[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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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。