一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法技术

本发明专利技术涉及一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法，适用于页岩气储层开采。先对待施工区域进行水平钻井施工，然后利用聚能射孔在水平钻孔孔壁周围进行造缝；利用水力压裂的方式继续对水平钻孔周围的缝隙进行扩展，排出压裂液后进行甲烷抽采；当甲烷气体减少后对水平钻孔中参与的甲烷进行原位燃爆压裂；燃爆后继续扩展水平钻孔中的缝隙从而使甲烷继续渗出，之后继续进行抽采；重复燃爆压裂和抽采作业，从而实现燃爆协同致裂增透，大大加强了页岩气的开采效果。该方法设计合理、施工操作可行性高，适合页岩气藏、煤层气藏、致密砂岩气藏等非常规油气藏压裂改造。

【技术实现步骤摘要】
一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法
本专利技术涉及一种致裂增透方法，尤其适用于页岩气储层开采时使用的一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法。
技术介绍
页岩气是指以吸附、游离或溶解状态赋存在富含有机质的泥页岩及其夹层中的一种非常规天然气，与煤层气藏和致密砂岩气藏并称为三大非常规气藏，其主要成分为甲烷，混有乙烷和丙烷，具有开采周期长、清洁、高效等特点，已成为工业发展过程中煤炭的最佳替代能源之一。我国页岩气资源丰富，可采资源量达到36.1万亿m3，页岩气资源的高效开发，可补充我国未来天然气需求缺口，并将深刻影响我国能源结构，对于保障国家能源安全具有重要意义。页岩储层低孔隙度(﹤5％)、低渗透率(﹤0.001×10-3μm2)特征明显，对页岩气的开发利用造成困难。为此，必须对页岩储层进行人工压裂改造，形成连通的裂缝网络，达到增大页岩产气量的目的。利用水力压裂技术对页岩储层进行压裂改造以获得工业气流是目前开采页岩气的主要方式。其中，水平井分段压裂技术，是当前开发页岩气、致密油等非常规储层的主流技术，是指在垂直井的基础上采用转向技术，将钻杆下入到目标层，通过注入大量高压压裂液将目标层位压开，对储层实施改造。在不断注入高压压裂液的作用下，天然裂缝缝内压力超过闭合压力，天然裂缝开启，岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝和岩石层理的沟通。该技术可以增大储层的改造体积，提高水平井的产能，美国利用水平井分段压裂、同步压裂等技术对页岩储层进行了有效改造，页岩气开发得到迅猛发展；但是我国页岩气藏在地质特点、储层埋深以及压裂技术条件等方面与美国存在明显差异，美国页岩气开采的成功经验无法直接应用到我国。我国四川、重庆等地的页岩气埋藏深度普遍在2600m～3000m，深层页岩气藏埋深在4000m以上，页岩储层致密，压力系数高，压裂难度大。高能气体压裂主要利用火药(如快速固化液体炸药)或者火箭推进剂(如偏二甲肼)爆炸产生的高压气体压裂岩体，使储层产生微裂隙，具有低成本、低污染的特点，但是也存在着诸如火工品安全性差、裂缝扩展规模小等问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足之处，提供一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法，能够充分发挥水力压裂和聚能燃爆压裂的各自优势，采用聚能射孔技术于致密页岩储层中开出孔道，配合水力压裂技术使孔道延展成主裂隙，同时实现助燃剂的缝内投放，以页岩储层原位解吸出的甲烷气体作为爆炸源，采取脉冲式多级燃爆压裂方式，协同致裂增透页岩储层。为实现上述目的，本水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法，首先对待施工区域进行水平钻井施工，然后利用聚能射孔在水平钻孔孔壁周围进行造缝；利用水力压裂的方式继续对水平钻孔周围的缝隙进行扩展，排出压裂液后进行甲烷抽采；当甲烷气体减少后对水平钻孔中参与的甲烷进行原位燃爆压裂；燃爆后继续扩展水平钻孔中的缝隙从而使甲烷继续渗出，之后继续进行抽采；重复燃爆压裂和抽采作业，从而实现燃爆协同致裂增透，大大加强了页岩气的开采效果。具体步骤如下：S1确定页岩储层的压裂层段和压裂位置之后从地面向页岩储层中预压裂层段开钻竖井井筒，利用转向器开钻水平气井到达预压裂位置，在水平气井中设置套管形成套管柱，然后向水平气井连接的竖井井筒中设置压裂液泵注管道和甲烷抽采管道，甲烷抽采管道上设置有甲烷气体浓度与流量探测器；S2将载有射孔弹的射孔枪通过套管柱下放到页岩储层预压裂位置进行聚能射孔造缝，从而在致密页岩储层上产生大量锥刺状孔道；S3回收射孔枪，然后利用压裂液储罐通过压裂液泵注管道向套管内注入掺混有助燃剂的压裂液，压裂液从套管的射孔孔眼对页岩储层进行水力压裂，压裂液沿锥刺状孔道对储层进行压裂，使锥刺状孔道进一步张开扩展成主裂缝，压裂液在射孔孔眼形成的锥刺状孔道尖端进行张性破坏，从而构建出甲烷等流体流向套管的主通道，并在主裂缝周围压裂产生二级水力压裂裂缝，当压裂液泵注压力降低到峰值压力的30％时，停止泵注，在水力压裂过程结束后返排压裂液，助燃剂留存于所进入的裂缝中从而起到辅助支撑的作用；S4压裂液返排结束后，页岩储层中的甲烷气体解吸量增加，此时关闭电磁阀Ⅰ并开启电磁阀Ⅱ，启动甲烷抽采泵通过甲烷抽采管道进行甲烷抽采，利用设置在岩气抽采管道上的甲烷气体浓度与流量探测器对甲烷气体浓度与抽采管道里气体流量进行实时监测；甲烷气体浓度与流量探测器检测到抽采的甲烷气体流量稳定且保持在预设数值之上时，则判断此时为稳定抽采阶段，当前监测到的甲烷气体浓度认为与实时解吸的气体浓度相同；此时套管柱即作为水平气井段处的气体抽采管道；S5当甲烷气体浓度与流量探测器实时监测抽采过程中甲烷浓度发生变化，根据抽采钻孔气体浓度的自然衰减特性，当抽采过程中管道与裂缝整体空间内的甲烷气体浓度降低到起爆浓度后，停止抽采作业，下放引爆装置于水平气井井口处，通过引爆装置对储层裂隙原位解吸的甲烷进行点火诱导燃爆；所述引爆装置包括电火花点火器、传输电缆、地面智能控制器，所述点火诱导爆燃过程为地面智能控制器关闭电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ，通过传输电缆使电火花点火器接通电流，产生电火花，诱导甲烷爆燃；S6燃爆后，水平气井中形成更加复杂的新裂缝网络，促进甲烷气体的解吸与运移，从而再次增加水平气井中的甲烷气体浓度，此时重新开启电磁阀Ⅱ继续进行气体抽采，当甲烷气浓度再次降低后，重复步骤S5再次进行甲烷燃爆压裂，如此重复上述步骤，实现水力压裂与甲烷原位多级燃爆协同致裂增透页岩储层，逐级构建起立体裂缝网络，使更多的赋存在储层中的甲烷解吸、汇集到套管柱中，经甲烷抽采管道输送至井上，直至甲烷抽采量增加率低于10％，结束该层段的压裂抽采作业。进一步，套管柱外侧与井壁之间设水泥浇筑形成的水泥环以固定套管柱，套管柱与竖井井筒之间通过转向器连接，套管柱与竖井井筒中管道连接处安装有金属密封套，压裂液泵注管道上安装有电磁阀Ⅰ、甲烷抽采管道上安装有电磁阀Ⅱ，电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ通过连接线连接有设置在地面的智能控制器。进一步，聚能射孔造缝是指将载有射孔弹的射孔枪通过套管柱下放到页岩储层预压裂位置，射孔枪采用电引爆方式，将射孔弹弹槽内的射孔弹从射孔孔眼射出，产生的高温、高压冲击波从而穿透套管柱在页岩储层中产生锥刺状孔道，从而实现对致密页岩储层的前期造缝；进一步，起出射孔枪后，利用地面智能控制器开启电磁阀Ⅰ并关闭电磁阀Ⅱ，对页岩储层进行水力压裂作业：压裂液从压裂液储罐沿压裂液泵注管道进入套管对页岩储层进行压裂，使锥刺状孔道进一步张开扩展成主裂缝，并在主裂缝周围压裂产生二级水力压裂裂缝。进一步，助燃剂为固体颗粒，包括高锰酸钾球、铝粉、镁粉，掺入压裂液中，使助燃剂随水力压裂过程一同注入所产生的裂缝中；为保证助燃剂颗粒进入压裂缝中，辅以注入顶替液，压裂液返排后，助燃剂留存在所产生的裂缝中予以支撑。进一步，所述起爆浓度是指甲烷气体浓度与流量探测器测得浓度在8％-11％范围内。进一步，步骤S6中记载的需要再次进行甲烷燃爆压裂时，可再次进行水力压裂过程并同步加入助燃剂。有益效果：1、充分发挥水力压裂裂缝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法，其特征在于：首先对待施工区域进行水平钻井施工，然后利用聚能射孔在水平钻孔孔壁周围进行造缝；利用水力压裂的方式继续对水平钻孔周围的缝隙进行扩展，排出压裂液后进行甲烷抽采；当甲烷气体减少后对水平钻孔中参与的甲烷进行原位燃爆压裂；燃爆后继续扩展水平钻孔中的缝隙从而使甲烷继续渗出，之后继续进行抽采；重复燃爆压裂和抽采作业，从而实现燃爆协同致裂增透，大大加强了页岩气的开采效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法，其特征在于：首先对待施工区域进行水平钻井施工，然后利用聚能射孔在水平钻孔孔壁周围进行造缝；利用水力压裂的方式继续对水平钻孔周围的缝隙进行扩展，排出压裂液后进行甲烷抽采；当甲烷气体减少后对水平钻孔中参与的甲烷进行原位燃爆压裂；燃爆后继续扩展水平钻孔中的缝隙从而使甲烷继续渗出，之后继续进行抽采；重复燃爆压裂和抽采作业，从而实现燃爆协同致裂增透，大大加强了页岩气的开采效果。


2.根据权力要求1所述的水力压裂与甲烷原位燃爆协同致裂增透方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1确定页岩储层(4)的压裂层段和压裂位置之后从地面(1)向页岩储层(4)中预压裂层段开钻竖井井筒(10)，利用转向器(11)开钻水平气井(12)到达预压裂位置，在水平气井(12)中设置套管(18)形成套管柱(13)，然后向水平气井(12)连接的竖井井筒(10)中设置压裂液泵注管道(8)和甲烷抽采管道(9)，甲烷抽采管道(9)上设置有甲烷浓度与流量探测器(26)；
S2将载有射孔弹的射孔枪(30)通过套管柱(13)下放到页岩储层(4)预压裂位置进行聚能射孔造缝，从而在致密页岩储层(4)上产生大量锥刺状孔道(21)；
S3回收射孔枪(30)，然后利用压裂液储罐(6)通过压裂液泵注管道(8)向套管(18)内注入掺混有助燃剂的压裂液，压裂液从套管(18)的射孔孔眼(19)对页岩储层(4)进行水力压裂，压裂液沿锥刺状孔道(21)对储层进行压裂，使锥刺状孔道(21)进一步张开扩展成主裂缝，压裂液在射孔孔眼(19)形成的锥刺状孔道(21)尖端进行张性破坏，从而构建出甲烷等流体流向套管的主通道，并在主裂缝周围压裂产生二级水力压裂裂缝(23)，当压裂液泵注压力降低到峰值压力的30％时，停止泵注，在水力压裂过程结束后返排压裂液，助燃剂留存于所进入的裂缝中从而起到辅助支撑的作用；
S4压裂液返排结束后，页岩储层(4)中的甲烷气体解吸量增加，此时关闭电磁阀Ⅰ(16)并开启电磁阀Ⅱ(17)，启动甲烷抽采泵(7)通过甲烷抽采管道(9)进行甲烷抽采，利用设置在甲烷抽采管道(9)上的甲烷气体浓度与流量探测器(26)对甲烷气体浓度与抽采管道里气体流量进行实时监测；甲烷气体浓度与流量探测器(26)检测到抽采的甲烷气体流量稳定且保持在预设数值之上时，则判断此时为稳定抽采阶段，当前监测到的甲烷气体浓度认为与实时解吸的气体浓度相同；此时套管柱(13)即作为水平气井段处的气体抽采管道；
S5甲烷气体浓度与流量探测器(26)实时监测抽采过程中甲烷浓度发生变化，根据抽采钻孔气体浓度的自然衰减特性，当抽采过程中管道与裂缝整体空间内的甲烷浓度降低到起爆浓度后，停止抽采作业，下放引爆装置于水平气井(12)井口处，通过引爆装置对储层裂隙原位解吸的甲烷进行点火诱导燃爆；所述引爆装置包括电火花点火器(27)、传输电缆(28)、地面智能控制器(24)，所述点火诱导爆燃过程为地面智能控制器(24)关闭电磁阀Ⅰ(16)和电磁阀Ⅱ(17)，通过传输电缆(28)使电火花点火器(27)接通电流，产生电火花，诱导甲烷爆燃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，魏则宁，翟成，张文晓，梁德郎，薛佳凯，白海鑫，陈庆贺，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32