[發明專利]一種過熱液體閃沸多孔噴射羽流相互作用的煤層氣開采鉆進方法

在審

• 申請號: 202210242065.1
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114562233A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 劉文川;盧義玉;張慧棟;湯積仁;葛兆龍;夏彬偉;李怡靜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E21B43/00
• 分類號: E21B43/00;E21B43/24;E21B7/18
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種過熱液體閃沸多孔噴射羽流相互作用的煤層氣開采鉆進方法，其特征在于：所述方法是以過熱液體為鉆進的作業介質，將作業介質的溫度和壓力調節至滿足完全閃沸噴射條件溫度和壓力范圍內，然后輸送至閃沸噴射鉆頭即進行鉆進作業，使過熱液體閃沸產生的氣液兩相多級脈動沖擊和熱應力作用于目標煤層，實現破煤鉆進；

所述完全閃沸噴射條件溫度范圍是通過過熱液體的飽和蒸汽壓力P_s、井底環空壓力P_a和無量綱參數P_a/P_s1計算獲得。

2.根據權利要求1所述的過熱液體閃沸多孔噴射羽流相互作用的煤層氣開采鉆進方法，其特征在于：所述閃沸噴射鉆頭通過如下方式設計：根據作業介質破煤門限壓力P₀確定作業介質壓力范圍P＞P₀，確定閃沸噴射鉆頭的破煤噴嘴布置間距d₁、偏轉角α以及噴嘴喉部直徑d_t，以控制多孔閃沸噴射羽流相互作用程度，滿足閃沸噴射作用面積與所需鉆孔直徑相匹配且沖擊力均衡。

3.根據權利要求1或2所述的過熱液體閃沸多孔噴射羽流相互作用的煤層氣開采鉆進方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)作業介質選取：選取物理化學性質穩定、無燃燒爆炸危險性、飽和蒸汽壓符合使用條件，且不與目標儲層礦物發生反應的作業介質，包括但不限于液態二氧化碳、液氮；

(2)環境參數獲取：從地面向目標地層鉆進主井以及水平導向孔，監測并記錄井底環空壓力P_a、溫度T_a以及水平導向孔的直徑；

(3)閃沸噴射鉆頭設計：根據所選作業介質破煤門限壓力P₀確定作業介質壓力范圍P＞P₀，確定閃沸噴射鉆頭的破煤噴嘴布置間距d₁，偏轉角α，以及噴嘴喉部直徑d_t；確定原則是：對于同一種過熱液體，多孔閃沸噴射羽流相互作用程度隨著破煤噴嘴布置間距d₁及偏轉角度α的增大而減弱，隨著破煤噴嘴個數的增加而增強，沖擊均衡性與羽流相互作用程度呈正相關關系；

(4)確定作業介質溫度和壓力范圍，滿足沖擊均衡性：將作業介質飽和蒸汽壓記為P_s，根據無量綱數P_a/P_s1確定所需液體飽和蒸汽壓范圍P_s＞P_a，通過查表得到該飽和蒸汽壓所對應的溫度范圍T＞T₀，此時溫度和壓力分別為P₀和T的液體即為過熱液體；為提高沖擊均衡性，將噴嘴喉部作業介質比體積記為v_t，井底環控中作業介質比體積記為v_a，兩個間隔最遠噴嘴出口圓心距離記為d₂，根據計算得到d_c，沖擊均衡性由參數控制，當D_n≥1時射流為完全閃沸狀態，此時羽流之間表現為劇烈相互作用，沖擊力均衡性最好，v_a可通過井底環空壓力P_a、溫度T_a查表得到，即此時P_t可通過P₀、噴嘴喉部直徑d_t由經驗公式計算得到，通過查表可得臨界溫度值T₁，此時溫度范圍T＞T₁＞T₀，由此確定作業介質溫度T＞T₁和壓力范圍P＞P₀；

(5)將閃沸噴射鉆頭從井筒輸送至目標儲層中預先鉆好的水平導向孔內部；

(6)過熱液體制備：通過增壓泵將作業介質加壓至所需壓力P＞P₀并輸送至溫度控制系統，通過溫度控制系統將作業介質加熱至T＞T₁溫度范圍，得到過熱液體，儲存在緩沖罐內；

(7)閃沸噴射鉆進作業：將過熱液體輸送至閃沸噴射鉆頭，進行閃沸噴射鉆進作業。

4.如權利要求3所述的過熱液體閃沸多孔噴射羽流相互作用的煤層氣開采鉆進方法，其特征在于，在步驟(7)的作業過程中，通過步驟(4)中給出的溫度計算標準調整過熱液體溫度T＞T₁，優化沖擊力均衡性和鉆進效率關系。