CN115522905B - 一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置及其控制方法，属于油气田开发技术领域，所述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置包括套管、地面装置以及井下装置，套管用于安装在甲烷燃爆压裂层段并进行射孔，所述套管内封隔有井筒燃爆空间、以及位于所述井筒燃爆空间上方的油套环空，地面装置包括气液泵注系统、井口装置、以及地面监测控制系统，所述井口装置用于对井口封隔且与所述气液泵注系统连接。本发明旨在解决现有技术中存在的井筒存液的排出问题、甲烷爆源气体的聚集问题以及燃爆时的井口安全问题。

Description

一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置及其控制方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置及其控制方法。

背景技术

天然气作为一种比较清洁的能源在国家能源结构中的重要性越来越显著，对页岩气的勘探开发提出了更高的要求。页岩气的高效开发离不开储层改造压裂技术的进步，近年来通过技术攻关逐渐形成了直井体积压裂、水平井分段多簇压裂、水平井组工厂化压裂和“缝口暂堵分流+缝内暂堵转向”重复压裂等技术体系。尽管目前基于水力压裂发展出的页岩气储层改造技术硕果累累，但仍然面临着挑战。一是对于深层-超深层海相页岩气储层，其地质力学属性会严重制约水力压裂裂缝网络的发育，同时由于地层应力大，支撑剂的注入和有效支撑也比较困难。另外是陆相-海陆过渡相页岩气储层，其岩相变化多样，黏土矿物含量高，使用水基压裂液容易发生水化作用损害储层。另外基于节约水资源和保护环境的考虑，需要发展少水或无水压裂技术。燃爆压裂是一种高能气体压裂技术，具有峰值压力高、突破井底应力集中、改善井周应力差异以及无水的特点，可以用于深层海相页岩气和陆相-海陆过度相页岩气储层改造。

甲烷原位燃爆压裂就是以页岩气储层原位解析的甲烷气体为爆源，然后加入助燃剂，点火使之在井筒或裂缝内发生燃爆，依靠瞬间产生的应力冲击波和高压气体破裂岩层。这种压裂方式可以单独应用在陆相页岩的储层改造中，也可以作为深层页岩气储层大规模体积压裂的前置处理技术。

然而目前针对甲烷原位燃爆压裂的研究尚处于起步阶段，相关技术思路的细节并不完善，例如未考虑井筒存液的排出问题、甲烷爆源气体的聚集问题以及燃爆时的井口安全问题。油气井在钻完井后井筒内往往充满各种工作液体，部分储层在甲烷析出过程中也会产水，井筒存液会影响地层甲烷气体的产出，制约爆源气体的聚集，影响甲烷燃爆压裂的效果。另外井筒内聚集爆源气体仅依靠储层解析，存在等待时间长和可能无法满足气体爆源压力设计要求的问题。为了获得较好的燃爆压裂效果，甲烷燃爆压裂往往会在地下瞬间产生上百兆帕的压力，这个压力直接作用于井口封隔器，很容易造成井口安全装置的失效，酿成安全事故。

发明内容

因此，本发明所要解决的是如何提供一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置及其控制方法，旨在解决现有技术中存在的井筒存液的排出问题、甲烷爆源气体的聚集问题以及燃爆时的井口安全问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，所述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置包括：

套管，用于安装在甲烷燃爆压裂层段并进行射孔，所述套管内封隔有井筒燃爆空间、以及位于所述井筒燃爆空间上方的油套环空；

地面装置，包括气液泵注系统、井口装置、以及地面监测控制系统，所述井口装置用于对井口封隔且与所述气液泵注系统连接；以及，

井下装置，容置于所述套管内，且所述井下装置包括：

油管，一端通过所述井口装置与所述气液泵注系统连接；

气液分离器，设于所述油套环空中，且具有位于顶部的注气单向阀、位于底部的气液进口单向阀、出气单向阀、以及与所述油套环空连通的分离液出口单向阀，所述注气单向阀与所述油管的另一端连接；

助燃剂悬挂系统，具有与所述井筒燃爆空间连通的气液进口以及出气口，所述气液进口与所述气液分离器的气液进口单向阀连通；

井下监测设备，安装在助燃剂悬挂系统上且位于所述井筒燃爆空间；

电缆，一端与所述地面监测控制系统，另一端与所述井下监测设备连接；以及，

井下点火设备，分别与所述井下监测设备、以及所述地面监测控制系统连接；

其中，当气体通过所述气液泵注系统依次注入所述油管、所述注气单向阀，气体从所述出气单向阀流出进入所述助燃剂悬挂系统，并从所述出气口流入所述井筒燃爆空间，进入到所述井筒燃爆空间的部分气体与井筒燃爆空间的液体混合后的气液混合物从所述气液进口向上进入到所述气液分离器的气液进口单向阀，经过气液分离器后，分离出的气体通过所述出气单向阀进入井筒燃爆空间，分离出的液体从分离液出口单向阀流入油套环空；当液体通过气液泵注系统依次注入所述油管、所述注气单向阀，通过所述侧边进口单向阀进入所述气液分离器内，从分离液出口单向阀流入油套环空。

优选地，在所述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置中，所述气液分离器包括：

外壳，顶部设有所述注气单向阀，底部设有所述出气单向阀；以及，

内壳，容置在所述外壳内，且与所述外壳间隔设置，所述内壳和所述外壳之间形成内外环空腔，所述内壳的顶部设有分离气出口单向阀，底部设有气液混合进口以及分离液出口，所述气液混合进口延伸至所述外壳，所述气液混合进口内设有所述气液进口单向阀，所述分离液出口延伸出所述外壳，所述分离液出口设有所述分离液出口单向阀，内壳的侧壁设有侧边单向阀。

优选地，在所述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置中，所述内壳和所述外壳之间连接有连接板；或者，

所述内壳内设有多个折流挡板，每个所述折流挡板自所述内壳的内侧壁朝下倾斜设置。

优选地，在所述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置中，所述助燃剂悬挂系统包括助燃剂悬挂套筒、助燃剂压缩弹、以及高压电磁阀，所述助燃剂悬挂套筒的一端安装在所述气液分离器的另一端，所述助燃剂压缩弹设于所述助燃剂悬挂套筒内且一端通过悬挂臂与所述气液分离器的另一端连接，所述高压电磁阀安装在所述助燃剂压缩弹的另一端，所述助燃剂悬挂套管贯设有所述气液进口以及所述出气口。

优选地，在所述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置中，还包括封隔器，所述封隔器包括上封隔器和下封隔器，所述上封隔器套设于所述助燃剂悬挂套筒的外围且与所述套管的内壁形成密封，所述下封隔器与所述下封隔器间隔设置且与所述套管的内壁形成密封，所述上封隔器和所述下封隔器之间限定形成所述井筒燃爆空间。

为了实现上述目的，本发明还提供一种如上述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S400，将邻井甲烷气通过气液泵注系统注入依次泵入油管、气液分离器、以及助燃剂悬挂系统，并通过所述助燃剂悬挂系统的出气口注入井筒燃爆空间，部分甲烷气与井筒存液混合形成气液混合物，经过气液分离器将液体分离排入油套环空，气液混合物中的气体与注入的甲烷气一起进入井筒燃爆空间，所述井筒燃爆空间内的甲烷气的压力升高并达到预设值时，停止注入甲烷气；

步骤S500，打开高压电磁阀释放助燃剂压缩弹的助燃剂，并通过气液泵注系统注入压挡液体，排出油管和气液分离器中的气体；

步骤S600，监测所述油套环空中液面高度，当液面距离井口第一预设距离时，停止注入所述压挡液体，通过地面监测控制系统控制井下点火设备引爆所述井筒燃爆空间内的爆源气体，并通过井下监测设备实时检测甲烷燃爆压裂过程中的数据变化。

优选地，在所述控制方法中，所述步骤S400之前还包括：

根据储层物性参数和地质参数，确定甲烷燃爆压裂层段；

根据甲烷燃爆压裂层段，确定钻完井井身结构；

根据钻完井井身结构，采用套管完井并在所述甲烷燃爆压裂层段射孔。

优选地，在所述控制方法中，所述步骤S400之前还包括：

根据所述甲烷燃爆压裂层段的岩石物理参数，确定井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值和助燃剂的用量。

优选地，在所述控制方法中，所述步骤S400之前，包括如下步骤：

步骤S300，将页岩气储层甲烷燃爆压裂装置安装在甲烷燃爆压裂层段，且所述井筒燃爆空间设于甲烷燃爆压裂层段。

优选地，在所述控制方法中，所述步骤S300还包括：

在地面将气态或液态助燃剂压缩至稍大于井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值，与保持常闭状态的高压电磁阀形成所述助燃剂压缩弹。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，能够注气排液、气液分离和井下引爆，通过注入邻井甲烷气排出井筒燃爆空间内的存液，方便地层甲烷气析出，同时注入的甲烷气也能补充井筒燃爆空间所需的爆源，结合气液分离器能够将排出井筒燃爆空间的气液混合物中的一部分甲烷气截留下来，加快井筒燃爆空间内甲烷爆源气体的聚集。

进一步地，邻井甲烷气还具有来源丰富和和成本极低的优点。通过监测控制系统实时监测井筒燃爆空间内甲烷爆源气体压力，精准控制助燃剂释放和爆源引爆时机。通过电动开关关闭井筒燃爆空间和油管的连接通道，防止压挡液体流入井筒燃爆空间降低燃爆效果。注入压挡液体充满油管和油套环空能够吸收甲烷燃爆的应力冲击，保护井下管柱结构和井口装置安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置一实施例的示意图；

图2为图1中气液分离器的示意图。

1-气液泵注系统；2-井口装置；3-监测控制系统；4-电缆；5-套管；6-油管；7-气液分离器；9-助燃剂悬挂套筒；10-井下监测设备；11-井下点火设备，12-悬挂臂；13-助燃剂压缩弹；14-高压电磁阀；15-射孔；16-井筒燃爆空间；17-油套环空；7.1-注气单向阀；7.2-分离气出口单向阀；7.3-侧边进口单向阀；7.4-气液进口单向阀；7.5-出气单向阀；7.6-分离液出口单向阀；7.7-连接板；7.8-折流挡板；7.9-电动开关；7.10-内壳；7.11-外壳；7.12-内外环空腔；8.1-上封隔器；8.2-下封隔器；9.1-出气口；9.2-气液进口。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

实施例1

本发明提供一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，该页岩气储层甲烷燃爆压裂装置包括套管5、地面装置以及井下装置，套管5用于安装在甲烷燃爆压裂层段并进行射孔15，所述套管5内封隔有井筒燃爆空间16、以及位于所述井筒燃爆空间16上方的油套环空17，地面装置包括气液泵注系统1、井口装置2、以及地面监测控制系统3，所述井口装置2用于对井口封隔且与所述气液泵注系统1连接，井下装置容置于所述套管5内，且所述井下装置包括油管6、气液分离器7、助燃剂悬挂系统、井下监测设备10、电缆4、以及井下点火设备11，油管6一端通过所述井口装置2与所述气液泵注系统1连接，气液分离器7设于所述油套环空17中，且具有位于顶部的注气单向阀7.1、位于底部的气液进口单向阀7.4、出气单向阀7.5、以及与所述油套环空17连通的分离液出口单向阀7.6，所述注气单向阀7.1与所述油管6的另一端连接，助燃剂悬挂系统具有与所述井筒燃爆空间16连通的气液进口9.2以及出气口9.1，所述气液进口9.2与所述气液分离器7的气液进口单向阀7.4连通，井下监测设备10安装在助燃剂悬挂系统上且位于所述井筒燃爆空间16，电缆4一端与所述地面监测控制系统3，另一端与所述井下监测设备10连接，井下点火设备11分别与所述井下监测设备10、以及所述地面监测控制系统3连接；

其中，当气体通过所述气液泵注系统1依次注入所述油管6、所述注气单向阀7.1，气体从所述出气单向阀7.5流出进入所述助燃剂悬挂系统，并从所述出气口9.1流入所述井筒燃爆空间16，进入到所述井筒燃爆空间16的部分气体与井筒燃爆空间16的液体混合后的气液混合物从所述气液进口9.2向上进入到所述气液分离器7的气液进口单向阀7.4，经过气液分离器7后，分离出的气体通过所述出气单向阀7.5进入井筒燃爆空间16，分离出的液体从分离液出口单向阀7.6流入油套环空17；当液体通过气液泵注系统1依次注入所述油管6、所述注气单向阀7.1，通过所述侧边进口单向阀7.3进入气液分离器7内，从分离液出口单向阀7.6流入油套环空17。

具体地，所述气液分离器7包括外壳7.11、以及内壳7.10，外壳7.11顶部设有所述注气单向阀7.1，底部设有所述出气单向阀7.5，内壳7.10容置在所述外壳7.11内，且与所述外壳7.11间隔设置，所述内壳7.10和所述外壳7.11之间形成内外环空腔7.12，所述内壳7.10的顶部设有分离气出口单向阀7.2，底部设有气液混合进口以及分离液出口，所述气液混合进口延伸至所述外壳7.11，所述气液混合进口内设有所述气液进口单向阀7.4，所述分离液出口延伸出所述外壳7.11，所述分离液出口设有所述分离液出口单向阀7.6，内壳7.10的侧壁设有侧边单向阀。气体从注气单向阀7.1注入时进入到外壳7.11与内壳7.10之间的内外环空腔7.12，再从内外环空腔7.12进入到出气单向阀7.5流出进入到助燃剂悬挂系统中；液体从注气单向阀7.1注入时进入到外壳7.11与内壳7.10之间的内外环空腔7.12，再从侧边进口单向阀7.3进入到内壳7.10，再从分离液出口单向阀7.6流入油套环空17。

另外，所述内壳7.10和所述外壳7.11之间连接有连接板7.7，一方面通过连接板7.7支撑内壳7.10和外壳7.11，另一方面，通过连接板7.7使内壳7.10和外壳7.11间隔设置形成内外环空腔7.12。所述内壳7.10内设有多个折流挡板7.8，每个所述折流挡板7.8自所述内壳7.10的内侧壁朝下倾斜设置。其中，多个折流挡板7.8可以包括多组相向设置的折流挡板7.8，相向设置的两个折流挡板7.8沿上下方向交错设置，可以有效止挡液体。折流挡板7.8倾斜向下设置可以起到引导作用，引导水流方向。

当注入气体时，将气体（例如甲烷气）通过地面上的气液泵注系统1依次注入所述油管6、所述注气单向阀7.1，气体从所述出气单向阀7.5流出进入所述助燃剂悬挂系统，并从所述出气口9.1流入所述井筒燃爆空间16，搅动携带井筒存液随着气体形成气液混合物通过助燃剂悬挂系统的气液进口进入到气液分离器7，一方面可以帮助排出井筒存液，另一方面也能帮助补充储层原位解析的气体（当注入气体为甲烷气时，此处为甲烷气）的不足。气液混合物通过从所述气液进口向上进入到所述气液分离器7的气液进口单向阀7.4，气体折流而走，向上汇入内外环空腔7.12，与注入的气体一起通过所述出气单向阀7.5进入井筒燃爆空间16；液体则残留在折流挡板7.8上，在重力作用下汇集于气液分离器7底部，并通过分离液出口单向阀7.6流入油套环空17。另外，气液分离器7还设有电动开关7.9，电动开关7.9设于进口单向阀7.4、侧边进口单向阀7.3、出气单向阀7.5所在的出口处，用于控制进口单向阀7.4、侧边进口单向阀7.3、出气单向阀7.5的开启。

其中，所述助燃剂悬挂系统包括助燃剂悬挂套筒9、助燃剂压缩弹13、以及高压电磁阀14，所述助燃剂悬挂套筒9的一端安装在所述气液分离器7的另一端，所述助燃剂压缩弹13设于所述助燃剂悬挂套筒9内且一端通过悬挂臂12与所述气液分离器7的另一端连接，所述高压电磁阀14安装在所述助燃剂压缩弹13的另一端，所述助燃剂悬挂套管5贯设有所述气液进口以及所述出气口9.1。

其中，在地面将气态或液态助燃剂压缩至稍大于井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值，与保持常闭状态的高压电磁阀14形成所述助燃剂压缩弹13。

该页岩气储层甲烷燃爆压裂装置还包括封隔器，所述封隔器包括上封隔器8.1和下封隔器8.2，所述上封隔器8.1套设于所述助燃剂悬挂套筒9的外围且与所述套管5的内壁形成密封，所述下封隔器8.2与所述下封隔器8.2间隔设置且与所述套管5的内壁形成密封，所述上封隔器8.1和所述下封隔器8.2之间限定形成所述井筒燃爆空间16。

实施例2

本发明还提供一种上述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，该控制方法的实施例包括上述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的实施例，上述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的有益效果同样适用于该控制方法，同样的，该控制方法的有益效果同样适用于上述页岩气储层甲烷燃爆压裂装置。

具体地，该控制方法包括如下步骤：

步骤S100，甲烷燃爆压裂施工

具体地，步骤S100包括：

根据储层物性参数和地质参数，确定甲烷燃爆压裂层段；

根据甲烷燃爆压裂层段，确定钻完井井身结构；

根据钻完井井身结构，采用套管5完井并在所述甲烷燃爆压裂层段射孔15。

步骤S200，确定甲烷燃爆压裂参数

具体地，步骤S200包括：

根据所述甲烷燃爆压裂层段的岩石物理参数，确定井筒燃爆空间16内甲烷气体需要聚集的压力值和助燃剂的用量。

更具体地，可以根据所述甲烷燃爆压裂层段的岩石物理参数采用本领域常规的数值模拟方法（例如采用GDEM数值模拟软件进行模拟）甲烷燃爆压裂数值模型，模拟甲烷燃爆压裂裂缝扩展形态，以获得较大的燃爆压裂改造体积同时避免燃爆对井身结构的危害为目标，优化甲烷燃爆压裂施工参数，确定井筒爆源空间甲烷气体需聚集的压力大小和助燃剂用量。

考虑到甲烷燃爆压裂中甲烷燃爆气体膨胀、岩石的变形破裂以及爆生气体流动的相互耦合，基于连续非连续单元法建立甲烷燃爆压裂数值模型，其中甲烷燃爆气体膨胀由朗道模型描述，爆生气体在储层介质中的流动采用立方定律描述，通过线弹性固体本构模型和考虑应变软化的摩尔库伦界面本构模型计算岩石块体的应力应变和判断是否发生破裂。然后根据甲烷燃爆压裂目标层段的岩石物理参数，进行甲烷燃爆压裂数值模拟，可以得到甲烷燃爆压裂裂缝扩展形态和改造体积大小。

步骤S300，安装页岩气储层甲烷燃爆压裂装置

具体地，步骤S300包括：

在地面将气态或液态助燃剂压缩至稍大于井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值，与保持常闭状态的高压电磁阀14形成所述助燃剂压缩弹13；将页岩气储层甲烷燃爆压裂装置安装在甲烷燃爆压裂层段，且所述井筒燃爆空间16设于甲烷燃爆压裂层段。

其中，上封隔器8.1和下封隔器8.2的距离、助燃剂悬挂套筒9长度，根据目的层段厚度确定。

更具体地，在地面将气态或液态助燃剂压缩至稍大于井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值，与保持常闭状态的高压电磁阀14形成所述助燃剂压缩弹13，通过悬挂臂12和助燃剂悬挂套筒9与气液分离器7连接，气液分离器7连接油管6的另一端。助燃剂悬挂套筒9设在悬挂臂12外，在助燃剂悬挂套筒9外套上上封隔器8.1，并通过油管6下入到目的层段位置（甲烷燃爆压裂层段），坐封上封隔器8.1和下封隔器8.2，封隔出井筒燃爆空间16。油管6通过井口装置2与气液泵注系统1连接，如此，在地面气源或液源依次通过油管6、气液分离器7的注气单向阀7.1、气液分离器7内外壳7.11环空腔、气液分离器7的出气单向阀7.5以及助燃剂悬挂套筒9的出气口9.1注入井筒燃爆空间16。随油管6同时下入电缆4，连接监测控制系统3和井下监测设备10、井下点火设备11、电磁阀及气液分离器7阀门的电动开关7.9。助燃剂悬挂套筒9上的气液进口与气液分离器7的气液进口单向阀7.4相连。其中针对直井，助燃剂悬挂套筒9上的出气口9.1在井筒燃爆空间16的底部，而气液进口在顶部，有利于通过注气充分排出井筒存液。

步骤S400，注入甲烷气排出井筒存液

其中，步骤S400包括将甲烷气通过气液泵注系统1注入依次泵入油管6、气液分离器7、以及助燃剂悬挂系统，并通过所述助燃剂悬挂系统的出气口9.1注入井筒燃爆空间16，部分甲烷气与井筒存液混合形成气液混合物，经过气液分离器7将液体分离排入油套环空17，气液混合物中的气体与注入的甲烷气一起进入井筒燃爆空间16，所述井筒燃爆空间16内的甲烷气的压力升高并达到预设值时，停止注入甲烷气；

具体地，注入邻井甲烷气，将甲烷气通过地面上的气液泵注系统1依次注入所述油管6、所述注气单向阀7.1，气体从所述出气单向阀7.5流出进入所述助燃剂悬挂系统，并从所述出气口9.1流入所述井筒燃爆空间16，搅动携带井筒存液随着甲烷气形成气液混合物通过助燃剂悬挂系统的气液进口进入到气液分离器7，一方面可以帮助排出井筒存液，另一方面也能帮助补充储层原位解析的甲烷气的不足。气液混合物通过从所述气液进口向上进入到所述气液分离器7的气液进口单向阀7.4，甲烷气折流而走，向上汇入内外环空腔7.12，与注入的甲烷气一起通过所述出气单向阀7.5进入井筒燃爆空间16；液体则残留在折流挡板7.8上，在重力作用下汇集于气液分离器7底部，并通过分离液出口单向阀7.6流入油套环空17。

步骤S500，注入压挡液体

其中，步骤S500包括打开高压电磁阀14释放助燃剂压缩弹13的助燃剂，并通过气液泵注系统1注入压挡液体，排出油管6和气液分离器7中的气体；

更具体地，随着甲烷气的注入，井筒存液逐渐被排出，同时井筒燃爆空间16里的甲烷气压力快速升高，实时压力数据通过井下监测设备10传递给监测控制系统3。当甲烷气体达到设定压力时停止地面甲烷气的注入，通过监测控制系统3关闭气液进口单向阀7.4和出气单向阀7.5、打开侧边进口单向阀7.3，同时打开高压电磁阀14释放助燃剂。上述操作完成后，通过气液泵注系统1注入压挡液体，排出油管6和气液分离器7中的气体，油管6和油套环空17中的液柱可以吸收燃爆瞬间产生的冲击压力波，保障井口安全。

步骤S600，点火引爆

其中，步骤S600包括监测所述油套环空17中液面高度，当液面距离井口第一预设距离时，停止注入所述压挡液体，通过地面的监测控制系统3控制井下点火设备11引爆所述井筒燃爆空间16内的爆源气体，并通过井下监测设备10实时检测甲烷燃爆压裂过程中的数据变化。

更具体地，监测油套环空17中的液面上升高度，当液面距井口预设距离（例如20m）时，停止压挡液体的注入，撤去气液泵注系统1，封闭井口装置2，然后通过监测控制系3操控井下点火设备11引爆井筒燃爆空间16中的爆源气体，并通过井下监测设备10实时监测甲烷燃爆压裂过程中的压力和温度变化数据。

步骤S700，甲烷燃爆后处理

点火引爆十分钟左右后，观察井筒燃爆空间16中的压力数据，当其与燃爆前压力相差不大时，解封上封隔器8.1和下封隔器8.2，通过油管6将页岩气储层甲烷燃爆压裂装置上提至地面，完成该层段的甲烷燃爆压裂施工。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，其特征在于，包括：

套管，用于安装在甲烷燃爆压裂层段并进行射孔，所述套管内封隔有井筒燃爆空间、以及位于所述井筒燃爆空间上方的油套环空；

地面装置，包括气液泵注系统、井口装置、以及地面监测控制系统，所述井口装置用于对井口封隔且与所述气液泵注系统连接；以及，

井下装置，容置于所述套管内，且所述井下装置包括：

油管，一端通过所述井口装置与所述气液泵注系统连接；

气液分离器，设于所述油套环空中，且具有位于顶部的注气单向阀、位于底部的气液进口单向阀、出气单向阀、侧边进口单向阀以及与所述油套环空连通的分离液出口单向阀，所述注气单向阀与所述油管的另一端连接；

助燃剂悬挂系统，具有与所述井筒燃爆空间连通的气液进口以及出气口，所述气液进口与所述气液分离器的气液进口单向阀连通；

井下监测设备，安装在助燃剂悬挂系统上且位于所述井筒燃爆空间；

电缆，一端与所述地面监测控制系统连接，另一端与所述井下监测设备连接；以及，

井下点火设备，分别与所述井下监测设备、以及所述地面监测控制系统连接；

其中，当气体通过所述气液泵注系统依次注入所述油管、所述注气单向阀，气体从所述出气单向阀流出进入所述助燃剂悬挂系统，并从所述出气口流入所述井筒燃爆空间，进入到所述井筒燃爆空间的部分气体与井筒燃爆空间的液体混合后的气液混合物从所述气液进口向上进入到所述气液分离器的气液进口单向阀，经过气液分离器后，分离出的气体通过所述出气单向阀进入井筒燃爆空间，分离出的液体从分离液出口单向阀流入油套环空；当液体通过气液泵注系统依次注入所述油管、所述注气单向阀，通过所述侧边进口单向阀进入所述气液分离器，从分离液出口单向阀流入油套环空；

所述助燃剂悬挂系统包括助燃剂悬挂套筒、助燃剂压缩弹、以及高压电磁阀，所述助燃剂悬挂套筒的一端安装在所述气液分离器的另一端，所述助燃剂压缩弹设于所述助燃剂悬挂套筒内且一端通过悬挂臂与所述气液分离器的另一端连接，所述高压电磁阀安装在所述助燃剂压缩弹的另一端，所述助燃剂悬挂套管贯设有所述气液进口以及所述出气口。

2.如权利要求1所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，其特征在于，所述气液分离器包括：

外壳，顶部设有所述注气单向阀，底部设有所述出气单向阀；以及，

内壳，容置在所述外壳内，且与所述外壳间隔设置，所述内壳和所述外壳之间形成内外环空腔，所述内壳的顶部设有分离气出口单向阀，底部设有气液混合进口以及分离液出口，所述气液混合进口延伸至所述外壳，所述气液混合进口内设有所述气液进口单向阀，所述分离液出口延伸出所述外壳，所述分离液出口设有所述分离液出口单向阀，内壳的侧壁设有侧边进口单向阀。

3.如权利要求2所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，其特征在于，所述内壳和所述外壳之间连接有连接板；或者，

所述内壳内设有多个折流挡板，每个所述折流挡板自所述内壳的内侧壁朝下倾斜设置。

4.如权利要求1所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置，其特征在于，还包括封隔器，所述封隔器包括上封隔器和下封隔器，所述上封隔器套设于所述助燃剂悬挂套筒的外围且与所述套管的内壁形成密封，所述下封隔器与所述下封隔器间隔设置且与所述套管的内壁形成密封，所述上封隔器和所述下封隔器之间限定形成所述井筒燃爆空间。

5.一种如权利要求1至4任意一项所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S400，将邻井甲烷气通过气液泵注系统注入依次泵入油管、气液分离器、以及助燃剂悬挂系统，并通过所述助燃剂悬挂系统的出气口注入井筒燃爆空间，部分甲烷气与井筒存液混合形成气液混合物，经过气液分离器将液体分离排入油套环空，气液混合物中的气体与注入的甲烷气一起进入井筒燃爆空间，所述井筒燃爆空间内的甲烷气的压力升高并达到预设值时，停止注入甲烷气；

步骤S500，关闭气液进口单向阀、出气单向阀，打开侧边进口单向阀、以及高压电磁阀释放助燃剂压缩弹的助燃剂，并通过气液泵注系统注入压挡液体，排出油管和气液分离器中的气体；

步骤S600，监测所述油套环空中液面高度，当液面距离井口第一预设距离时，停止注入所述压挡液体，通过地面监测控制系统控制井下点火设备引爆所述井筒燃爆空间内的爆源气体，并通过井下监测设备实时检测甲烷燃爆压裂过程中的数据变化。

6.如权利要求5所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S400之前还包括：

根据储层物性参数和地质参数，确定甲烷燃爆压裂层段；

根据甲烷燃爆压裂层段，确定钻完井井身结构；

根据钻完井井身结构，采用套管完井并在所述甲烷燃爆压裂层段射孔。

7.如权利要求5所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S400之前还包括：

根据所述甲烷燃爆压裂层段的岩石物理参数，确定井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值和助燃剂的用量。

8.如权利要求5所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S400之前，包括如下步骤：

步骤S300，将页岩气储层甲烷燃爆压裂装置安装在甲烷燃爆压裂层段，且所述井筒燃爆空间设于甲烷燃爆压裂层段。

9.如权利要求8所述的页岩气储层甲烷燃爆压裂装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S300还包括：

在地面将气态或液态助燃剂压缩至稍大于井筒燃爆空间内甲烷气体需要聚集的压力值，与保持常闭状态的高压电磁阀形成所述助燃剂压缩弹。

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