[發明專利]一種煤層氣強脈沖壓裂開發裝置

無效

• 申請號: 200910219135.6
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN101737028A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 吳晉軍
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B43/263
• 分類號: E21B43/263
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及煤層氣壓裂開發的增產技術，特別涉及一種煤層氣強脈沖壓裂開發裝置。

技術背景

我國煤層氣資源儲量非常豐富，位列世界第三位，但利用率很低。煤氣層多為低滲透率、低壓力、低含水飽和度，富含煤層氣的煤田大都具有構造復雜、煤體破壞嚴重等特點，開發難度較大。目前提高煤層滲透率主要有洞穴法和水力壓裂法，其中包括：垂直井套管射孔完井、清水加砂壓裂、活性水加砂壓裂、洞穴完井等工藝及空氣鉆井，氮氣泡沫壓裂，清潔壓裂液、膠加砂壓裂，注入二氧化碳等研究與嘗試，以提高煤層氣井產量和采收率，積累了很多經驗，但改造效果并不理想。

我國煤氣層具有特低滲、低壓、煤氣層構造復雜等特征，煤氣層地層環境復雜，開發難度較大，其中煤層氣吸附性較強是煤層氣開發的主要難點。煤層氣吸附性分為物理吸附和化學吸附，物理吸附作用較容易解吸，而化學吸附作用就較困難。化學吸附作用狀態轉變為物理吸附作用狀態就要克服吸附質與吸附劑表面形成化學鍵所需的能量，創造條件轉變吸附狀態。研究表明：自然界煤層中的煤層氣吸附條件、吸附過程與煤層氣解吸條件、解吸過程明顯本質不同，主要與作用過程、時間、條件、類型、影響因素等密切相關。煤層氣解吸方法主要有降壓解吸、升溫解吸、置換解吸等，研究如何有效解吸煤層氣的方法是煤層氣開發的關鍵所在。煤儲層的滲流能力是煤層中氣體導流能力的反映，它關系到甲烷氣體在煤中的賦存狀態和開采抽放的難易程度。煤層氣存在于煤的雙孔隙系統中，煤的雙孔隙系統為基質孔隙和裂縫孔隙。另外煤層氣井一般井較淺(一般小于1000m)，層多、層薄、夾層較多、較大，施工較復雜；與油氣井地層特征相比，煤地層一般破裂壓力較低，地層塑性較強，水敏性較強，給水力壓裂措施的有效性都帶來難題。

水力壓裂是目前較常用的煤氣層改造措施，由于其壓力過程中壓力上升緩慢，產生和形成的裂縫受到地層主應力約束，一般只能形成兩翼對開的兩條垂直裂縫。但離主裂縫較遠的煤氣層難以再產生裂縫，煤氣層的滲透性和空隙度基本不受影響，地應力、溫度基本不改變，而壓力變化僅限于主裂縫附近，難以形成煤層氣解吸環境和條件，煤層氣也難以解吸出來，所以有些井水力壓裂后衰減較快，重復壓裂改造也難以改變。如何有效提高煤氣層滲透性和基質空隙的連通性，創造有利煤層氣解吸的環境和條件，促進煤層氣有效解吸出來的方法是研究問題的關鍵。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種煤層氣強脈沖壓裂開發裝置，針對煤氣層地質特征、主要開發難點及煤氣層井身結構特點，在煤氣層目的層通過產生高溫高壓氣體快速膨脹作用及形成強脈沖壓力波加載作用壓裂煤氣層，促使煤氣層產生和形成較長多裂縫體系，提高和改善地層滲透導流能力和基質空隙的連通性，創造有利于煤層氣解吸的環境和條件，促進煤層氣的解吸和瀉出，并通過形成和產生的多裂縫溝通體系擴散到井筒，達到提高煤層氣井產量的目的。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種煤層氣強脈沖壓裂開發裝置，包括起爆裝置1，起爆裝置1連接有高壓燃氣槍裝置2，高壓燃氣槍裝置2通過第一轉換連接件3連接有第一承載式燃氣裝置4，第一承載式燃氣裝置4通過第二轉換連接件5連接有第二承載式燃氣裝置6，第二承載式燃氣裝置6的末端是可燃導向體8，第二承載式燃氣裝置6與可燃導向體8之間設置有可燃擋板7。

所述的高壓燃氣槍裝置2包括一管狀的泄壓管9，泄壓管9的內壁上設置有包覆層10，包覆層10內設置有傳火管11，傳火管11的內部是一級輔助點火藥12，傳火管11與包覆層10之間是一級壓裂藥13。

所述的第一承載式燃氣裝置4包括包覆隔熱殼體14，包覆隔熱殼體14的內部設置有承載傳火管15，承載傳火管15內部是二級輔助點火藥16，承載傳火管15與覆隔熱殼體14之間是二級壓裂藥17。

所述的第二承載式燃氣裝置6與第一承載式燃氣裝置4的內部結構相同。

所述的第一轉換連接件3和第二轉換連接件5內部分別設置有第一延時點火器18和第二延時點火器19。

本發明先以起爆裝置1高于煤氣層地層破裂壓力1.5-3.5倍的強脈沖壓開煤地層產生多裂縫，然后通過高壓燃氣槍裝置2、第一承載式燃氣裝置4和第二承載式燃氣裝置6實施多次連續高壓脈沖波沖擊壓裂地層，促使地層產生和形成多條較長的徑向多裂縫體系，提高和改善地層滲透導流能力和基質空隙的連通性，創造有利煤層氣解吸的環境和條件，促進煤層氣解吸和瀉出，達到提高煤層氣井產量的目的。