一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置及工作方法与流程

[0001]
本发明涉及一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置及工作方法，属于煤层气开采技术领域。


背景技术：

[0002]
我国的煤层气资源储量丰富，但是由于煤储层地质条件复杂、渗透率低等特点，制约着我国煤层气开采事业的发展。与常规游离天然气相比，煤层气常以吸附态吸附在微孔隙的壁面上，具有比较高的开采难度。此外，煤层的孔隙结构及生产方式十分复杂，由于其具有特殊的组成、润湿吸附性和多孔介质体系，开采过程中煤储层极易受伤害，使得其渗透率发生变化，影响开采效率。为了提高煤层气的抽采效率，目前主要通过水力喷射压裂、水力冲孔和燃爆压裂等方法来增加、扩大煤层气的运移通道，增加煤层裂隙，在一定程度上提高了煤储层的渗透率和煤层气的开采率，但是以上方法都存在一定的不足：水力喷射压裂技术尚未成熟，在施工过程中使得压裂装置使用寿命缩短，喷射工具磨损严重，材料浪费严重等问题；水力冲孔工序复杂，特别是下斜钻孔对煤层增透效果较差，卸压面积比较小；燃爆压裂存在的问题仍然未解决，并且炸药受到严格的管制，审批、购买、运输程序复杂，给生产带来严重的不便。因此，有必要开发一种简单易行、成本低廉、安全高效的针对煤层致裂增透的装置，基于此，本文提出一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置及施工方法。


技术实现要素：

[0003]
针对现有技术的不足，本发明提供一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置，本发明还提供上述装置的工作方法。
[0004]
本发明的技术方案如下：
[0005]
一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置，包括泵送装置、井口装置、井底引爆装置；
[0006]
泵送装置包括泵车、第一输液管线、安全阀门；
[0007]
井口装置包括油管，油管外有套管，油管与套管之间形成油套环空，油管的油管接口处设有防喷器，防喷器上设有第一连接口，第一连接口通过第一输液管线连接于泵车；油套环空通过第二连接口与第二输液管线相连接，第二输液管线连接至储液槽；
[0008]
井底引爆装置置于油管底部下方，井底引爆装置包括撞针，用于引爆放入的弹药；井底引爆装置底端处的油套环空由封隔器密封，井底引爆装置所在的套管段设有贯穿孔，用于引爆弹药时冲击力传递至油管外的煤储层。
[0009]
优选的，第二连接口上安装有压力表。
[0010]
优选的，油管接口内置螺纹，油管接口与油管螺纹啮合连接。
[0011]
优选的，井底引爆装置为一无顶盖且侧面三向镂空的圆柱体，包括底端挡板、撞针和连接环，底端挡板通过三个支撑柱与连接环连接，撞针位于底端挡板中心。
[0012]
进一步优选的，连接环与油管固定连接。
[0013]
优选的，第二连接管线上安装输液阀门。
[0014]
优选的，所述不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置还包括压力检测设备，包括压力传感器、显示器和数据线，所述压力检测设备通过数据线与井口装置连接。
[0015]
进一步优选的，压力传感器置于油管接口和第二连接口处，压力传感器通过数据线连接至显示器。
[0016]
一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置的工作方法，包括如下步骤：
[0017]
(1)将井底引爆装置的连接环与油管连接，下放至目的层位；
[0018]
(2)从井口放入高压液态二氧化碳弹药；
[0019]
(3)检测井口装置气密性，各连接口是否连接紧密；
[0020]
(4)打开安全阀门，启动泵车，向井内泵入液体，高压液态二氧化碳弹药开始由泵入液体推向井底；
[0021]
(5)启动压力检测设备，测试并记录井内压力，控制注入量使压力在40-50mpa之间；
[0022]
(6)随着高压液态二氧化碳弹药向井下推进，油管内的液体也受弹药挤压进入油套环空，最终通过第二连接口与第二输液管线返回储液槽；
[0023]
(7)高压液态二氧化碳弹药到达井底引爆装置后，关闭输液阀门，继续向井内泵液，通过观察压力检测设备所采集的压力变化，直至高压液态二氧化碳弹药发生爆炸；
[0024]
(8)打开输液阀门，卸掉井内压力，从井口再次放入弹药，重复步骤(2)-(7)，可实现多次二氧化碳相变致裂地层。
[0025]
优选的，所述高压液态二氧化碳弹药的直径等于油管内径，弹药底部中心含有凹槽，凹槽内含有一点火开关。
[0026]
进一步优选的，弹药外壳表面粗糙，其粗糙度ra在50-100μm之间，由井口放入油管后，在不施加外力的情况下，外壳使其在油管内悬停而不会自由滑落至井底。
[0027]
进一步优选的，点火开关的启动压力为20mpa。
[0028]
与现有技术相比，本装置在煤层开采施工中所使用的高压液态二氧化碳弹药相变后的化学性质稳定，不会引发瓦斯爆炸，相变后二氧化碳气体在地层压力作用下更易扩散到煤储层内部，进一步促进了瓦斯的解吸和扩散，且二氧化碳相变后不会产生一氧化碳等有毒有害气体，不会对环境造成污染。
[0029]
二氧化碳由液态相变成气态是一个体积快速膨胀的过程，能够生成具有极高能量的冲击波，能量在传播至作用储层之前的损失多少，影响着最后的致裂效果，该装置采用的井底引爆装置部分，其侧面三向镂空，当弹药引爆后产生的相变能量直接作用储层，极大避免了能量损失，提高了致裂效果。
[0030]
该装置采用的压力检测设备与井口装置的防喷器部分相互配合作用，使得现场施工更安全高效。一方面，压力检测设备能够对整个施工过程中井内压力变化进行实时监测，避免了泵入压力过低而无法引爆弹药或压力过高直接压坏井底设备；另一方面，防喷器能够避免弹药引爆后产生的能量反推井中液体上反至地面，造成人为井喷事故。
[0031]
本发明的有益效果在于：
[0032]
(1)通过利用液态二氧化碳发生相变，生产大量二氧化碳气体冲击致裂储层，井底液体亦受冲击形成水击波作用储层，二者协同作用更利于增大地层渗流能力。
[0033]
(2)施工过程中，通过泵送的方式可实现多次将弹药下入井中，完成二氧化碳相变致裂地层，而不需要起下管柱，更省时高效、安全可靠。
[0034]
(3)所采用的井底引爆装置，其侧面三向镂空，当弹药引爆后产生的相变能量直接作用储层，避免了能量损失，致裂效果更好。
[0035]
(4)所采用的压力检测设备可以对整个施工过程中井内压力变化进行实时监测，根据采集数据可以合理调控泵车注入排量、判断弹药是否引爆及掌握引爆后压力峰值。
[0036]
(5)所采用的不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置结构简单、设计合理、安全可靠、效率高且性能好。
附图说明
[0037]
图1为不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置的结构示意图；
[0038]
图2为井下引爆装置的结构示意图；
[0039]
图3为高压液态二氧化碳弹药示意图。
[0040]
附图标记说明：
[0041]
1-泵车；2-第一输液管线；3-安全阀门；4-第一连接口；5-防喷器；6-压力表；7-第二连接口；8-油管接口；9-油管；10-高压液态二氧化碳弹药；11-点火开关；12-井底引爆装置；13-连接环；14-撞针；15-底端挡板；16-封隔器；17-输液阀门；18-第二输液管线；19-储液槽；20-压力传感器；21-数据线；22-显示屏。
具体实施方式
[0042]
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0043]
实施例1：
[0044]
如图1所示，一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置，包括泵送装置、井口装置、井底引爆装置。
[0045]
泵送装置包括泵车、第一输液管线、安全阀门；
[0046]
井口装置包括油管，油管外有套管，油管与套管之间形成油套环空，油管的油管接口处设有防喷器，防喷器上设有第一连接口，第一连接口通过第一输液管线连接于泵车；油套环空通过第二连接口与第二输液管线相连接，第二输液管线连接至储液槽，第二连接口上安装有压力表，第二连接管线上安装输液阀门。
[0047]
井底引爆装置置于油管底部下方，井底引爆装置包括撞针，用于引爆放入的弹药；井底引爆装置底端处的油套环空由封隔器密封，井底引爆装置所在的套管段设有贯穿孔，用于引爆弹药时冲击力传递至油管外的煤储层。井底引爆装置为一无顶盖且侧面三向镂空的圆柱体，包括底端挡板、撞针和连接环，底端挡板通过三个支撑柱与连接环连接，撞针位于底端挡板中心。连接环与油管固定连接。
[0048]
所述不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置还包括压力检测设备，包括压力传感器、显示器和数据线，所述压力检测设备通过数据线与井口装置连接。
[0049]
进一步优选的，压力传感器置于油管接口和第二连接口处，压力传感器通过数据线连接至显示器。
[0050]
实施例2：
[0051]
一种不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置，其装置如实施例1所述，所不同的是，油管接口内置螺纹，油管接口与油管螺纹啮合连接。
[0052]
实施例3：
[0053]
一种利用实施例1所述不动管柱的二氧化碳相变致裂增透装置的工作方法，包括如下步骤：
[0054]
(1)将井底引爆装置的连接环与油管连接，下放至目的层位；
[0055]
(2)从井口放入高压液态二氧化碳弹药；
[0056]
(3)检测井口装置气密性，各连接口是否连接紧密；
[0057]
(4)打开安全阀门，启动泵车，打开安全阀门3与输液阀门17，启动压力检测系统，泵车向井内泵入液体，液体通过第一输液管线2经过井口装置进入油管9，高压液态二氧化碳弹药开始由泵入液体推向井底；
[0058]
(5)启动压力检测设备，测试并记录井内压力，控制注入量使压力在40-50mpa之间；
[0059]
(6)随着高压液态二氧化碳弹药向井下推进，油管内的液体也受弹药挤压进入油套环空，油套环空底端被封隔器16密封，油管9内液体只能通过油套环空16向上反排，最终通过第二连接口与第二输液管线返回储液槽；
[0060]
(7)高压液态二氧化碳弹药到达井底引爆装置后，此时油套环空不再向地面反排液体，关闭输液阀门，继续向井内泵液，通过观察压力检测设备所采集的压力变化，直至撞针14触动点火开关11，直至高压液态二氧化碳弹药发生爆炸，液体二氧化碳发生相变，生成大量二氧化碳气体冲击储层，形成裂缝，增大储层渗流能力。所述压力检测设备的压力传感器20，采集油管中泵液压力及高压液态二氧化碳弹药10发生燃爆时的冲击压力，并由数据线21传输至显示屏22，实时监测井底压力的变化。
[0061]
(8)打开输液阀门，卸掉井内压力，从井口再次放入弹药，重复步骤(2)-(7)，可实现多次二氧化碳相变致裂地层。
[0062]
所述高压液态二氧化碳弹药的直径等于油管内径，弹药外壳表面粗糙，其粗糙度ra在50-100μm之间，由井口放入油管后，在不施加外力的情况下，外壳使其在油管内悬停而不会自由滑落至井底，弹药底部中心含有凹槽，凹槽内含有一点火开关。点火开关的启动压力为20mpa。