一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法，属于燃爆压裂技术领域。装置包含封隔器、筛管、单向阀、引爆装置等组成的系统设备，可实现地层甲烷气体析出及原位燃爆。利用泵车从油套环空泵入低密度压井液，顶替原始压井液，此过程中目的层混合流体经引爆装置单向阀排出，待井口检测到甲烷气体时转注高密度压井液，单向阀关闭，引爆装置腔体及油套环空蓄气完成，最后从井口实施投棒作业，巨大冲击力使下承压盘剪切断裂，助燃剂连同夹持器与撞针快速接触，引发地层甲烷气体爆炸，爆炸气流沿套筒孔隙高速射出，使地层冲击致裂。本发明专利技术提出了新的燃爆方式，使得燃爆压裂作业更加安全高效，达到传统燃爆效果的同时降低了施工风险和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法
本专利技术涉及一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法，适用于复杂页岩气、致密气等储层，属于燃爆压裂

技术介绍
随着中高渗油气田开采进入后期及对油气资源需求不断增加，低渗及非常规油气藏资源成为油气资源增储上产的比重逐步增大，其中致密气、页岩气、煤层气等成为油气增储的主要组成部分。由于致密气、页岩气等储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特性，压裂是实现其商业开采的必要手段。水力压裂耗水量大，尤其是我国深层、致密、高应力差异储层，水力缝网难以形成。燃爆压裂技术凭借较高的瞬时燃爆压力使储层致裂，能有效对致密、低渗等复杂油气藏进行储层改造，可突破应力集中，促进复杂缝网发育，且低成本、无污染，但是现有的燃爆工艺通常将燃烧剂和助燃剂混合形成的炸药同时注入井底地层，炸药一般是军工产品且无法避免运输和注入过程中的安全，存在火工产品的安全性问题，且引爆范围有限，在制作、运输、存储，投放过程中都有很大的安全隐患，对工作人员的施工管理能力也提出了很高的要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，针对页岩气储层，本专利技术提供一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法，利用储层析出的甲烷气体作为可燃物，当引爆装置等系统设备随油管下入目的层后，配合井口循环不同密度的压井液，使得地层甲烷气体析出并在目的层封闭井筒空间蓄集。进而，通过投棒冲击和引爆器上下压差的共同作用，冲击撞针，实现引爆装置中助燃剂与井筒中甲烷气体的原位协同燃爆，在井筒周围基质中形成冲击裂缝，实现真正意义上的立体裂缝网络，提高改造后地层产量。本专利技术的技术方案如下：一种适用于复杂页岩气、致密气等储层的直井甲烷原位燃爆压裂装置，包括油管装置、引爆装置，油管装置包括常规油管柱，油管柱底部上下设有上封隔器和下封隔器，上封隔器上方的油管柱内部设有上筛管；引爆装置包括特制管柱，特制管柱内壁上方设有上固定槽，特制管柱中部设有助燃剂夹持器，助燃剂夹持器内部放置有助燃剂，夹持器内部密封罐可装填固、液、气三种状态的助燃剂，助燃剂采用本领域常规即可，上固定槽用于限制助燃剂夹持器的向上位移；特制管柱底部设有一体化撞针装置，一体化撞针装置底部中心处设有撞针且其空腔用于容纳甲烷气体和下承压盘碎片，助燃剂夹持器与一体化撞针装置之间设有下承压盘。优选的，特制管柱内壁顶部设有上接头，上接头为内螺纹，特制管柱底部设有下接头，下接头为外螺纹，上接头、下接头与油管柱连接。常规管柱内部中空光滑，为流体运移或井底工具作业提供通道，本方案特制管柱内部有固定槽和内螺纹，可以盛放助燃剂夹持器等。相较于常规投棒燃爆作业先下管柱后下入燃爆装置的工艺，特质管柱固定引爆装置后一同下井，操作更加便捷。优选的，助燃剂夹持器外壳设有外壳通孔。助燃剂夹持器落下与撞针碰撞时可通过外壳通孔向外燃爆。进一步优选的，外壳通孔的数量为至少三排。优选的，助燃剂夹持器顶部设有单向阀，进一步优选的，单向阀的数量为两个。单向阀只能向上开启。进一步优选的，助燃剂夹持器顶部设有上承重盘，上承重盘与助燃剂夹持器一体化制造，单向阀贯穿上承重盘和助燃剂夹持器顶部。上承重盘用于增加夹持器顶面的承重强度，在燃爆工艺投棒时使夹持器压裂下承压盘、避免夹持器顶面破损。优选的，助燃剂夹持器底部中心与下承压盘中心均设有中心通孔。进一步优选的，助燃剂夹持器底部中心通孔大小与下承压盘中心通孔大小相同。优选的，一体化撞针装置侧壁与其外围的特制管柱底部均设有筛孔。优选的，下承压盘、一体化撞针装置与特制管柱内壁均为螺纹连接。通过旋钮即可固定在特制管柱内部。优选的，上筛管与上封隔器的垂直间距为0.5～1.0m。一种适用于复杂页岩气、致密气等储层的直井甲烷原位燃爆压裂方法，包括以下步骤：(1)、将助燃剂夹持器顶至特制管柱上固定槽，上固定槽防止助燃剂夹持器上移，随后紧密旋入下承压盘和一体化撞针装置，组成引爆装置，一体化螺纹撞针装置顶部紧贴下承压盘，防止其滑丝下落：设置引爆装置的起爆点，是根据目的层深度、压力、所用压井液密度和投棒物尺寸来设计；所述起爆点为重棒产生的冲击和井底压差大于下承压盘的抗剪强度时的压力点；(以下承压盘抗剪强度为6MPa为例，起爆点压力6MPa，根据地层深度和地层孔隙压力设计：高密度压井液产生的液柱压力高于地层孔隙压力5MPa，投棒物产生的冲击力不小于1MPa)(2)、下封隔器、引爆装置、上封隔器和上筛管与常规油管柱依次连接并下入生产井目的层；(3)、上封隔器与下封隔器在井底完成坐封，封隔目的层上下的油套环形空间；(4)、地面泵车向油套环空注入低密度压井液，将原始压井液经上筛管逐步循环顶替至井口废液回收罐，此过程中引爆装置单向阀开启，地层甲烷气体开始进入下部井筒，并将上封隔器、下封隔器之间的压井液混合流体经单向阀逐步排出，泵车从油套环空注入低密度压井液时，上筛管为原始压井液逐步循环顶替至井口废液回收罐提供了流动通道；单向阀通过引爆装置内外压差实现开关闭合，注入低密度压井液时，外部液柱压力小于地层孔隙压力，地层甲烷气体开始进入下部井筒，并将上、下封隔器之间的压井液混合流体经单向阀逐步排出；单向阀两端与流体的接触面积一样大，控制压井液密度大小即可控制单向阀的开启；(5)、井口监测装置发现有烃类气体显示时，立即转注高密度压井液使单向阀关闭，引爆装置腔体及油套环空蓄气完毕，高密度压井液的密度大于低密度压井液的密度即可；(6)、高密度压井液转注完成后进行投棒作业，重棒产生的冲击和井底压差对下承压盘的共同作用大于其承压能力时，下承压盘断裂，助燃剂冲击撞针，引爆甲烷气体，爆炸气流沿套筒孔隙高速射出，使地层原位冲击致裂；(7)、直井甲烷原位燃爆压裂结束后，上提作业管柱，评估施工效果。优选的，步骤(1)中，单个下承压盘抗剪强度为6MPa，根据现场不同的施工要求可通过旋入多个承压盘提高起爆点压力。优选的，步骤(4)中，低密度压井液的密度范围为0.81～1.62g/cm3，步骤(5)中高密度压井液的密度范围为1.4～2.2g/cm3。优选的，步骤(4)中，低密度压井液产生的液柱压力是目的层孔隙压力的0.9倍；步骤(5)中，高密度压井液产生的液柱压力高于目的层孔隙压力5MPa。利用该工艺方法实现页岩储层解析甲烷气体，通过助燃剂与甲烷气体协同燃爆产生的高温、高压气体冲击压裂储层，创造立体裂缝网络，实现储层甲烷原位燃爆压裂改造。由于没有炸药的地面运输、地下投放，混合等过程，安全经济，环保优势明显，能有效弥补现有燃爆压裂技术的局限和不足。本专利技术的有益效果在于：1.所采用的新工艺包含封隔器、筛管、单向阀、引爆装置、泵车等组成的系统设备，利用这些设备以及不同密度的压井液配合常规井口投棒，避免了燃爆压裂过程中炸药的地面运输、地下投放、混合、顶替液的注入等过程，实现了助燃剂单独投放以及与目的层析出甲烷气体燃爆致裂功能，创造了立体裂缝网络，安全经济，环保优势明显，有效弥补现有燃爆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，包括油管装置、引爆装置，/n油管装置包括油管柱，油管柱底部上下设有上封隔器和下封隔器，上封隔器上方的油管柱内部设有上筛管；/n引爆装置包括特制管柱，特制管柱内壁上方设有上固定槽，特制管柱中部设有助燃剂夹持器，助燃剂夹持器内部放置有助燃剂，上固定槽用于限制助燃剂夹持器的向上位移；特制管柱底部设有一体化撞针装置，助燃剂夹持器与一体化撞针装置之间设有下承压盘，一体化撞针装置底部中心处设有撞针且其空腔用于容纳甲烷气体和下承压盘碎片。/n

【技术特征摘要】
1.一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，包括油管装置、引爆装置，
油管装置包括油管柱，油管柱底部上下设有上封隔器和下封隔器，上封隔器上方的油管柱内部设有上筛管；
引爆装置包括特制管柱，特制管柱内壁上方设有上固定槽，特制管柱中部设有助燃剂夹持器，助燃剂夹持器内部放置有助燃剂，上固定槽用于限制助燃剂夹持器的向上位移；特制管柱底部设有一体化撞针装置，助燃剂夹持器与一体化撞针装置之间设有下承压盘，一体化撞针装置底部中心处设有撞针且其空腔用于容纳甲烷气体和下承压盘碎片。


2.根据权利要求1所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，特制管柱内壁顶部设有上接头，上接头为内螺纹，特制管柱底部设有下接头，下接头为外螺纹，上接头、下接头与油管柱连接；
优选的，下承压盘、一体化撞针装置与特制管柱内壁均为螺纹连接。


3.根据权利要求1所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，助燃剂夹持器外壳设有外壳通孔；
优选的，外壳通孔的数量为至少三排。


4.根据权利要求1所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，助燃剂夹持器顶部设有单向阀，优选的，单向阀的数量为两个；
进一步优选的，助燃剂夹持器顶部设有上承重盘，上承重盘与助燃剂夹持器一体化制造，单向阀贯穿上承重盘和助燃剂夹持器顶部。


5.根据权利要求1所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，助燃剂夹持器底部中心与下承压盘中心均设有中心通孔；
优选的，助燃剂夹持器底部中心通孔大小与下承压盘中心通孔大小相同。


6.根据权利要求1所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，一体化撞针装置侧壁与其外围的特制管柱底部均设有筛孔。


7.根据权利要求1所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于，上筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，夏雷，吴飞鹏，李正斌，李娜，姜艺民，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37