[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

说明书

本发明提供了一种甲烷原位燃爆装置、多级压裂系统及其压裂方法，涉及水平井和/或页岩储层开采技术领域。所述多级压裂系统包括通过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，并且彼此相邻的两个燃爆单元之间具有可调的预定间隔，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。本发明能够通过在地面上控制压裂液压力逐渐增大至依次遍历Psubgt;1/subgt;至Psubgt;n/subgt;，以实现对第1至第n燃爆单元的逐级原位燃爆压裂作业。

技术领域

本发明涉及水平井和/或页岩储层开采技术领域，具体来讲，涉及一种甲烷原位燃爆装置、多级压裂系统及其压裂方法。

背景技术

非常规能源(页岩气、煤层气、天然气水合物等)的开发已经成为应对日益增大的能源需求的重要手段之一。常规水力压裂在应用于此类低渗透、低孔隙、高地应力储层时效果较差。近年来，有学者提出页岩储层甲烷原位燃爆压裂技术，通过输送助燃剂至井底，引爆储层及井筒中的甲烷气体，通过较高的瞬时燃爆压力使储层致裂，能有效对致密、低渗等复杂油气藏进行储层改造。其中如何将助燃剂安全输送至待燃爆地层并顺利引爆是此类技术的关键，但目前相关研究主要通过地面经连续油管直接将助燃剂注入井底，施工安全性难以得到保证，助燃剂的用量与投放位置也无法准确标定。因此，现场亟需一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂助燃剂安全定量定点投放装置及方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明第一方面提供了一种水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，所述系统包括油管和一个或两个以上的上筛管；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。

本发明第二方面提供了一种甲烷原位燃爆压裂装置，所述装置包括按照从井口向井底的方向依次连接的上封隔器、引爆短节、释放短节、气弹主体和下封隔器，其中，所述上封隔器和下封隔器能够在燃爆前实现对二者之间空间的封隔，并能够在燃爆后实现解封；所述引爆短节能够被设置为位于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；所述释放短节具有能够在承受预定压裂液压力情况下将气弹主体的所述腔体与环空导通的销式结构。

本发明的第三方面提供了一种水平井甲烷原位燃爆多级压裂方法，所述方法采用上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。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

1、本发明所设计的水平井甲烷原位燃爆多级压裂系统，与现有技术相比，可以通过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。

2、本发明所设计的压裂装置包含封隔器、引爆短节、释放短节、气弹主体等结构，利用这些结构通过油管将助燃剂下井、释放于目的层，避免了常规甲烷原位燃爆技术中出现的助燃剂井下长距离输送可能存在的安全问题，装置结构简单，安全性高。