本发明专利技术公开了一种定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置及方法,包括激光热剥落组件、动态水力压裂组件和岩屑收集组件。本发明专利技术利用激光瞬间加热页岩储层表面以产生距离和方位可控的射孔分布并在射孔周围的储层中形成的复杂热裂缝，能降低深地储层压裂难度、提高页岩气解析速率、诱导后续水力压裂压裂裂缝向压裂区域定向起裂，以使裂缝形成于所要定向压裂区域内，克服了现有定向射孔存在的技术难题；同时，基于该射孔方法的动态水力压裂及其组合压裂技术可以实现深层页岩高温高应力开采环境下的复杂多变的水力压裂优势倾角设计，进而创造更多不受地应力控制的水力压裂有效区域。裂有效区域。裂有效区域。
【技术实现步骤摘要】
定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置及方法
[0001]本专利技术属于深地油气开采相关
，尤其涉及一种定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置及方法。
技术介绍
[0002]非常规油气，尤其是页岩气，是一种公认的分布广、储量大的石油天然气资源，是我国常规油气的重要接替资源。页岩气的主要成分为CH4，常以吸附态和游离态存在于页岩地层中。由于页岩渗透率极低，一般小于0.001mD，这使得页岩气储层具有自生自储的特点，常规开采方法难以形成工业气流，因此超过90％的页岩气储层在开采时必须进行储层改造，使储层产生复杂的裂隙网络，才能让裂隙和孔隙中处于吸附态和游离态的页岩气被顺利采出。
[0003]水力射孔和水力压裂是目前页岩气储层改造的两个重要环节。目前，绝大部分水力射孔都基于常规聚能射孔，且布孔方式一般为均匀的螺旋布孔，存在射孔完井程度低和射孔穿深不足的严峻问题，这使得后续水力压裂储层裂缝走向不可预测，导致压裂效果较差、产率难以有效提升。一段时间以来、由于作业时间短、用液量少、成本较低，定向射孔逐渐被应用到实际工程，然而现有的定向射孔技术仍可能导致孔眼堵塞、储层与井筒连通面积小、气体流动阻力大的问题。
[0004]加之，随着埋藏深度的增加，地层内储层分布均匀性降低、构造复杂程度、温度和压力随之增加，使得深层页岩气储层(埋深介于3500
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4500m的页岩气储层被界定为深层页岩气储层)开采的高地应力、高水平应力差、各向异性的工程特点突出，致使单一静态水力压裂在深层储层形成的裂缝网络十分有限。因为优势压裂倾角(即压裂载荷方向与层理方向夹角)有利于利用层理面沟通更多水力裂缝，可提高单次压裂效果，而动态压裂技术可以促使冲击区域附近不受地应力的控制而诱导多方位径向裂缝，所以人们相继提出用水力脉冲与循环水力脉冲压裂等众多动态水力压裂及其组合的技术方法来提高深层页岩气开采的效能，但是，学者们发现利用静态水力压裂与利用动态水力压裂改造各向异性页岩储层，尤其是深层页岩气储层时，两者优势压裂倾角明显不同，无法实现深层页岩气开采的效能提高。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种压裂难度小、页岩气解析速率更快、可诱导后续水力压裂压裂裂缝向压裂区域定向起裂的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置及方法。
[0006]本专利技术提供的这种定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，安装于页岩气井内，包括激光热剥落组件、动态水力压裂组件和岩屑收集组件，所述页岩气井包括竖直井筒和与该竖直井筒连通布置的水平井筒，在水平井筒的筒壁上开有定向射孔；所述激光热剥落组件包括依次电性连接的激光控制器、激光发生器和激光头，在水平井筒内架设
有导向管，在导向管上安装有若干水平位置可调的定位箱，在定位箱上安装有与定向射孔相对应布置的伸缩杆，激光头置于伸缩杆末端，激光发生器将激光传至激光头，激光头通过定向射孔对水平井筒外的页岩储层进行热剥落；所述岩屑收集组件包括依次连接的吸屑管、岩屑收集盒和吸尘电机，所述吸屑管插入竖直井筒内，在吸屑管上开有正对水平井筒布置的吸屑口；所述动态水力压裂组件包括依次连接的压裂液罐、增压泵、第一控制阀、水力压裂管和若干定向水力喷嘴，压裂液罐和增压泵均置于页岩气井外，水力压裂管的末端穿过竖直井筒置于水平井筒内，定向水力喷嘴连接于水力压裂管末端并与定向射孔相对应布置，压裂液罐中的压裂液经过增压泵、水力压裂管及定向水力喷嘴送入水平井筒中，通过定向射孔对页岩储层进行静态水力压裂；在页岩气井外设有脉冲发生器，所述脉冲发生器通过第二控制阀与水力压裂管相连接，脉冲发生器驱动水力压裂管的压裂液对页岩储层进行动态水力压裂。
[0007]在水平井筒下方的竖直井筒内设有第一封隔器，激光器发生器置于第一封隔器上。
[0008]在水平井筒末端设有第二封隔器，所述导向管固定于第二封隔器中心。
[0009]在压裂液罐与增压泵之间设有用于添加支撑剂的补料口。
[0010]所述定位箱间的间距与对应定位射孔间的间距相一致。
[0011]所述伸缩杆由地表遥控控制进行周角旋转。
[0012]所述吸屑管的内径为5
‑
10cm。
[0013]所述脉冲发生器集控制模块于一体，可产生的脉冲加载率范围为10
‑3‑
103GPa/s。
[0014]所述吸屑口正对水平井筒布置并完全覆盖水平井筒至竖直井筒底区域。
[0015]一种定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化方法，包括如下步骤：
[0016]S1、选取页岩储层的完整页岩岩芯，切割成边长为200mm的立方体页岩试样；
[0017]S2、对立方体页岩试样开展激光照射诱导热剥落实验，记录立方体页岩试样剥落表面发生明显熔化时的激光发射功率，用于井下热剥落射孔；
[0018]S3、综合利用地震、测井、油藏数值模拟的资料解释结果，确定储层区域地应力变化，确定定向压裂区域的具体参数，合理设计定向射孔的数量和方位、水力压裂加载率以及对应工作模式；
[0019]S4、在地层中连通布置竖直井筒和水平井筒，且竖直井筒外侧为上覆岩层，水平井筒置于页岩储层内，在水平井筒的筒壁上设置定向射孔；
[0020]S5、地表完成激光头、伸缩杆、定位箱与导向管的安装，完成激光控制器、激光发生器和激光头间的电性连接，将导向管放入水平井筒，同时放入激光发生器，将导向管末端固定于第二封隔器中心处，激光器发生器固定在第一封隔器上；
[0021]S6、地表完成吸屑管、岩屑收集盒和吸尘电机的电性连接，将吸屑管放入竖直井筒，使其吸屑口正对水平井筒布置并完全覆盖水平井筒至竖直井筒底区域；
[0022]S7、地表遥控伸缩杆处于预定空间状态；
[0023]S8、开启激光控制器，控制激光发生器激发预定功率稳定激光束，经光纤传输至激光头，照射目标的页岩储层，并同时开启吸尘电机，通过吸屑管清理热剥落定向射孔产生的岩屑；
[0024]S9、完成热剥落后，提升吸屑管，同时调整激光控制器的工作模式，使激光发生器
以不产生热剥落的发射功率继续激发激光束，经激光头照射已经形成的定向射孔，进一步增加页岩气解析速率并形成孔眼周围的复杂热裂纹；
[0025]S10、吸屑管提升至地表后，关闭激光控制器，提升导向管；
[0026]S11、快速下放安装组装有定向水力喷嘴的水力压裂管，下放完成后，与支撑剂混合后的压裂液经增压泵输送至水力压裂管；
[0027]S12、当水力压裂管内的流体压力达到预定值，关闭增压泵以及第一控制阀；
[0028]S13、开启脉冲发生器和第二控制阀，将脉冲发生器产生的预定加载率的水力脉冲由水力压裂管、定向水力喷嘴沿定向射孔11方向喷射，诱导热裂纹扩展并冲击压裂形成水力裂缝；
[0029]S14、评估压裂效果，可根据实际情况情况进一步调整后续压裂液罐、支撑剂、增压泵、第一控制阀、第二控制阀与脉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，安装于页岩气井内，其特征在于：包括激光热剥落组件、动态水力压裂组件和岩屑收集组件，所述页岩气井包括竖直井筒(1)和与该竖直井筒连通布置的水平井筒(2)，在水平井筒的筒壁上开有定向射孔(3)；所述激光热剥落组件包括依次电性连接的激光控制器(4)、激光发生器(5)和激光头(6)，在水平井筒内架设有导向管(7)，在导向管上安装有若干水平位置可调的定位箱(8)，在定位箱上安装有与定向射孔相对应布置的伸缩杆(9)，激光头置于伸缩杆末端，激光发生器将激光传至激光头，激光头通过定向射孔对水平井筒外的页岩储层(10)进行热剥落；所述岩屑收集组件包括依次连接的吸屑管(11)、岩屑收集盒(12)和吸尘电机(13)，所述吸屑管插入竖直井筒内，在吸屑管上开有正对水平井筒布置的吸屑口(111)；所述动态水力压裂组件包括依次连接的压裂液罐(14)、增压泵(15)、第一控制阀(16)、水力压裂管(17)和若干定向水力喷嘴(18)，压裂液罐和增压泵均置于页岩气井外，水力压裂管的末端穿过竖直井筒置于水平井筒内，定向水力喷嘴连接于水力压裂管末端并与定向射孔相对应布置，压裂液罐中的压裂液经过增压泵、水力压裂管及定向水力喷嘴送入水平井筒中，通过定向射孔对页岩储层进行静态水力压裂；在页岩气井外设有脉冲发生器(19)，所述脉冲发生器通过第二控制阀(20)与水力压裂管相连接，脉冲发生器驱动水力压裂管的压裂液对页岩储层进行动态水力压裂。2.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：在水平井筒下方的竖直井筒内设有第一封隔器(21)，激光器发生器置于第一封隔器上。3.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：在水平井筒末端设有第二封隔器(22)，所述导向管固定于第二封隔器中心。4.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：在压裂液罐与增压泵之间设有用于添加支撑剂的补料口(23)。5.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：所述定位箱间的间距与对应定位射孔间的间距相一致。6.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：所述伸缩杆由地表遥控控制进行周角旋转。7.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：所述吸屑管的内径为5
‑
10cm。8.根据权利要求1所述的定向射孔与水力压裂开采深层页岩气的一体化装置，其特征在于：所述脉冲发生器集控制模块于一体，可产生的脉冲加载率范围为10
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭懿德，黄麟淇，李夕兵，孙景楠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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