[發(fā)明專利]基于空氣爆震的提高頁巖氣井采收率方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210160798.7
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102828735A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康忠健;龔大健;史永宏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(華東)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高頁巖氣井采收率的方法，應(yīng)用空氣爆震法提高頁巖氣井采收

率的方法。

背景技術(shù)

頁巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，近幾年，美國頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)突破，產(chǎn)量快速增長，實(shí)現(xiàn)其“天然氣革命”，對國際天燃?xì)馐袌黾笆澜缒茉锤窬之a(chǎn)生重大影響，世界主要資源國都加入了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。

我國富有機(jī)質(zhì)頁巖分布廣泛，南方地區(qū)、華北地區(qū)和新疆塔里木盆地等發(fā)育海相頁巖，華北地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等廣泛發(fā)育陸相頁巖，具備頁巖氣成藏條件，資源潛力較大。相關(guān)部門預(yù)測，頁巖氣可采資源量為25萬億立方米，超過常規(guī)天然氣資源。

由于頁巖巖石結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬、超低滲透率等特性，因而頁巖氣開發(fā)非常困難。目前美國開發(fā)頁巖氣成熟的技術(shù)方案為水平井及水平井分段壓裂。針對水平井分段壓裂而言，存在很多問題：

1、工藝復(fù)雜，施工困難，工程造價(jià)非常高，一般一口井都上千萬元；

2、耗水量巨大，壓裂一口井一般要一萬方水以上，特別我國南方地區(qū)多山地、丘陵，僅供水一項(xiàng)就十分困難；

3、壓裂液對地下水污染較嚴(yán)重，不符合目前環(huán)保要求；

4、水平井分段壓裂在水壓裂時(shí)，每一段只產(chǎn)生1～2條裂縫；

5、地面壓裂設(shè)備規(guī)模龐大，且對設(shè)備性能要求高，且造縫能力不夠，不能有效地提高頁巖氣井的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有方法的不足，提出一種針對頁巖氣生成井的新的壓裂方法“空氣爆震法”，以克服常規(guī)分段壓裂的種種弊端，提高頁巖氣井的采收率。

基于空氣爆震的提高頁巖氣井采收率的系統(tǒng)裝置構(gòu)圖如附圖1所示。整個(gè)裝置地面部分由空氣壓縮機(jī)、高壓貯氣瓶組和控制單元組成，井下部分有輸氣管線、封隔器、高壓氣槍，裂縫監(jiān)測裝置組成。空氣爆震是通過在地面的高壓貯氣瓶中高壓空氣通過一系列管線到達(dá)井下高壓氣槍，按地面控制器發(fā)出一系列指令，由高壓氣槍快速放氣，在井下產(chǎn)生高壓空氣爆震，形成一系列的高壓空氣脈沖震動(dòng)，作用到頁巖上，脈沖震動(dòng)在頁巖中迭加，在巖石部造成產(chǎn)生壓漲的條件，使得巖石內(nèi)部微孔隙末端繼續(xù)向內(nèi)部破裂擴(kuò)張加快頁巖層中的頁巖氣擴(kuò)散和解吸過程，以提高頁巖氣井的采收率。

發(fā)明中的主要部分是高壓氣槍，高壓氣槍的工作壓力為5000psi。高壓氣槍槍體的梭閥兩端分別有一個(gè)啟爆氣室和一個(gè)主氣室，從儲氣瓶出來的高壓氣經(jīng)控制面板調(diào)壓并分流，然后進(jìn)人氣槍的主氣室和啟爆氣室，啟爆氣室內(nèi)的高壓氣壓住梭閥的活塞，使梭閥的另一端封住主氣室的排氣口。當(dāng)電磁閥點(diǎn)火后，首先釋放掉啟爆氣室內(nèi)的氣體，此時(shí)梭閥失去了平衡，向啟爆室方向滑動(dòng)，同時(shí)打開了主氣室的排氣口，使高壓氣迅速釋放出去，產(chǎn)生主脈沖。儲氣瓶中的壓力通過控制地面高壓壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

在高壓氣槍高壓氣釋放后，在井下產(chǎn)生高壓空氣爆震，通過安裝在附近頁巖氣井中的檢波器實(shí)時(shí)監(jiān)測作業(yè)井高壓空氣爆破造裂縫的效果，并及時(shí)傳遞給地面上的控制單元裝置。控制裝置根據(jù)反饋的裂縫效果及時(shí)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)提供給高壓氣槍的空爆氣體壓力和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頁巖氣井造縫的閉環(huán)控制，有效地控制頁巖縫隙的大小，達(dá)到在增加采收率的同時(shí)，避免了能量的浪費(fèi)，取得更大經(jīng)濟(jì)效率。

發(fā)明原理：

近幾十年來的巖石力學(xué)研究特別是巖石的動(dòng)載特性研究證明，在井下對巖石產(chǎn)生一系列脈動(dòng)沖擊，可以使巖石孔隙度和滲透率增加，若對脈動(dòng)沖擊加以控制，則可有效地避免對巖石的壓實(shí)作用。巖石材料在沖擊載荷作用下，巖石體積變小，載荷卸去后，存在殘余的體積壓縮形變，由于載荷的不均勻性，巖石在三向不均勻壓力作用下，體積不僅不減小，反而增大，這就是巖石的“壓漲現(xiàn)象”。

空氣爆震的提高頁巖氣井采收率的基本原理依據(jù)是巖石的“壓漲現(xiàn)象”。國外研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖石的最小壓應(yīng)力與最大壓應(yīng)力之比在0.15～0.30之間，就會發(fā)生“壓漲現(xiàn)象”。由于地層的最小主應(yīng)力與最大主應(yīng)力之比不在此范圍之內(nèi)，所以自然條件下不會發(fā)生“壓漲現(xiàn)象”。由于在裂縫尖端應(yīng)力值非常高，所以在裂縫尖處更容易產(chǎn)生壓漲現(xiàn)象。