[发明专利]基于空气爆震的提高页岩气井采收率方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高页岩气井采收率的方法，应用空气爆震法提高页岩气井采收

率的方法。

背景技术

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，实现其“天然气革命”，对国际天燃气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加入了对页岩气的勘探开发力度。

我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。相关部门预测，页岩气可采资源量为25万亿立方米，超过常规天然气资源。

由于页岩岩石结构致密、坚硬、超低渗透率等特性，因而页岩气开发非常困难。目前美国开发页岩气成熟的技术方案为水平井及水平井分段压裂。针对水平井分段压裂而言，存在很多问题：

1、工艺复杂，施工困难，工程造价非常高，一般一口井都上千万元；

2、耗水量巨大，压裂一口井一般要一万方水以上，特别我国南方地区多山地、丘陵，仅供水一项就十分困难；

3、压裂液对地下水污染较严重，不符合目前环保要求；

4、水平井分段压裂在水压裂时，每一段只产生1～2条裂缝；

5、地面压裂设备规模庞大，且对设备性能要求高，且造缝能力不够，不能有效地提高页岩气井的产量。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有方法的不足，提出一种针对页岩气生成井的新的压裂方法“空气爆震法”，以克服常规分段压裂的种种弊端，提高页岩气井的采收率。

基于空气爆震的提高页岩气井采收率的系统装置构图如附图1所示。整个装置地面部分由空气压缩机、高压贮气瓶组和控制单元组成，井下部分有输气管线、封隔器、高压气枪，裂缝监测装置组成。空气爆震是通过在地面的高压贮气瓶中高压空气通过一系列管线到达井下高压气枪，按地面控制器发出一系列指令，由高压气枪快速放气，在井下产生高压空气爆震，形成一系列的高压空气脉冲震动，作用到页岩上，脉冲震动在页岩中迭加，在岩石部造成产生压涨的条件，使得岩石内部微孔隙末端继续向内部破裂扩张加快页岩层中的页岩气扩散和解吸过程，以提高页岩气井的采收率。

发明中的主要部分是高压气枪，高压气枪的工作压力为5000psi。高压气枪枪体的梭阀两端分别有一个启爆气室和一个主气室，从储气瓶出来的高压气经控制面板调压并分流，然后进人气枪的主气室和启爆气室，启爆气室内的高压气压住梭阀的活塞，使梭阀的另一端封住主气室的排气口。当电磁阀点火后，首先释放掉启爆气室内的气体，此时梭阀失去了平衡，向启爆室方向滑动，同时打开了主气室的排气口，使高压气迅速释放出去，产生主脉冲。储气瓶中的压力通过控制地面高压压缩机系统进行控制。

在高压气枪高压气释放后，在井下产生高压空气爆震，通过安装在附近页岩气井中的检波器实时监测作业井高压空气爆破造裂缝的效果，并及时传递给地面上的控制单元装置。控制装置根据反馈的裂缝效果及时调节空气压缩机提供给高压气枪的空爆气体压力和质量，实现整个页岩气井造缝的闭环控制，有效地控制页岩缝隙的大小，达到在增加采收率的同时，避免了能量的浪费，取得更大经济效率。

发明原理：

近几十年来的岩石力学研究特别是岩石的动载特性研究证明，在井下对岩石产生一系列脉动冲击，可以使岩石孔隙度和渗透率增加，若对脉动冲击加以控制，则可有效地避免对岩石的压实作用。岩石材料在冲击载荷作用下，岩石体积变小，载荷卸去后，存在残余的体积压缩形变，由于载荷的不均匀性，岩石在三向不均匀压力作用下，体积不仅不减小，反而增大，这就是岩石的“压涨现象”。

空气爆震的提高页岩气井采收率的基本原理依据是岩石的“压涨现象”。国外研究发现，当岩石的最小压应力与最大压应力之比在0.15～0.30之间，就会发生“压涨现象”。由于地层的最小主应力与最大主应力之比不在此范围之内，所以自然条件下不会发生“压涨现象”。由于在裂缝尖端应力值非常高，所以在裂缝尖处更容易产生压涨现象。