[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(設計)人: | 康忠健;龔大健;史永宏 | 申請(專利權)人: | 中國石油大學(華東) |
| 主分類號: | E21B43/26 | 分類號: | E21B43/26 |
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| 地址: | 266580 山東省青*** | 國省代碼: | 山東;37 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 基于 空氣 提高 頁巖 氣井 收率 方法 | ||
技術領域
本發(fā)明涉及一種提高頁巖氣井采收率的方法,應用空氣爆震法提高頁巖氣井采收
率的方法。
背景技術
頁巖氣是指賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中,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)技術突破,產量快速增長,實現其“天然氣革命”,對國際天燃氣市場及世界能源格局產生重大影響,世界主要資源國都加入了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。
我國富有機質頁巖分布廣泛,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。相關部門預測,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。
由于頁巖巖石結構致密、堅硬、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、工藝復雜,施工困難,工程造價非常高,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,僅供水一項就十分困難;
3、壓裂液對地下水污染較嚴重,不符合目前環(huán)保要求;
4、水平井分段壓裂在水壓裂時,每一段只產生1~2條裂縫;
5、地面壓裂設備規(guī)模龐大,且對設備性能要求高,且造縫能力不夠,不能有效地提高頁巖氣井的產量。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在克服上述現有方法的不足,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)裝置構圖如附圖1所示。整個裝置地面部分由空氣壓縮機、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??諝獗鹗峭ㄟ^在地面的高壓貯氣瓶中高壓空氣通過一系列管線到達井下高壓氣槍,按地面控制器發(fā)出一系列指令,由高壓氣槍快速放氣,在井下產生高壓空氣爆震,形成一系列的高壓空氣脈沖震動,作用到頁巖上,脈沖震動在頁巖中迭加,在巖石部造成產生壓漲的條件,使得巖石內部微孔隙末端繼續(xù)向內部破裂擴張加快頁巖層中的頁巖氣擴散和解吸過程,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啟爆氣室和一個主氣室,從儲氣瓶出來的高壓氣經控制面板調壓并分流,然后進人氣槍的主氣室和啟爆氣室,啟爆氣室內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。當電磁閥點火后,首先釋放掉啟爆氣室內的氣體,此時梭閥失去了平衡,向啟爆室方向滑動,同時打開了主氣室的排氣口,使高壓氣迅速釋放出去,產生主脈沖。儲氣瓶中的壓力通過控制地面高壓壓縮機系統(tǒng)進行控制。
在高壓氣槍高壓氣釋放后,在井下產生高壓空氣爆震,通過安裝在附近頁巖氣井中的檢波器實時監(jiān)測作業(yè)井高壓空氣爆破造裂縫的效果,并及時傳遞給地面上的控制單元裝置??刂蒲b置根據反饋的裂縫效果及時調節(jié)空氣壓縮機提供給高壓氣槍的空爆氣體壓力和質量,實現整個頁巖氣井造縫的閉環(huán)控制,有效地控制頁巖縫隙的大小,達到在增加采收率的同時,避免了能量的浪費,取得更大經濟效率。
發(fā)明原理:
近幾十年來的巖石力學研究特別是巖石的動載特性研究證明,在井下對巖石產生一系列脈動沖擊,可以使巖石孔隙度和滲透率增加,若對脈動沖擊加以控制,則可有效地避免對巖石的壓實作用。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“壓漲現象”。
空氣爆震的提高頁巖氣井采收率的基本原理依據是巖石的“壓漲現象”。國外研究發(fā)現,當巖石的最小壓應力與最大壓應力之比在0.15~0.30之間,就會發(fā)生“壓漲現象”。由于地層的最小主應力與最大主應力之比不在此范圍之內,所以自然條件下不會發(fā)生“壓漲現象”。由于在裂縫尖端應力值非常高,所以在裂縫尖處更容易產生壓漲現象。
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