[发明专利]一种甲烷原位燃爆装置、多级压裂系统及其压裂方法

权利要求书

1.一种水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，包括油管和一个或两个以上的上筛管，其特征在于，还包括通过所述油管串联连接且沿井底向井口的方向依次设置的第i燃爆单元，其中，i为自然数且从1遍历至n，n为自然数且不小于2，并且彼此相邻的两个燃爆单元之间具有可调的预定间隔，

其中，所述第i燃爆单元包括按照从井口向井底的方向通过油管依次连接的第i上封隔器、第i引爆短节、第i释放短节、第i气弹主体和第i下封隔器，其中，所述第i上封隔器和第i下封隔器能够在第i燃爆单元燃爆前实现对第i燃爆单元的封隔，并能够在第i燃爆单元燃爆后实现解封；所述第i引爆短节位于第i目标层的主力层位处并包括气体浓度检测和点火引爆机构；所述第i气弹主体具有由能够随燃爆而燃烧掉的材质构成的用于储存助燃剂的腔体；所述第i释放短节具有能够在承受P_i的压裂液压力情况下将第i气弹主体的所述腔体与环空导通的销式结构，且随着i的增大，相应的P_i增大；

第1释放短节、第1气弹主体和第1下封隔器彼此顺序连接，且第1释放短节的上端与油管的末端连接；或者，第1气弹主体还包括能够套装在油管上的中通孔，同时，第1释放短节也具有能够套装在油管上的结构；

第2至第n气弹主体各自还包括能够套装在油管上的中通孔，同时，第2至第n释放短节也具有能够套装在油管上的结构。

2.根据权利要求1所述的水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，其特征在于，所述第i上封隔器和第i下封隔器均包括由第一材质形成的基体、设置在基体中的一个或两个以上的孔道、以及用于固定填充在所述一个或两个以上的孔道中的由第二材质形成的承压可燃件，第二材质能够在燃爆过程中被彻底燃烧掉，且第二材质的燃烧速度大于第一材质。

3.根据权利要求1所述的水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，其特征在于，所述气体浓度检测和点火引爆机构包括气体浓度检测器、以及由气体浓度检测器引发的触发式引爆器，所述气体浓度检测和点火引爆机构能够检测甲烷浓度或检测甲烷与助燃剂的混合浓度，并能够在判断所检测到的浓度满足临界引爆浓度要求时，进行点火引爆操作。

4.根据权利要求1所述的水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，其特征在于，第1释放短节、第1气弹主体和第1下封隔器由在第1燃爆单元燃爆过程中可完全燃烧掉的材质构成。

5.一种水平井甲烷原位燃爆多级压裂方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1至4中的任意一项所述的水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，并在地面上控制压裂液压力逐渐增大至依次遍历P₁至P_n，以实现对第1至第n燃爆单元的逐级燃爆。

6.根据权利要求5所述的水平井甲烷原位燃爆多级压裂方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）准备工作：根据地质勘探参数和测井数据确定待压裂n个目标层及其主力层位的位置，地面装填各个气弹主体，并以相邻目标层的主力层位之间的距离作为相应的所述可调的预定间隔组装形成所述水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统；

（2）投放：将所述水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统通过油管下放至相应的目标层的主力层位处；

（3）逐级封隔并逐级燃爆：泵入高密度压井液，在地面上控制压裂液压力逐渐增大至P_i，按照从井底至井口的顺序依次对第i燃爆单元进行燃爆，第i释放短节承受P_i的压裂液压力情况下将第i气弹主体的所述腔体与环空导通的销式结构压断，所述气体浓度检测和点火引爆机构检测到甲烷浓度或检测甲烷与助燃剂的混合浓度满足临界引爆浓度要求时，进行点火引爆操作。