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专利号: 2021100865177
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂与助燃剂安全投放协同控制方法,包括采用单片机信息接收控制系统(1)、助燃剂输送管(2)、输送泵(4),助燃剂槽车(5)、燃爆一体化封隔器(10)、单片机(11)和射孔枪(18),其特征在于,安全投放协同控制方法包括如下步骤:a.施工井筒:首先在富含页岩气的致密页岩储层(8)上方地面利用定向钻井机穿透地层施工一进入页岩储层(8)的竖井(6),然后将定向钻井机钻头转向,在页岩储层(8)中施工一条与竖井(6)连通的水平井(9),水平井(9)施工完成后退出钻头,在竖井(6)井筒中下入套管并在井筒壁周围注入水泥浆液(7)进行固完井;

b.聚能射孔:在射孔枪(18)的聚能孔(19)中装入射孔弹,然后将射孔枪(18)下放到水平井(9)中,由内而外,对水平井(9)进行聚能射孔,形成多个聚能缝槽(16),聚能射孔临近竖井(6)之后,聚能射孔完成,取出射孔枪(18);

c.布置助燃剂投放管路:将从地面的助燃剂槽车(5)经输送泵(4)引出助燃剂输送管(2)下放到水平井(9)中,使助燃剂输送管(2)的端头位于靠近竖井(6)一侧最近的聚能缝槽(16)处;

d.下放燃爆一体化封隔器:在水平井(9)中沿着助燃剂输送管(2)下放燃爆一体化封隔器(10),使燃爆一体化封隔器(10)的位置停留在助燃剂输送管(2)的端头部位,封堵从页岩储层(8)中解吸出来的甲烷;通过助燃剂输送管末端的气体加速结构使助燃剂与甲烷混合均匀,有利于甲烷的充分燃爆;所述的燃爆一体化封隔器(10)包括内部的单片机(11)、外部的甲烷传感器(14)、点火头(15)和氧气传感器(20),单片机(11)经信号线分别与甲烷传感器(14)、点火头(15)、氧气传感器(20)和单片机信息接收控制系统(1)相连;

e.甲烷原位燃爆与助燃剂投放协同控制:通过单片机信息接收控制系统(1)实时读取单片机(11)中存储的甲烷传感器(14)和氧气传感器(20)中的示数,利用单片机协同监测甲烷浓度和点火控制,达到最佳的燃爆效果;根据水平井(9)中甲烷和氧气浓度达标情况,选择直接进行甲烷原位燃爆,或泵送助燃剂使甲烷和氧气浓度达标,再进行甲烷原位燃爆,通过甲烷原位燃爆技术来致裂增透,以构建页岩气流通缝网;

f.循环燃爆压裂页岩储层:甲烷原位燃爆产生的高温高压冲击波作用在聚能缝槽(16)尖端弱面,生成二级裂缝,循环燃爆接力式促进裂缝扩展,形成复杂的燃爆裂缝(17),完成一次燃爆压裂后,将燃爆一体化封隔器(10)从水平井(9)中取出,更换甲烷传感器(14)、点火头(15)和氧气传感器(20),重复步骤d和e,对页岩储层(8)进行甲烷原位循环燃爆压裂;

g.压裂完成后,将助燃剂输送管(2)从井筒中取出,回收再利用。

2.根据权利要求1所述的一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂与助燃剂安全投放协同控制方法,其特征在于:步骤e中,若水平井(9)中甲烷和氧气浓度均已达到燃爆浓度,单片机(11)自动控制打开点火头(15)电路开关,并向单片机信息接收控制系统(1)反馈点火信息,通过单片机信息接收控制系统(1)来控制点火头(15)点火直接进行甲烷原位燃爆;

若水平井(9)中氧气和甲烷浓度均不足时,待甲烷浓度达到燃爆浓度时,打开输送泵(4)出口的阀门(3),启动输送泵(4)将助燃剂槽车(5)中的助燃剂经助燃剂输送管(2)泵入到水平井(9)中,继续读取甲烷传感器(14)和氧气传感器(20)的示数,等甲烷和氧气浓度均达到燃爆浓度时,依次关闭输送泵(4)和阀门(3),单片机(11)自动控制打开点火头(15)的电路开关,并向单片机信息接收控制系统(1)反馈点火信息,然后使用单片机信息 接收控制系统(1)控制点火头(15)点火完成甲烷原位燃爆压裂。

3.根据权利要求1所述的一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂与助燃剂安全投放协同控制方法,其特征在于:步骤e中,泵送的助燃剂为>50%高氧含量的混合气体。

4.根据权利要求1所述的一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂与助燃剂安全投放协同控制方法,其特征在于:所述的助燃剂输送管(2)的端头装有单向阀(12),以保证气体助燃剂单方向流入水平井(9)中,阻止页岩储层(8)中解吸出来的甲烷流入助燃剂输送管(2)内,并阻止甲烷燃爆产生的火花点进入助燃剂输送管中。

5.根据权利要求1所述的一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂与助燃剂安全投放协同控制方法,其特征在于:所述的助燃剂输送管(2)的端部装有两端粗中间细的助燃剂加速出口(13),通过减小断面面积对气体助燃剂进行加速,使气体助燃剂和甲烷在高速作用下快速均匀混合。