CN115898357A - 一种全井段爆燃压裂施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全井段爆燃压裂施工方法，包括以下步骤：钻水平井，设定待压裂的区域；将筛管下入水平井内，注入压井液；向柔性非金属材质的装药筒内灌注入液体含能药剂，然后将点火结构安装于装药筒的装药端上；将连续油管端部连接于点火结构的上端，然后通过连续油管将装药筒输送至水平井内的设定位置处，并使装药筒覆盖水平井内所有待压裂的区域；通过连续油管对点火结构点火，点火结构使装药筒内的液体含能药剂爆燃，爆燃产生的高压燃气将装药筒破碎并对岩石做功，使岩石压裂；压裂完毕后，回收筛管，同时装药筒残骸随筛管回收。本申请解决了现有技术中通过高能气体压裂的方式进行超长井段预裂作业时，存在装配繁琐以及失败率高的问题。

Description

一种全井段爆燃压裂施工方法

技术领域

本申请属于气体压裂技术领域，具体涉及一种全井段爆燃压裂施工方法。

背景技术

随着石油、天然气、煤层气、煤炭开采开发的需要，目前，在地层深处岩石上开孔、割缝、预裂的技术众多。炸药爆炸、水力压裂和高能气体压裂是成熟的预裂地层岩石的三种常用技术方法。高能气体压裂是通过含能材料的快速爆燃，产生的应力波对岩层先进行冲击、加载，在井筒周围产生多条不受地应力约束的辐射状微裂纹或使固有微裂纹扩展，紧随应力波后的高温高压燃气再以准静态的形式使裂缝快速开裂、扩展。高能气体压裂最大的特点是不会使井筒的岩石跨塌粉碎，并能使岩层中的天然裂缝与井筒沟通，从而增加油层渗透率和导流能力。

目前高能气体压裂通常采用固体推进剂的药柱，该药柱长度只有1米。若要实现大跨度或超长井段的爆燃作业，比如说超过100米甚至200米井段的作业，药柱及其配套器材的现场装配非常繁琐不说，过多的连接接头也有可能因个别出现漏水而导致整个高能气体压裂点火失败。

发明内容

本申请实施例通过提供一种全井段爆燃压裂施工方法，解决了现有技术中通过高能气体压裂的方式进行超长井段预裂作业时，存在装配繁琐以及失败率高的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种全井段爆燃压裂施工方法，包括以下步骤：

钻水平井，设定待压裂的区域；

将筛管下入所述水平井内，然后注入压井液；

向柔性非金属材质的装药筒内灌注入液体含能药剂，然后将点火结构安装于所述装药筒的装药端上；

将连续油管端部连接于所述点火结构的上端，然后通过所述连续油管将所述装药筒输送至所述水平井内的设定位置处，并使所述装药筒覆盖所述水平井内待压裂的区域；

通过所述连续油管对所述点火结构点火，所述点火结构使所述装药筒内的液体含能药剂爆燃，爆燃产生的高压燃气将所述装药筒破碎并对岩石做功，使所述岩石压裂；

压裂完毕后，回收所述筛管，同时所述装药筒残骸随所述筛管回收。

在一种可能的实现方式中，所述水平井的水平段的延伸方向与地层岩石的最小主应力方向平行。

在一种可能的实现方式中，所述点火结构包括传火筒、火帽底座、压力起爆器、以及密封圈；

安装点火结构时，将传火筒的端部连接于火帽底座的下端，将压力起爆器安装于火帽底座内的台阶孔处，使压力起爆器的火帽和传火筒的端部抵接；

将传火筒的端部穿过装药筒端部的胶管接头后伸入装药筒内，此时传火筒的端部位于液体含能药剂内；

将火帽底座旋入胶管接头端部的螺母内，使密封圈的两侧分别与火帽底座的端部和胶管接头的端部抵接。

在一种可能的实现方式中，所述液体含能药剂为液体硝基甲烷，所述液体硝基甲烷经助剂钝化并降低其爆燃速度；所述传火筒内填充有复合固体推进剂。

在一种可能的实现方式中，通过所述装药筒的内径和所述水平井井筒直径的不耦合装系数调整爆燃压力。

在一种可能的实现方式中，所述装药筒的射孔部位的直径大于所述装药筒的传火部位的直径。

在一种可能的实现方式中，所述装药筒内的液体含能药剂爆燃后，通过传火部位处的环空将爆燃多余的能量释放。

在一种可能的实现方式中，通过所述装药筒封堵端的采集仪采集爆燃过程中的压力数据和温度数据，通过压力峰值及其持续的时间、最高温度推断爆燃压裂的效果。

在一种可能的实现方式中，所述点火结构未能使所述装药筒内的液体含能药剂爆燃时，将所述装药筒管串通过所述连续油管提出进行检查。

在一种可能的实现方式中，所述装药筒采用有机高分子塑料管材，所述装药筒的封堵端设置有胶管接头，胶管接头的端部安装有堵头，堵头的端部为弧形尖头结构。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种全井段爆燃压裂施工方法，该方法利用液体含能药剂的可流动属性，使得装药筒内可以长距离装填液体含能药剂，该装药筒不易被拉扯损坏，同时装药筒和筛管之间的压井液能够对装药筒产生一定的浮力，压井液还可减小装药筒推送时的摩擦力，从而进一步降低装药筒的装药端承受的拉力，进而在装药筒长距离装药后，装药筒仍然能够保持完好的结构。采用装药筒的投送方式既可以实现液体含能药剂的定量、精准投送，还可将液体含能药剂和井筒中液体隔离，使液体含能药剂不受井筒中液体的污染和散逸，进而提高了液体含能药剂爆燃时的可靠性。本发明采用液体含能药剂在装药筒中连续分布的管串结构，解决了现有高能气体压裂方式在长距离爆燃作业中，药柱装配繁琐、以及连接接点多，而导致药柱密封性差、易漏水的问题，本发明的装填方式简单、可靠、密封性好，从根本上解决了因装配繁琐和密封性差而导致压裂点火失败的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是本申请中记载的一些实施例，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为本发明实施例提供的全井段爆燃压裂施工状态示意图。

图2为本发明实施例提供的装药筒和点火结构的结构示意图。

附图标记：1-水平井；2-筛管；3-压井液；4-装药筒；41-射孔部位；42-传火部位；43-高压胶管；44-胶管接头；45-夹紧空间；46-螺母；47-堵头；5-点火结构；51-传火筒；511-底堵头；512-复合固体推进剂；52-火帽底座；53-压力起爆器；531-活塞撞针；532-承力环；533-火帽；54-密封圈；6-连续油管。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实施例和简化描述，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。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的全井段爆燃压裂施工方法，包括以下步骤：

钻水平井1，设定待压裂的区域。

将筛管2下入水平井1内，然后注入压井液3。

向柔性非金属材质的装药筒4内灌注入液体含能药剂，然后将点火结构5安装于装药筒4的装药端上。

将连续油管6端部连接于点火结构5的上端，然后通过连续油管6将装药筒4输送至水平井1内的设定位置处，并使装药筒4覆盖水平井1内待压裂的区域。

通过连续油管6对点火结构5点火，点火结构5使装药筒4内的液体含能药剂爆燃，爆燃产生的高压燃气将装药筒4破碎并对岩石做功，使岩石压裂。

压裂完毕后，回收筛管2，同时装药筒4残骸随筛管2回收。

需要说明的是，压裂前，根据地层岩石性能、筛管2直径、筛管2材质选用不同类型的液体含能药剂、以及装药筒4的直径，根据全井段待压裂的长度，确定合适内径的金属筛管2、以及装药筒4的最大外径及长度，装药筒4的长度以覆盖水平井1内所有待压裂的区域为准，使得本发明可通过一次作业实现所有待压裂区域作业的目的。本发明的装药筒4长度最大可达300米，因此能够满足大多数长度的水平井1的压裂需求。

为了方便施工和运输，筛管2长两米，相邻筛管2之间通过螺纹结构相互连接，下井的第一根筛管2端部封堵。筛管2下入水平井1内后，将位于井口的筛管2的端部和井口相对固定。筛管2除了便于下放装药筒4并提供保护外，还具有在爆燃压裂完毕后将装药筒4残骸回收的作用，使整个作业完成后不在井下留余物。

装药筒4为具有相当强度、以及一定柔韧性的非金属管材。装药筒4既可以是一根等直径的整体管材，也可以是粗细两种直径的管材搭配组合而成。使用前需试压确保装药筒4没有泄露点。

本发明利用液体含能药剂的可流动属性，使得装药筒4内可以长距离装填液体含能药剂，装药筒4位于水平井1的水平段内的部分支撑于井筒的底壁上，因此装药筒4的装药端仅需承担液体含能药剂位于水平井1竖直段的重力和造斜段的部分重力，因此装药筒4不易被拉扯损坏，同时装药筒4和筛管2之间的压井液3能够对装药筒4产生一定的浮力，压井液3还可减小装药筒4推送时的摩擦力，从而进一步降低装药筒4的装药端承受的拉力，进而在装药筒4长距离装药后，装药筒4仍然能够保持完好的结构。

本发明采用液体含能药剂在装药筒4中连续分布的管串结构，解决了现有高能气体压裂方式在长距离爆燃作业中，药柱装配繁琐、以及连接接点多，而导致药柱密封性差、易漏水的问题，本发明的装填方式简单、可靠、密封性好，从根本上解决了因装配繁琐和密封性差而导致压裂点火失败的问题。

准备好的装药筒4像连续油管6一样收卷在卷管盘上，卷管盘的直径为2～3米，收卷时封堵端在外，加装金属过渡接头的装药端在最底端。装药筒4下放时，使用连续油管6的方式向筛管2中投送装药筒4，并使用鹅颈管通过水平井1的造斜段，装药筒4下入水平井1内后，将连续油管6与井口装置固定，保持闸板防喷器阀门半开状态，并将环空的管路引入废水池。

通过装药筒4将液体含能药剂依靠筛管2的保护投送到待压裂的区域，装药筒4投送时，装药筒4和筛管2之间的液体能够对装药筒4产生一定的浮力，从而减小装药筒4外壁和筛管2之间的摩擦力，装药筒4和筛管2之间的液体还能够起到一定的润滑作用，从而进一步减小装药筒4外壁和筛管2之间的摩擦力，因此，装药筒4能够完好且顺利地推送至待压裂的区域。

液体含能药剂为火焰感度低但爆燃性能好、非水溶性的液体含能药剂，取代了现有难以点火、容易受井筒地下水影响的硝酸铵-甘油等水溶性含能药剂。水溶性含能药剂的点火性能及燃烧性能差，爆燃后残药较多，该类水溶性含能药剂使用时会直接注入井筒，因此该类水溶性含能药剂很容易受到井筒及地层水的影响而性能发生变化，进而导致压裂效果差的问题。

采用装药筒4的投送方式既可以实现液体含能药剂的定量、精准投送，还可将液体含能药剂和井筒中液体隔离，使液体含能药剂不受井筒中液体的污染和散逸，进而提高了液体含能药剂爆燃时的可靠性。因此，本发明的全井段爆燃压裂方法是一种不受井筒地层水环境影响、完全依靠自身装置、独立、高效、快捷的完成井筒内液体药剂爆燃岩层改造方法。

液体含能药剂爆燃时，爆燃产生的高压燃气对岩石做功，爆燃压裂有利于形成裂缝网络。液体火药可以在连续管路中实现连续长距离装药，并具有稳定传递爆燃的优势，解决了目前高能气体压裂时存在连续传火难题，实现了对水平井1的长时间持续加载，有利于裂缝的形成并扩展。本发明解决采用常规的方式进行液体火药压裂时，存在施工工艺复杂、药剂性能及火药边界容易受地层水影响等问题。

装有液体药的塑料筒自重较大，塑料筒与连续油管6接口处强度有一定的要求。

本实施例中，水平井1的水平段的延伸方向与地层岩石的最小主应力方向平行。

需要说明的是，地层裂缝的扩展总是沿着最大主应力的方向，而最大主应力方向和最小主应力方向垂直，因此水平井1的水平段延伸方向与地层岩石的最小主应力方向平行的选择，能够使爆燃压裂在全井段人工造缝时，裂缝最大限度的沿垂直井筒的方向发展，从而达到裂缝定向延伸、以及裂缝延伸半径最大的目的。

本实施例中，点火结构5包括传火筒51、火帽底座52、压力起爆器53、以及密封圈54。

安装点火结构5时，将传火筒51的端部连接于火帽底座52的下端，将压力起爆器53安装于火帽底座52内的台阶孔处，使压力起爆器53的火帽533和传火筒51的端部抵接。

将传火筒51的端部穿过装药筒4端部的胶管接头44后伸入装药筒4的高压胶管43内，此时传火筒51的端部位于液体含能药剂内。

将火帽底座52旋入胶管接头44端部的螺母46内，使密封圈54的两侧分别与火帽底座52的端部和胶管接头44的端部抵接。

需要说明的是，装药筒4包括高压胶管43、胶管接头44、以及螺母46，高压胶管43的两端设置有胶管接头44。

胶管接头44的一端设置有环形的夹紧空间45，环形的夹紧空间45由两个环体形成，胶管接头44的另一端安装有螺母46，螺母46为凸边螺母46，火帽底座52通过螺母46和胶管接头44进行连接。高压胶管43的端部插入环形的夹紧空间45内进行固定，高压胶管43的内壁和胶管接头44的侧壁之间设置有密封组件。

压力起爆器53包括依次设置的活塞撞针531、承力环532、以及火帽533，活塞撞针531的端部伸入承力环532内并与火帽533的端面间隔设置。活塞撞针531的端部撞击火帽533后实现传火筒51的点火操作。

传火筒51为铝材质的密封管，密封管的端部设置有底堵头511，连续油管6的端部连接于火帽底座52的上端，通过连续油管6对压力起爆器53点火，压力起爆器53将传火筒51点火，进而使装药筒4内的液体含能药剂爆燃。本发明通过连续油管6传输、压力起爆，并用传火药条进行传火，该方式可控性高，点火效果好。

本实施例中，液体含能药剂为液体硝基甲烷，液体硝基甲烷经助剂钝化并降低其爆燃速度。传火筒51内填充有复合固体推进剂512。

需要说明的是，硝基甲烷具有优良的爆燃特性，纯的硝基甲烷在密闭情况下只进行稳定的爆燃，而不发生爆轰。硝基甲烷纯品自身的撞击及摩擦感度为零，为了确保安全本发明通过助剂进一步对其进行钝化并降低其爆燃速度，有利于爆燃过程的持续及裂缝的扩展。因此本发明通过添加氧化剂、铝粉或其他助剂，可以大幅改变硝基甲烷的爆燃速度和爆燃过程，针对不同的岩石特性，调配相应的液体含能材料。

本实施例中，通过装药筒4的内径和水平井1井筒直径的不耦合装系数调整爆燃压力。

需要说明的是，根据岩石的属性选择合适的爆燃压力，从而确保爆燃压裂的效果，同时避免伤害套管。

本实施例中，装药筒4的处于射孔部位41的直径大于装药筒4的传火部位42的直径。

需要说明的是，装药筒4的直径能够预先进行调整。将处于射孔部位41处选择较大的直径，将其他非作业部位如传火部位42选择较小的直径，在装药筒4精准推送后，处于较大直径的射孔部位41产生更大的爆燃能量作用于待压裂的区域，该设置能够提高液体含能药剂的利用率，实现全井段的精准爆燃。

本实施例中，装药筒4内的液体含能药剂爆燃后，通过传火部位42处的环空将爆燃多余的能量释放。

需要说明的是，上述其他部位如传火部位42产生较小的爆燃能量通过其环空释放。

本实施例中，通过装药筒4封堵端的采集仪采集爆燃过程中的压力数据和温度数据，通过压力峰值及其持续的时间、最高温度推断爆燃压裂的效果。

采集仪安装于装药筒4的封堵端的胶管接头44内。

需要说明的是，通过压力数据、温度数据与对应时间的曲线，获得压力峰值及其持续的时间、最高温度，同时结合岩石的属性、现有裂缝的状态，能够判断岩石作业后裂缝形成的大小，科学的得出爆燃压裂的效果。

本实施例中，点火结构5未能使装药筒4内的液体含能药剂爆燃时，将装药筒4管串通过连续油管6提出进行检查。

需要说明的是，若遇盲炮可直接将装药筒4管串提出，重新检查后再次下井起爆。

本发明可通过筛管2将装药筒4贯串提出进行后续处理，从而在根本上改变了液体火药高能气体压裂出现盲炮时，井下药剂无法再回收的问题。

本实施例中，装药筒4采用有机高分子塑料管材，装药筒4的封堵端设置有胶管接头44，胶管接头44的端部安装有堵头47，堵头47的端部为弧形尖头结构。

需要说明的是，有机高分子塑料管材可采用聚乙烯管材，堵头47为弧形尖头结构以利于下井。

本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

钻水平井(1)，设定待压裂的区域；

将筛管(2)下入所述水平井(1)内，然后注入压井液(3)；

向柔性非金属材质的装药筒(4)内灌注入液体含能药剂，然后将点火结构(5)安装于所述装药筒(4)的装药端上；

将连续油管(6)端部连接于所述点火结构(5)的上端，然后通过所述连续油管(6)将所述装药筒(4)输送至所述水平井(1)内的设定位置处，并使所述装药筒(4)覆盖所述水平井(1)内待压裂的区域；

通过所述连续油管(6)对所述点火结构(5)点火，所述点火结构(5)使所述装药筒(4)内的液体含能药剂爆燃，爆燃产生的高压燃气将所述装药筒(4)破碎并对岩石做功，使所述岩石压裂；

压裂完毕后，回收所述筛管(2)，同时所述装药筒(4)残骸随所述筛管(2)回收。

2.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述水平井(1)的水平段的延伸方向与地层岩石的最小主应力方向平行。

3.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述点火结构(5)包括传火筒(51)、火帽底座(52)、压力起爆器(53)、以及密封圈(54)；

安装点火结构(5)时，将传火筒(51)的端部连接于火帽底座(52)的下端，将压力起爆器(53)安装于火帽底座(52)内的台阶孔处，使压力起爆器(53)的火帽(533)和传火筒(51)的端部抵接；

将传火筒(51)的端部穿过装药筒(4)端部的胶管接头(44)后伸入装药筒(4)内，此时传火筒(51)的端部位于液体含能药剂内；

将火帽底座(52)旋入胶管接头(44)端部的螺母(46)内，使密封圈(54)的两侧分别与火帽底座(52)的端部和胶管接头(44)的端部抵接。

4.根据权利要求3所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述液体含能药剂为液体硝基甲烷，所述液体硝基甲烷经助剂钝化并降低其爆燃速度；所述传火筒(51)内填充有复合固体推进剂(512)。

5.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：通过所述装药筒(4)的内径和所述水平井(1)井筒直径的不耦合装系数调整爆燃压力。

6.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述装药筒(4)的射孔部位(41)的直径大于所述装药筒(4)的传火部位(42)的直径。

7.根据权利要求6所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述装药筒(4)内的液体含能药剂爆燃后，通过传火部位(42)处的环空将爆燃多余的能量释放。

8.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：通过所述装药筒(4)封堵端的采集仪采集爆燃过程中的压力数据和温度数据，通过压力峰值及其持续的时间、最高温度推断爆燃压裂的效果。

9.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述点火结构(5)未能使所述装药筒(4)内的液体含能药剂爆燃时，将所述装药筒(4)管串通过所述连续油管(6)提出进行检查。

10.根据权利要求1所述的全井段爆燃压裂施工方法，其特征在于：所述装药筒(4)采用有机高分子塑料管材，所述装药筒(4)的封堵端设置有胶管接头(44)，胶管接头(44)的端部安装有堵头(47)，堵头(47)的端部为弧形尖头结构。

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