一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置及方法，包括高压脉冲电容器和电爆炸单元，其中,高压脉冲电容器的一端通过电极开关与电爆炸单元连接，另一端与金属腔体共地连接，将控制装置放置目标位置，电源供电，开关闭合，甲烷传感器在甲烷浓度达到预定值后形成通路，送丝单元进行送丝，第一金属丝触碰第一电极后，电极开关接收信号闭合形成回路，利用高压脉冲电容器进行多级脉冲放电，第一电极和第二电极在转换开关的控制下依此通电引爆金属丝，发生两次金属丝电爆炸，点燃金属腔体内的助燃剂及甲烷，形成燃爆压裂。该装置实现了新的页岩储层燃爆压裂技术，通过两次起爆进一步加强燃爆压裂效果，提高了页岩气采集率。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置及方法
本专利技术属于页岩气压裂开采工程领域，具体是指一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置及方法。
技术介绍
页岩气是赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，通常以吸附和游离状态存在于高碳泥页岩或暗色泥页岩等产气岩中。但是与常规天然气藏相比，页岩储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特性，所以页岩气的开发十分困难，必须采用压裂措施在储层内创造裂缝网络，为页岩气提供高效运移通道，从而大幅提高气井产量。对于传统水力压裂技术，不仅在水资源缺乏的中西部难以实施，还会对生态环境产生影响，污染地下水，甚至会引发地震活动。相比较于此，变革性的助燃剂原位甲烷燃爆压裂技术不但不受环境条件制约，还会形成更加复杂立体缝网，且不会发生类似爆炸压裂形成的井崩现象，极大的提高了页岩气产量，发展原位甲烷燃爆压裂理论与技术，尤其是页岩储层原位甲烷燃爆压裂技术，是实现我国页岩气开采变革性突破的关键。
技术实现思路
根据上述所提到的页岩储层燃爆压裂变革性技术，本专利技术旨在提供一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置及方法，该装置通过一次高压脉冲电容器的多级脉冲放电形成两次金属丝电爆炸过程，不仅大大提高了单次放电过程中燃爆压裂效果，增加气井产量，对于提高页岩气的采集率具有十分重要的意义，而且是实现我国页岩气开采变革型新突破的关键。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置及方法，包括：电爆炸单元，包括，金属腔体，以及设置在所述金属腔体内部的送丝单元，包括第一送丝装置和第二送丝装置，第一金属丝，与所述第一送丝装置连接，第二金属丝，与所述第二送丝装置连接，第一电极，与所述第一金属丝接触连接，第二电极，与所述第二金属丝接触连接，甲烷传感器，设置在所述第一送丝装置和第二送丝装置之间；电路控制单元，包括，高压脉冲电容器，所述高压脉冲电容器包括高压脉冲电容器第一端、高压脉冲电容器第二端，所述高压脉冲电容器第二端与所述金属腔体共地连接，电极开关，所述电极开关包括电极开关第一端、电极开关第二端，所述电极开关第一端与所述高压脉冲电容器第一端电性连接，所述电极开关第二端与所述第一电极电性连接，转换开关，所述转换开关包括转换开关第一端、转换开关第二端，所述转换开关第一端与所述第一电极电性连接，所述转换开关第二端与所述第二电极电性连接。优选地，所述控制装置还包括地面控制仪和电缆；优选地，所述地面控制仪通过所述电缆对所述送丝单元连接。优选地，所述送丝单元和甲烷传感器设置在所述金属腔体内，串联在同一条电路上，所述第一电极和第二电极设置在所述金属腔体内，与所述高压脉冲电容器连接。优选地，所述第一送丝装置还包括第一电机，通过所述第一电机将所述第一金属丝垂直送入所述金属腔体内，与所述第一电极接触；优选地，所述第二送丝装置还包括第二电机，通过所述第二电机将所述第二金属丝垂直送入所述金属腔体内，与所述第二电极接触。优选地，所述转换开关为稍不均匀场的开关。优选地，第一电极和第二电极与金属腔体通过绝缘子绝缘连接。一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制方法，通过将所述控制装置放置目标位置，所述电源模块开始供电，开关闭合，所述甲烷传感器用于测量甲烷浓度，达到预设的甲烷浓度值，所述送丝单元开始送丝，所述第一金属丝触碰所述第一电极后，所述电极开关接收信号闭合形成回路，利用所述高压脉冲电容器进行多级脉冲放电，所述第一电极和第二电极在所述转换开关的控制下依此通电引爆金属丝，发生两次金属丝电爆炸，点燃所述金属腔体内的助燃剂及甲烷，形成燃爆压裂。优选地，所述金属丝电爆炸的步骤包括：所述第一送丝装置将所述第一金属丝送出，与所述第一电极接触放电，所述第二送丝装置将所述第二金属丝送出，与所述第二电极接触放电，所述第一金属丝发生电爆炸后，所述转换开关在电爆炸形成的过电压下发生击穿，将所述高压脉冲电容器储存的电能传递给所述第二金属丝，所述第二金属丝发生电爆炸。本专利技术有益效果如下：(1)金属丝电爆炸单元中送丝装置形成两段金属丝，两段金属丝在一次高压脉冲电容器进行放电的过程中按先后顺序发生两次电爆炸过程形成燃爆压裂，采用单次放电形成两次双丝爆炸过程可有效提高压裂效果，在一次电容放电周期内形成两次独立的金属丝电爆炸过程，大大增加了单次放电过程中电爆炸丝的总长度，利用脉冲放电形成第二次金属丝电爆炸过程可高效利用高压脉冲电容器中储存的能量，提高能量利用率。(2)在第一根金属丝产生电爆炸后，转换开关会在其产生的过电压作用下击穿，高压脉冲电容器内储存的能量将转移至第二根金属丝，避免了对第一根金属丝形成再加热，形成再爆炸过程，因此增加了单次放电管过程中用于电爆炸的金属丝的总长度。(3)第一电极和第二电极与金属腔体之间采用绝缘子形成绝缘连接，绝缘子在放电过程中可以承受直流和脉冲高压，可以防止金属丝电爆炸过程中部分能量转移至金属腔体，确保金属丝电爆炸的顺利进行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术控制装置图。图中：1、第一送丝装置；2、第二送丝装置；3、第一金属丝；4、第二金属丝；5、第一电极；6、第二电极；7、甲烷传感器；8、电极开关；9、转换开关；10、高压脉冲电容器；11、金属腔体；12、电源；13、开关；14、地面控制仪；15、电缆；16、送丝单元；17、电路控制单元；18、电爆炸单元。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置，其特征在于，包括：/n电爆炸单元(18)，包括，/n金属腔体(11)，/n以及设置在所述金属腔体(11)内部的/n送丝单元(16)，包括第一送丝装置(1)和第二送丝装置(2)，/n第一金属丝(3)，与所述第一送丝装置(1)连接，/n第二金属丝(4)，与所述第二送丝装置(2)连接，/n第一电极(5)，与所述第一金属丝(3)接触连接，/n第二电极(6)，与所述第二金属丝(4)接触连接，/n甲烷传感器(7)，设置在所述第一送丝装置(1)和第二送丝装置(2)之间；/n电路控制单元(17)，包括，/n高压脉冲电容器(10)，所述高压脉冲电容器(10)包括高压脉冲电容器第一端、高压脉冲电容器第二端，所述高压脉冲电容器第二端与所述金属腔体(11)共地连接，/n电极开关(8)，所述电极开关(8)包括电极开关第一端、电极开关第二端，所述电极开关第一端与所述高压脉冲电容器第一端电性连接，所述电极开关第二端与所述第一电极(5)电性连接，/n转换开关(9)，所述转换开关(9)包括转换开关第一端、转换开关第二端，所述转换开关第一端与所述第一电极(5)电性连接，所述转换开关第二端与所述第二电极(6)电性连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置，其特征在于，包括：
电爆炸单元(18)，包括，
金属腔体(11)，
以及设置在所述金属腔体(11)内部的
送丝单元(16)，包括第一送丝装置(1)和第二送丝装置(2)，
第一金属丝(3)，与所述第一送丝装置(1)连接，
第二金属丝(4)，与所述第二送丝装置(2)连接，
第一电极(5)，与所述第一金属丝(3)接触连接，
第二电极(6)，与所述第二金属丝(4)接触连接，
甲烷传感器(7)，设置在所述第一送丝装置(1)和第二送丝装置(2)之间；
电路控制单元(17)，包括，
高压脉冲电容器(10)，所述高压脉冲电容器(10)包括高压脉冲电容器第一端、高压脉冲电容器第二端，所述高压脉冲电容器第二端与所述金属腔体(11)共地连接，
电极开关(8)，所述电极开关(8)包括电极开关第一端、电极开关第二端，所述电极开关第一端与所述高压脉冲电容器第一端电性连接，所述电极开关第二端与所述第一电极(5)电性连接，
转换开关(9)，所述转换开关(9)包括转换开关第一端、转换开关第二端，所述转换开关第一端与所述第一电极(5)电性连接，所述转换开关第二端与所述第二电极(6)电性连接。


2.根据权利要求1所述的页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置，其特征在于，
所述控制装置还包括地面控制仪(14)和电缆(15)；
所述地面控制仪(14)通过所述电缆(15)对所述送丝单元(16)连接。


3.根据权利要求1所述的页岩储层多级脉冲甲烷原位燃爆压裂控制装置，其特征在于，
所述送丝单元(16)和甲烷传感器(7)设置在所述金属腔体(11)内，串联在同一条电路上，所述第一电极(5)和第二电极(6)设置在所述金属腔体(11)内，与所述高压脉冲电容器(10)连接。


4.根据权利要求1所述的页岩储层多级脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宁，袁翊硕，范学如，翟成，梁汉良，曹小龙，索云琛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32