专利名称：一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及增加页岩气采收率的方法及装置，特别涉及通过爆炸方式增加页岩气采收率的方法及装置。
背景技术：
页岩气是一种新兴的洁净能源，因其储量大、开采周期长等特点而倍受关注。然而作为储气载体的页岩体因其天然孔隙率小，渗透率低，95%的页岩气井需要通过人工致裂的方式增加页岩体渗透率，方可有工业开采价值。目前，人工致裂的方法主要包括两类一是水力压裂方法、二是泡沫压裂方法。水力压裂方法主要通过向钻孔中注入高压液体达到致裂岩层的目的。按照具体的压裂工艺， 水力压裂方法包括多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂等三种。多级压裂是利用封堵球或限流技术分隔储层不同层位进行分段压裂的技术。清水压裂是利用大量清水注入地层诱导产生导流裂缝的压裂技术。水力喷射压裂是利用高速和高压流体携带砂体进行射孔并打开裂缝的压裂技术。泡沫压裂方法主要通过向钻孔内注入高压的液气混合体达到致裂岩层的目的。根据气体成分的不同，泡沫压裂方法可以分为氮气泡沫压裂及二氧化碳泡沫压裂等两种。水力压裂方法及泡沫压裂方法在页岩层压裂过程中均存在难以克服的缺点一是压裂液中均配备有大量化学药剂，对地层损害大；二是压裂后期主裂缝贯通后，压裂液的漏失较为严重；三是压裂液的反排较慢。最主要的，页岩气的赋存形式以吸附气为主，只有通过破碎的方法增加页岩体的比表面积，才能增加吸附气体的解析量，而上述两类压裂方法主要通过贯通岩体中的天然裂隙达到增产的目的，这与页岩气自身的赋存特性是不一致的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种通过粉碎页岩体提高页岩气采收率的方法及装置。一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置，所述装置设置在页岩气井裸眼中， 包括输药起爆装置和气体输送装置，其中输药起爆装置用于将其周围的页岩崩裂，气体输送装置将由被崩裂的页岩中渗出的页岩气输送到地面。进一步，所述输药起爆装置包括下隔离装置、高强度连接柱、中隔离装置、输药管、起爆电路和起爆装置；所述下隔离装置和中隔离装置通过高强度连接柱连接，在下隔离装置的上表面与中隔离装置下表面上间隔设置若干个起爆装置，起爆装置通过设置在高强度连接柱内的起爆电路与地面控制装置连接；并通过地面控制装置控制起爆装置的起爆； 输药管用于向输药起爆装置的爆炸致裂区中输入炸药。进一步，所述输药起爆装置包括下隔离装置、高强度连接柱、中隔离装置、起爆电路、起爆装置和侧壁；所述下隔离装置和中隔离装置通过高强度连接柱连接，所述侧壁与下隔离装置和中隔离装置组成一个封闭空间，并在该空间内设置炸药；下隔离装置的上表面与中隔离装置下表面上间隔设置若干个起爆装置，起爆装置通过设置在高强度连接柱内的起爆电路与地面控制装置连接；并通过地面控制装置控制起爆装置的起爆。进一步，所述高强度连接柱的数量为3-6个，优选为4个。进一步，所述起爆装置的数量为可为3-6个，优选为4个。进一步，所述气体输送装置包括中隔离装置、上隔离装置、油气管、孔状进气管； 上隔离装置与中隔离装置之间设置有孔状进气管，孔状进气管的一端设置在中隔离装置的通孔中，另一端设置在上隔离装置上的通孔中；孔状进气管为带有若干进气孔的管，油气管的一端设置在上隔离装置的通孔中，另一端与地面集气装置相连。进一步，所述下隔离装置、高强度连接柱、中隔离装置、上隔离装置、输药管、油气管、孔状进气管均采用金属材料。进一步，所述起爆装置包括电雷管、数码雷管；所述起爆方式包括电起爆、数码起爆；所述炸药包括液体炸药、固体炸药。一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的方法，在页岩气富集区内设置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置设置爆炸致裂区和气体采集区；两区相临，但相互隔离，将所述爆炸至裂区内的炸药引爆后，将所述裸眼井侧壁崩裂；页岩气从爆炸致裂区经过裸眼井侧壁岩体缝隙进入到气体采集区，并输送至地表。进一步，在裸眼井壁的爆炸致裂区预设裂缝，爆炸致裂区爆炸后导致所述预设裂缝失稳扩展并迅速贯通形成页岩破碎带，破碎带内的页岩碎片解析出页岩气，页岩气从爆炸致裂区经过裸眼井侧壁岩体缝隙进入到气体采集区，并输送至地表。本发明的优点在于通过改变爆炸致裂区的药量，可以增加页岩体破碎区域的范围；通过改变高强度连接柱的长度，可以增加爆炸致裂区的装药量；通过改变带孔进气管的长度，可以增加气体采集区的范围。与水力压裂及泡沫压裂相比，爆炸致裂可以产生一定区域的页岩体破碎带，增加页岩体的总比表面积，从而增加了页岩气的解析速率。
图1为爆炸增加页岩气采收率的总体装置图； 图2为输药、起爆装置侧视图3为输药、起爆装置正视图。
具体实施例方式本发明的通过爆炸方式增加页岩气采收率的方法在页岩气富集区内设置裸眼井，在裸眼井的指定位置隔离出爆炸致裂区和气体采集区，两区相邻，并相互隔离开。在爆炸至裂区范围内的裸眼井侧壁上设置若干预设裂缝。引爆爆炸致裂区内的炸药，炸药爆炸后产生的高压气体作用于裸眼井壁的预设裂缝，裂缝失稳扩展并迅速贯通形成页岩破碎带，破碎带内的页岩碎片解析出页岩气，页岩气从爆炸致裂区经过裸眼井侧壁的岩体缝隙进入到气体采集区，并通过气体采集装置输送至地表。本发明中所公开的通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置为 实施例1
如图1所示，本发明所公开的通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置包括输药起爆装置和气体输送装置，其中输药起爆装置包括下隔离装置1、高强度连接柱2、中隔离装置3、输药管6、起爆电路12和起爆装置13。气体输送装置包括中隔离装置3、上隔离装置4、油气管7、孔状进气管8。如图1、2、3所示，本实施例中的通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置设置在页岩气井裸眼5中。输药起爆装置和气体输送装置中的下隔离装置1、中隔离装置3和上隔离装置4为截面形状与页岩气井裸眼5截面相同，具有一定厚度的柱状结构；并且中隔离装置 3和上隔离装置4上均带有沿轴向贯穿的通孔。输药起爆装置和气体输送装置分别在页岩气井钻孔中分别对应的是爆炸致裂区10及气体采集区14。输药起爆装置中的下隔离装置 1和中隔离装置3通过高强度连接柱2连接，高强度连接柱2的数量可为3-6个，优选的为 4个。在下隔离装置1的上表面与中隔离装置3下表面上间隔设置若干个起爆装置13，起爆装置的数量为可为3-6个，优选的为4个。起爆装置13通过设置在高强度连接柱2内的起爆电路12与地面控制装置连接。并通过地面控制装置控制起爆装置13的起爆。气体输送装置中上隔离装置4与中隔离装置3之间设置有孔状进气管8，孔状进气管8的一端设置在中隔离装置3的通孔中，另一端设置在上隔离装置4上的通孔中。孔状进气管8为带有若干进气孔9的管，油气管7的一端设置在上隔离装置4的通孔中，另一端与地面集气装置相连。输药管6通过油气管7及孔状进气管8插入到输药起爆装置中，通过输药管6向输药起爆装置的爆炸致裂区10中输入炸药。工作时，使用钻孔工具，在页岩气采集位置钻孔，形成页岩气井裸眼5，并在输药起爆装置范围内的裸眼5的侧壁上设置若干预设裂缝11。将通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置设置在页岩气井裸眼5中并定位，定位后，通过输药管6向输药起爆装置的爆炸致裂区10中输入炸药，炸药的输入量可根据周围岩体强度，所需裂缝深度等采集区的实际情况确定。炸药加入后，将输药管6抽出，并关闭中隔离装置3上的通孔，此时，爆炸致裂区10 及气体采集区14相互隔离，不连通。启动地面起爆控制装置，起爆设置在下隔离装置1的上表面与中隔离装置3下表面上设置的若干个起爆装置13，起爆装置爆炸后，将爆炸致裂区10中的炸药引爆，爆炸后形成的冲击应力波及高压气体导致爆炸致裂区10周围页岩体沿用预设裂缝11发生碎裂性破坏，碎裂状的页岩体解析出大量吸附页岩气，气体由中隔离装置3侧壁的岩体缝隙进入气体采集区14，并通过孔状进气管8进入油气管7中，并通过油气管7输送到地面，完成吸附页岩气的采集。采用电雷管起爆增加页岩气采收率的装置，如图1、2、3所示。下隔离装置1、中隔离装置3及上隔离装置4的主体材料为4340型合金钢，上述3个隔离装置的内径均为 27. 9cm,高lm。用4根高强度连接柱2连接下隔离装置1及中隔离装置3，高强度连接柱2 采用优质合金钢制作，外径5cm，高lm。用一根孔状进气管8连接中隔离装置3及上隔离装置4，孔状进气管8采用HP9-4-25型不锈钢管制作，内径8cm，高lm。孔状进气管8的进气口 9孔径为1cm，每环设3个进气口 9，等间距设置4环。输药管6采用无缝钢管制作，内径 4cm0炸药10选用TNT，装药密度为1100kg/m3，起爆雷管13为电雷管，起爆方式为电起爆。 预设裂缝11采用射孔弹完成。采用数码雷管起爆增加页岩气采收率的装置，如图1、2、3所示。下隔离装置1、中隔离装置3及上隔离装置4的主体材料为D6AC型合金钢，上述3个隔离装置的内径均为 27. 9cm,高an。用4根高强度连接柱2连接下隔离装置1及中隔离装置3，高强度连接柱2 采用17-7PH型不锈钢制作，外径7cm，高2m。用一根孔状进气管8连接中隔离装置3及上隔离装置4，孔状进气管8采用优质合金钢制作，内径10cm，高an。孔状进气管8的进气口 9 孔径为2cm，每环设3个进气口 9，等间距设置4环。输药管6采用不锈钢管制作，内径6cm。 炸药10选用硝化甘油，装药密度为1200kg/m3，起爆雷管13为数码雷管，起爆方式为数码起爆。预设裂缝11采用机械割缝完成。实施例2
本实施例与实施例1中所限定的通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置的结构和使用方法基本相同。其不同点在于，本实施例中的通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置中不包括输药管6，并且中隔离装置3上不设置通孔，但可在上表面设置盲孔以便于孔状进气管8的定位；输药起爆装置为封闭结构，即在下隔离装置1与中隔离装置3之间设置侧壁结构，将下隔离装置1与中隔离装置3之间用于装炸药的空间封闭起来。并在制作通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置时，预先将炸药放入到输药起爆装置中，然后再将整个装置设置在页岩气井裸眼5中。本发明所公开的通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置中的下隔离装置1、高强度连接柱2、中隔离装置3、上隔离装置4、输药管6、油气管7、孔状进气管8均采用金属材料，例如，不锈钢或合金钢等。预设裂缝11的实现方式可以采用射孔弹，也可以采用机械割缝或水力割缝.起爆装置包括电雷管、数码雷管等，起爆方式包括电起爆、数码起爆等；所述炸药包括液体炸药、固体炸药等。
权利要求
1.一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述装置设置在页岩气井裸眼中，包括输药起爆装置和气体输送装置，其中输药起爆装置用于将其周围的页岩崩裂， 气体输送装置将由被崩裂的页岩中渗出的页岩气输送到地面。
2.根据权利要求1中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述输药起爆装置包括下隔离装置、高强度连接柱、中隔离装置、输药管、起爆电路和起爆装置；所述下隔离装置和中隔离装置通过高强度连接柱连接，在下隔离装置的上表面与中隔离装置下表面上间隔设置若干个起爆装置，起爆装置通过设置在高强度连接柱内的起爆电路与地面控制装置连接；并通过地面控制装置控制起爆装置的起爆；输药管用于向输药起爆装置的爆炸致裂区中输入炸药。
3.根据权利要求1中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述输药起爆装置包括下隔离装置、高强度连接柱、中隔离装置、起爆电路、起爆装置和侧壁；所述下隔离装置和中隔离装置通过高强度连接柱连接，所述侧壁与下隔离装置和中隔离装置组成一个封闭空间，并在该空间内设置炸药；下隔离装置的上表面与中隔离装置下表面上间隔设置若干个起爆装置，起爆装置通过设置在高强度连接柱内的起爆电路与地面控制装置连接；并通过地面控制装置控制起爆装置的起爆。
4.根据权利要求2、3中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述高强度连接柱的数量为3-6个，优选为4个。
5.根据权利要求2、3中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述起爆装置的数量为可为3-6个，优选为4个。
6.根据权利要求1中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述气体输送装置包括中隔离装置、上隔离装置、油气管、孔状进气管；上隔离装置与中隔离装置之间设置有孔状进气管，孔状进气管的一端设置在中隔离装置的通孔中，另一端设置在上隔离装置上的通孔中；孔状进气管为带有若干进气孔的管，油气管的一端设置在上隔离装置的通孔中，另一端与地面集气装置相连。
7.根据权利要求2、3和6中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述下隔离装置、高强度连接柱、中隔离装置、上隔离装置、输药管、油气管、孔状进气管均采用金属材料。
8.根据权利要求2、3中所述的增加页岩气采收率的装置，其特征为，所述起爆装置包括电雷管、数码雷管；所述起爆方式包括电起爆、数码起爆；所述炸药包括液体炸药、固体炸药。
9.一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的方法，其特征为，在页岩气富集区内设置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置设置爆炸致裂区和气体采集区；两区相临，但相互隔离，将所述爆炸至裂区内的炸药引爆后，将所述裸眼井侧壁崩裂；页岩气从爆炸致裂区经过裸眼井侧壁岩体缝隙进入到气体采集区，并输送至地表。
10.根据权利要求9中所述方法，其特征为，在裸眼井壁的爆炸致裂区预设裂缝，爆炸致裂区爆炸后导致所述预设裂缝失稳扩展并迅速贯通形成页岩破碎带，破碎带内的页岩碎片解析出页岩气，页岩气从爆炸致裂区经过裸眼井侧壁岩体缝隙进入到气体采集区，并输送至地表。
全文摘要
本发明公开了一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的装置及方法，所述方法为在页岩气采集区内设置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置设置爆炸致裂区和气体采集区；两区相临，但相互隔离，将所述爆炸至裂区内的炸药引爆后，将所述裸眼井侧壁崩裂；页岩气从爆炸致裂区经过裸眼井侧壁岩体缝隙进入到气体采集区，并输送至地表。所述装置设置在页岩气井裸眼中，包括输药起爆装置和气体输送装置，其中输药起爆装置用于将其周围的页岩崩裂，气体输送装置将由被崩裂的页岩中渗出的页岩气输送到地面。
文档编号E21B43/248GK102168543SQ20111006427
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者冯春, 刘晓宇, 李世海 申请人:中国科学院力学研究所