投球式高能气体压裂装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于煤层气井压裂技术，为了解决水力压裂方式形成的破裂裂隙所占比例低，导致煤层气很难有效地开采的问题，提供了一种投球式高能气体压裂装置，包括由上到下依次连接的上封隔单元、震动触发单元、能量释放单元、压力记录单元、下封隔单元和导向引鞋，震动触发单元完成对投球密封球的震动，能量释放单元完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。该装置的震动触发单元能实现对密封球的震动触发作用，密封球爆炸释放的高能通过能量释放单元的泄压孔进入目的煤储层，引起近井地带的震动，能够在煤基质中发展异常微裂缝网络系统并与原始裂隙沟通，提高煤储层渗透率，改造储层，实现增产。

Pitching type high-energy gas fracturing device

The invention belongs to the technology of coalbed gas well fracturing, in order to solve the rupture of crack formation, hydraulic fracturing the proportion is low, resulting in coalbed methane is difficult to effectively exploit the problem, provides a ball type high-energy gas fracturing device includes, in order from top to bottom on the connecting sealing unit, vibration trigger unit, energy release unit, recording unit, under the pressure of the packer unit and guide shoe, vibration trigger unit of sealed ball pitching vibration, the energy release unit of high energy gas generated on the sealing ball burst release on the top end of the packer unit through the coiled tubing and ground fracturing pump connection. The device can realize the vibration trigger unit trigger effect on sealing ball shock, sealing ball explosive release energy through the energy release unit of pressure relief hole into the purpose of coal reservoir, cause near wellbore vibration, micro cracks can develop abnormal network system and communication with the original cracks in the coal matrix, improve the coal reservoir permeability, reservoir transformation, production.

【技术实现步骤摘要】
投球式高能气体压裂装置
本专利技术属于煤层气井压裂技术，具体涉及一种投球式高能气体压裂装置。
技术介绍
在煤层气井压裂增产措施中，水力压裂仍占据主导地位，但水的分子较大，难以进入煤层气所在的基质微孔系统中，且形成的常规破裂裂隙所占比例低，煤层气很难有效地开采，增产效果有限。鉴于氮气震动压裂在加拿大应用较为广泛，被认为是一项比较有效的煤层气增产措施，因此经过调研目前的氮气震动压裂工艺，深入了解整个氮气震动压裂工具的用途，并结合已有的压裂设备及工艺，对高能气体压裂工具进行初步设计，通过一期水力试验、二期空气试验，以及现场8口井的施工应用情况，结合现场施工中所发现的问题，不断改进高能气体压裂工具，最终研发出适应我国特殊煤储层条件下的投球式高能气体压裂工具。
技术实现思路
本专利技术为了解决水力压裂方式形成的破裂裂隙所占比例低，导致煤层气很难有效地开采，增产效果有限的问题，进而提供了一种投球式高能气体压裂装置。本专利技术采用如下技术方案：一种投球式高能气体压裂装置，包括由上到下依次连接的上封隔单元、震动触发单元、能量释放单元、压力记录单元、下封隔单元和导向引鞋，震动触发单元完成对投球密封球的震动，能量释放单元完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。所述的上封隔单元和下封隔单元分别至少包括两组杯型封隔器，上封隔单元的两组杯型封隔器的皮碗开口向下，下封隔单元的两组杯型封隔器的皮碗开口向上，上封隔单元和下封隔单元构成对高能气体的密封单元。所述的震动触发单元是一个具有缓冲性能的锥形球座，锥形球座的两端通道宽、中间通道窄，中间窄通道直径小于投球密封球直径，两端宽通道直径大于投球密封球直径。所述能量释放单元是一个两侧各有一个泄压孔的短节。所述压力记录单元包括承载体和存储式压力传感器，承载体采用实心油管，存储式压力传感器安装于实心油管端头。所述密封球的直径为38.1mm或34.9mm。本专利技术具有如下有益效果：1、该装置可利用氮气作为压裂介质，可实现对含有黏土矿物的煤储层中的压裂；2、该装置的震动触发单元能实现对密封球的震动触发作用，密封球爆炸释放的高能通过能量释放单元的泄压孔进入目的煤储层，引起近井地带的震动，能够在煤基质中发展异常微裂缝网络系统并与原始裂隙沟通，提高煤储层渗透率，改造储层，实现增产；3、单次下放该压裂装置，可完成单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺（只需要重复投放密封球、拖动该压裂装置即可），实现每口井的每个目的层均实现了多次震动压裂，既节省了时间，也降低了工具串的消耗强度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为震动触发单元的结构示意图；图3为能量释放单元的结构示意图；图中：51-上封隔单元、52-震动触发单元、53-能量释放单元、54-压力记录单元、55-下封隔单元、56-导向引鞋、57-母扣、58-锥形球座、59-公扣、60-泄压孔。具体实施方式结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：如图1所示的投球式高能气体压裂装置，包括由上到下依次连接的上封隔单元51、震动触发单元52、能量释放单元53、压力记录单元54、下封隔单元55和导向引鞋56，震动触发单元52完成对投球密封球的震动，能量释放单元53完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元51的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。该装置能满足震动、释放两项主要内容，且释放出的气体能进入到目的层位，各单元所起的作用如下：1）上、下杯型封隔器单元上封隔单元51和下封隔单元55分别至少包括两组杯型封隔器，上封隔单元51的两组杯型封隔器的皮碗开口向下，下封隔单元55的两组杯型封隔器的皮碗开口向上，上封隔单元51和下封隔单元55构成对高能气体的密封单元。上封隔器的作用是当震动触发单元动作，高压气体（N2）由连续油管向上下封隔器之间释放时，阻止气体向上泄漏的密封单元，下封隔器的作用是当震动触发单元动作，高压气体（N2）由连续油管向上下封隔器之间释放时，阻止气体向下泄漏的密封单元。2）震动触发单元如图2所示，该单元的设计为一个具有缓冲性能的锥形球座，锥形球座的两端通道宽、中间通道窄，中间窄通道直径小于投球密封球直径，两端宽通道直径大于投球密封球直径。在未投球前，因锥形球座只是一个缩径的通道，允许氮气N2自连续油管向杯形封隔器之间及煤层（套管已射孔）流动或扩散；在投球后，密封球卡于锥形球座的中间窄通道处，阻止了N2向下扩散的通道，使地面压裂泵车及该震动触发单元形成密闭空间，在地面压裂泵车的作用下，这个密闭单元储存高压氮气N2，当氮气N2压力达到额定值时，使得密封球体爆裂，连续油管及地面泵车系统中储存的高压N2向煤储层释放（上下封隔器的作用），形成瞬间高压震动，从而改造储层。3）能量释放单元能量释放单元的结构如图3所示，主要为一个两侧各有一个泄压孔的短节，当球体破裂时，高压氮气通过该泄压孔进入目的层，引起近井地带的震动，从而形成新的裂缝，改造储层。4）压力记录单元压力记录单元是在能量释放单元的下部，位于下封隔器之上，其中包括一段压力记录短节，拟采用一小段实心油管作为压力记录设备的承载体，安装存储式压力传感器，以测量、记录并保存在震动压裂过程中井底压力的变化情况，便于后期数据分析及不同井氮气震动压裂试验成果的比较。5）密封球的设计用于坐封及开启的密封球是最关键的一个部件，要求该密封球具有一定的抗压能力，采用特殊的材料制成，既有抗压能力又能在指定的压力范围内爆裂从而开启气体通道，坐封球的大小选择11/2″（38.1mm）或13/8″（34.9mm）。密封球为成熟产品，只需要根据煤层条件选择合适抗压值和直径的密封球即可。该装置用于井下震动压裂工艺施工时，压裂装置的顶端通过注入头与地面连续油管相连，连续油管与地面压裂泵车相连，具体施工工艺如下：1）井口投球氮气震动压裂过程中，先通过连续油管自井口向井下的该压裂装置进行投球，同时注入高能气体（N2）。2）投球到位，持续加压当投球到位（即锥形球座处）后，震动触发单元阻止了高能气体（N2）向下扩散，使地面压裂车及震动触发单元形成密闭空间，在地面压裂车的作用下，密闭震动触发单元储存高压气体（N2）。3）高压震动，改造储层当高压气体（N2）压力达到额定值时球体爆裂，连续油管及地面泵车系统中储存的高压气体（N2）向煤储层释放（上、下封隔器的作用），形成瞬间高压震动，从而改造储层。4）压力记录采用一小段实心油管作为压力记录设备的承载体，安装存储式压力传感器，以测量、记录并保存在震动压裂过程中井底压力的变化情况，便于后期数据分析及不同井氮气震动压裂试验成果的比较。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投球式高能气体压裂装置，其特征在于：包括由上到下依次连接的上封隔单元（51）、震动触发单元（52）、能量释放单元（53）、压力记录单元（54）、下封隔单元（55）和导向引鞋（56），震动触发单元（52）完成对投球密封球的震动，能量释放单元（53）完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元（51）的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。

【技术特征摘要】
1.一种投球式高能气体压裂装置，其特征在于：包括由上到下依次连接的上封隔单元（51）、震动触发单元（52）、能量释放单元（53）、压力记录单元（54）、下封隔单元（55）和导向引鞋（56），震动触发单元（52）完成对投球密封球的震动，能量释放单元（53）完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元（51）的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。2.根据权利要求1所述的投球式高能气体压裂装置，其特征在于：所述的上封隔单元（51）和下封隔单元（55）分别至少包括两组杯型封隔器，上封隔单元（51）的两组杯型封隔器的皮碗开口向下，下封隔单元（55）的两组杯型封隔器的皮碗开口向上，上封隔单元（51）和下封隔单元（55）构成对...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝春生，李军军，王维，田庆玲，贾晋生，牛晋忠，马杨鹏，侯海兵，管俊科，周成忠，
申请(专利权)人：山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西,14