为保证所述爆破弹能够投放于压裂段的压裂液中；所述爆破弹装载在所述装弹室中，所述爆破弹被配置为在压裂段的压裂液中产生指定频率和幅值的交变载荷。
所述的装置，优选地，所述装弹室的直径小于所述套管的直径，所述装弹室的直径大于所述爆破弹的直径。
所述的装置，优选地，所述装弹室的材质为金属，所述爆破弹为火工品。
所述的装置，优选地，还包括与所述装弹室连接的计算机，所述计算机被配置为向所述装弹室发送控制信号，所述装弹室根据接受到的控制信号控制所述爆破弹的投放数量和爆炸频率。
第二方面，本发明提供的一种可实现交变载荷脉冲压裂的方法，基于上述的装置，该方法包括：
将装载有爆破弹的装弹室从地面井口下入到套管环空中，使装弹室处于存在初次压裂形成主缝的压裂段；
将爆破弹从装弹室中投放到压裂液中，并通过控制爆破弹的投放数量和爆炸频率，使爆破弹在压裂液中产生指定幅值和频率的第一交变载荷；
第一交变载荷通过套管上的射孔传播到主缝中并在主缝内产生非均质分布的第二交变载荷，第二交变载荷使主缝壁面围岩发生疲劳损伤，起裂更多支缝。
所述的方法，优选地，还包括：将装弹室移动至下一压裂段，重复上述步骤，直至所有压裂段的主缝都已形成多条支缝。
所述的方法，优选地，还包括：退出装弹室，并增大压裂液排量，使各主缝中的支缝充分扩展，达到扩展复杂缝网、增大储层改造体积的目的。
所述的方法，优选地，初次压裂形成主缝具体为：首先通过射孔弹在套管上穿设形成射孔后，利用压裂泵将压裂液泵入至套管中，并在套管环空中流过，压裂液通过射孔在储层中压裂形成主缝。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、避免井筒的疲劳损伤：井筒的泵注方式与常规压裂的泵注方式一致，而且交变载荷只在压裂段和人工裂缝内产生，因此不会引起整个井筒的疲劳损伤。
2、能够控制产生的交变载荷的幅值和频率：通过控制爆破弹的投放数量和爆炸频率以控制产生的交变载荷的幅值和频率，从而达到最佳的载荷频率和幅值，提高了支缝形成的成功率，实现了复杂缝网的扩展效果的提升。
3、在以下三种机理的共同作用下，产生更多的裂缝与复杂缝网：一是利用高频交变载荷，在主缝内形成非均匀分布的载荷，起裂支缝；二是交变载荷使不易开启的射孔重新开启产生更多裂缝；三是使主缝壁面围岩发生疲劳损伤，产生更多裂缝。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的可实现交变载荷脉冲压裂的装置的使用状态图。
图中各附图标记：
1-装弹室；2-爆破弹；3-套管；4-套管环空；5-射孔；6-主缝；7-第一交变载荷；8-第二交变载荷；9-支缝。
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的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统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。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
常规压裂方法产生的脉冲压力是从井口到井底整个管柱中传递，流体能量损失较大，有引发井筒疲劳损伤而造成套损的风险，制约了交变载荷压裂技术的现场实施。而本发明提出的可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法，井筒的泵注方式与常规压裂的泵注方式一致，而且交变载荷只在压裂段和人工裂缝内产生，因此不会引起整个井筒的疲劳损伤。
下面，结合附图对本发明实施例提供的可实现交变载荷脉冲压裂的装置及方法进行详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的可实现交变载荷脉冲压裂的装置，包括装弹室1和爆破弹2。其中，装弹室1可通过地面升降设备下入套管环空4(即钻井过程中套管3内形成的空间)并处于压裂段的压裂液中，由此保证爆破弹能够顺利投放于压裂段的压裂液中。爆破弹2预先装载在装弹室1中，并可被装弹室1释放，释放后的爆破弹2可在压裂液中爆破，由此在压裂液中产生指定频率和幅值的交变载荷。
上述实施例中，优选地，装弹室1的直径小于套管环空4的直径，以保证装弹室1能够下入到压裂段处；装弹室1的直径大于爆破弹2的直径，以保证装弹室1能够顺利投放爆破弹2。
上述实施例中，优选地，该装置还包括与装弹室1远程连接的计算机(图中未示出)，该计算机用于向装弹室1发送控制信号，装弹室1根据接收到的控制信号控制爆破弹2的投放数量和爆炸频率。具体地，当装弹室1下入压裂段后，通过地面的计算机向装弹室1发送控制信号，装弹室1接收到控制信号后投放指定数量的爆破弹2，并以指定频率爆炸来产生高频的交变载荷。需要说明的是，通过计算机远程控制装弹室1内爆破弹2的投放数量和爆炸频率属于现有技术，故在此不再赘述。
上述实施例中，优选地，装弹室1的材质为金属，爆破弹2为火工品。
基于上述实施例提供的可实现交变载荷脉冲压裂的装置，本发明还提出了一种可实现交变载荷脉冲压裂的方法，具体包括以下步骤：
S100.在油气藏开发的储层改造过程中，初次压裂形成主缝6后，利用地面升降机械设备将装弹室1从地面井口下入到套管环空4中，直至装弹室1处于压裂段的压裂液中。其中，初次压裂形成主缝6具体为：首先通过射孔弹在套管3上穿设形成射孔5后，利用压裂泵将压裂液泵入至套管3中，并在套管环空4中流过，压裂液通过射孔5在储层中压裂形成主缝6。
S200.将爆破弹2从装弹室1中投放到压裂液中，并通过控制爆破弹2的投放数量和爆炸频率，使爆破弹2在压裂液中产生指定幅值和频率的第一交变载荷7。
S300.第一交变载荷7通过套管3上的射孔5传播到主缝6中并在主缝6内产生非均质分布的第二交变载荷8(第二交变载荷8的幅值和频率由第一交变载荷7所影响)，第二交变载荷8在主缝6上形成变化的非均匀动载荷，形成随时间变化的拉应力，使岩石发生拉伸破坏及疲劳损伤，起裂更多支缝9。
上述实施例中，优选地，该方法还包括：S400.将装弹室1移动至下一压裂段，重复上述步骤，直至所有压裂段的主缝6都已形成多条支缝9。
上述实施例中，优选地，该方法还包括：S500.退出装弹室1，并增大压裂液排量，使各主缝6中的支缝9充分扩展，达到扩展复杂缝网、增大储层改造体积的目的。
本发明提供的上述方法能够通过控制爆破弹的投放数量和爆炸频率以控制产生的交变载荷的幅值和频率，从而达到最佳的交变载荷幅值和频率，提高了支缝形成的成功率，实现了复杂缝网的扩展效果的提升。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种可实现交变载荷脉冲压裂的方法，基于可实现交变载荷脉冲压裂的装置，该装置包括装弹室和爆破弹，所述装弹室用于下入套管环空并处于压裂段的压裂液中，所述装弹室被配置为保证所述爆破弹能够投放于压裂段的压裂液中；所述爆破弹装载在所述装弹室中，所述爆破弹被配置为在压裂段的压裂液中产生指定频率和幅值的交变载荷，其特征在于，该方法包括：
将装载有爆破弹的装弹室从地面井口下入到套管环空中，使装弹室处于存在初次压裂形成主缝的压裂段；
将爆破弹从装弹室中投放到压裂液中，并通过控制爆破弹的投放数量和爆炸频率，使爆破弹在压裂液中产生指定幅值和频率的第一交变载荷；
第一交变载荷通过套管上的射孔传播到主缝中并在主缝内产生非均质分布的第二交变载荷，第二交变载荷使主缝壁面围岩发生疲劳损伤，起裂更多支缝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将装弹室移动至下一压裂段，重复上述步骤，直至所有压裂段的主缝都已形成多条支缝。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：退出装弹室，并增大压裂液排量，使各主缝中的支缝充分扩展，达到扩展复杂缝网、增大储层改造体积的目的。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，初次压裂形成主缝具体为：首先通过射孔弹在套管上穿设形成射孔后，利用压裂泵将压裂液泵入至套管中，并在套管环空中流过，压裂液通过射孔在储层中压裂形成主缝。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装弹室的直径小于所述套管的直径，所述装弹室的直径大于所述爆破弹的直径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装弹室的材质为金属，所述爆破弹为火工品。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括与所述装弹室连接的计算机，所述计算机被配置为向所述装弹室发送控制信号，所述装弹室根据接受到的控制信号控制所述爆破弹的投放数量和爆炸频率。
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