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专利号: 2021105989316
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;

S6燃爆后,水平气井(12)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(12)中的甲烷气体浓度,此时重新开启电磁阀Ⅱ(17)继续进行气体抽采,当甲烷浓度再次降低后,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(13)中,经甲烷抽采管道(9)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。

3.根据权力要求2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:聚能射孔造缝通过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,射孔枪(30)采用电引爆方式,将射孔弹弹槽(20)内的射孔弹从射孔孔眼(19)射出,产生的高温、高压冲击波从而穿透套管柱(13)在页岩储层(4)中产生锥刺状孔道(21),从而实现对致密页岩储层(4)的前期造缝。

4.根据权力要求2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:压裂液泵注管道(8)上安装有电磁阀Ⅰ(16)、甲烷抽采管道(9)上安装有电磁阀Ⅱ(17),电磁阀Ⅰ(16)和电磁阀Ⅱ(17)通过连接线(25)连接有设置在地面的智能控制器(24)。

5.根据权力要求2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:起出射孔枪(30)后,利用地面智能控制器(24)开启电磁阀Ⅰ(16)并关闭电磁阀Ⅱ(17),对页岩储层(4)进行水力压裂作业:压裂液从压裂液储罐(6)沿压裂液泵注管道(8)进入套管(18)对页岩储层(4)进行压裂,使锥刺状孔道(21)进一步张开扩展成主裂缝(22),并在主裂缝周围压裂产生二级水力压裂裂缝(23)。

6.根据权力要求2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:套管柱(13)外侧与井壁之间设水泥浇筑形成的水泥环(14)以固定套管柱(13)。

7.根据权力要求2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:套管柱(13)与竖井井筒(10)之间通过转向器(11)连接,套管柱(13)与竖井井筒(10)中管道连接处安装有金属密封套(15)。

8.根据权力要求2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: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。

9.根据权力要求2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:所述起爆浓度是指甲烷气体浓度与流量探测器(26)测得浓度在8%‑11%范围内。

10.根据权力要求2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: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。