一种水平分支井燃爆压裂促进竖井页岩气开采的方法

1.本发明涉及一种水平分支井燃爆压裂促进竖井页岩气开采的方法，属于页岩气开采技术领域。


背景技术：

2.目前页岩气被认为是最有望替代煤炭的能源。但是由于页岩储层埋藏深，渗透率低，因此需要人工方法促进储层裂隙发育，提高页岩气产量。水平井分段水力压裂是当前最主要的方法，然而储层压裂后页岩气井的产量降幅可达一半。主要原因是水力压裂时间较长，因此在压裂过程中受应力环境影响，裂缝扩展单一难以形成复杂裂隙网络，并且支撑剂难以进入微裂隙中，使得压裂裂隙在地应力的作用下重新闭合。除此之外，在缺水地区、黏土矿物含量高的页岩储层不适合用水力压裂方法，而且长距离的水平井施工极大提高了经济成本。因此如何无需水源即能使储层内部产生复杂的裂隙网络，同时还能使裂隙网络保持较长时间的连通性，是本行业的研究方向。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种水平分支井燃爆压裂促进竖井页岩气开采的方法，无需水源即能使储层内部产生复杂的裂隙网络，同时还能使裂隙网络保持较长时间的连通性，从而保证页岩气的抽采，并且节约水资源。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水平分支井燃爆压裂促进竖井页岩气开采的方法，具体步骤为：
5.a、从地面向距离最近的所需开采页岩储层打设竖井，直至竖井达到该页岩储层的最深处停止，并在打设竖井过程中将套管安装到竖井内，完成竖井的设置工作；
6.b、采用定向钻机伸入竖井并达到页岩储层所在位置，从竖井向页岩储层范围内打设多个水平分支井，并在每个水平分支井内采用套管和筛管组合进行支护，其中套管一端与竖井连接、另一端与筛管一端连接；所述筛管上开设多个网孔；
7.c、先向其中一个水平分支井内安装首个燃爆封孔器，燃爆封孔器固定在水平分支井的筛管内，使其与水平分支井的最深处之间形成封孔段；燃爆封孔器上设有检测装置、点火头和进气管，进气管穿过燃爆封孔器，其中处于封孔段的进气管一端装有单向气阀，单向气阀的进气口与进气管一端连接；进气管另一端设有连接头，进气管通过连接头与高压注气管连接，高压注气管另一端伸出竖井与地面上的气体增压泵的出气口连接，气体增压泵的进气口与储气室的出气口连接；检测装置和点火头均固定在燃爆封孔器上并处于封孔段内，检测装置和点火头均通过通讯线与地面的控制中心连接，所述检测装置包括温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器，完成燃爆压裂系统的组装；
8.d、打开储气室阀门并启动气体增压泵，将燃爆气体持续从储气室依次经过气体增压泵、高压注气管和进气管并使单向气阀受压打开后进入封孔段，此时控制中心通过检测装置实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，当采集的实时温度、实时气压和实时气体
浓度达到爆炸所需值时，停止气体增压泵并关闭储气室阀门，此时单向气阀自动关闭，接着将高压注气管与连接头分离；完成后控制中心控制点火头点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对周围页岩进行一次冲击压裂过程，待本次爆炸结束后，重复步骤c在距离首个燃爆封孔器一段距离的位置再设置一个燃爆封孔器，两个燃爆封孔器之间再次形成封孔段；然后重复步骤d，完成该封孔段的一次冲击压裂过程；如此重复多次，直至燃爆封孔器达到套管与筛管的连接处停止，采用后退式燃爆压裂使该水平分支井周围形成裂隙网络；
9.e、重复步骤c和d，依次使最近的所需开采页岩储层内的各个水平分支井周围均形成裂隙网络，完成后，通过竖井对该页岩储层进行页岩气的抽采工作；
10.f、当最近的所需开采页岩储层内的页岩气抽采殆尽后，如下方还有所需开采页岩储层，则重复步骤a至e对下方的所需开采页岩储层进行页岩气的抽采工作。
11.进一步，所述各个水平分支井交错分布，且各个水平分支井的长度为50m；各个水平分支井内距离竖井为10m的范围内采用套管，其余部分采用筛管。
12.进一步，所述燃爆气体为甲烷和氧气的混合气体。
13.进一步，所述控制中心为计算机。
14.与现有技术相比，本发明先从地面打设竖井至页岩储层，接着从竖井向页岩储层打设多个水平分支井，并在每个水平分支井内采用套管和筛管组合进行支护；然后向其中一个水平分支井内安装首个燃爆封孔器，使其与水平分支井的最深处之间形成封孔段；并将其他部件依次连接，完成燃爆压裂系统的组装；进行燃爆压裂时，先向封孔段内注入燃爆气体，通过检测装置实时检测，直至达到爆炸所需值时，停止燃爆气体注入，最后控制点火头点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管上的网孔对周围页岩进行一次冲击压裂过程，重复多次采用后退式燃爆压裂使该水平分支井周围形成裂隙网络；由于燃爆过程是瞬间产生高温高压气体和爆轰冲击波，其具有极高的加载速率，使得爆炸裂隙不易受地应力环境的影响，同时燃爆瞬间产生的冲击力极大，其对周围岩体冲击破坏后，周围岩石会在剪切力作用下发生错动形成自支撑结构，从而防止产生的裂隙网络在地应力的作用下重新闭合；因此本发明无需水源即能使储层内部产生复杂的裂隙网络，同时还能使裂隙网络保持较长时间的连通性，从而保证页岩气的抽采，并且节约水资源。
附图说明
15.图1是本发明实施例1的整体的布设示意图；
16.图2是本发明中燃爆封孔器的结构示意图。
17.图中：1
‑
1、第一页岩储层，1
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2、第二页岩储层，2、竖井，3、水平分支井，4、套管，5、筛管，6、网孔，7、燃爆封孔器，8、检测装置，9、点火头，10、裂隙网络，11、高压注气管，12、气体增压泵，13、储气室，14、控制中心，15、通讯线，16、单向气阀，17、连接头，18、进气管。
具体实施方式
18.下面将对本发明作进一步说明。
19.实施例1：通过地质勘探发现某地区的地层中存在具有开采价值的两个页岩储层，
分别为第一页岩储层1
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1和第二页岩储层1
‑
2，第一页岩储层1
‑
1处于第二页岩储层1
‑
2的上方，如图1所示，采用本发明的方法进行页岩气开采，具体步骤为：
20.a、从地面向第一页岩储层1
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1打设竖井2，直至竖井2达到该页岩储层的最深处停止，并在打设竖井2过程中将套管4安装到竖井2内，完成竖井2的设置工作；
21.b、采用定向钻机伸入竖井2并达到第一页岩储层1
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1所在位置，从竖井2向第一页岩储层1
‑
1范围内打设多个水平分支井3，并在每个水平分支井3内采用套管4和筛管5组合进行支护，其中套管4一端与竖井连接、另一端与筛管5一端连接；所述筛管5上开设多个网孔6；所述各个水平分支井3交错分布，且各个水平分支井3的长度为50m；各个水平分支井3内距离竖井2为10m的范围内采用套管4，其余部分采用筛管5；
22.c、先向其中一个水平分支井3内安装首个燃爆封孔器7，燃爆封孔器7固定在水平分支井3的筛管5内，使其与水平分支井3的最深处之间形成封孔段；如图2所示，燃爆封孔器7上设有检测装置8、点火头9和进气管18，进气管18穿过燃爆封孔器7，其中处于封孔段的进气管18一端装有单向气阀16，单向气阀16的进气口与进气管18一端连接；进气管18另一端设有连接头17，进气管18通过连接头17与高压注气管11连接，高压注气管11另一端伸出竖井2与地面上的气体增压泵12的出气口连接，气体增压泵12的进气口与储气室13的出气口连接；检测装置8和点火头9均固定在燃爆封孔器7上并处于封孔段内，检测装置8和点火头9均通过通讯线15与地面的控制中心14连接，所述检测装置8包括温度传感器、气压传感器和气体浓度传感器，完成燃爆压裂系统的组装；
23.d、打开储气室13阀门并启动气体增压泵12，将燃爆气体持续从储气室13依次经过气体增压泵12、高压注气管11和进气管18并使单向气阀16受压打开后进入封孔段，所述燃爆气体为甲烷和氧气的混合气体，此时控制中心14通过检测装置8实时采集封孔段内的温度、气压和气体浓度，当采集的实时温度、实时气压和实时气体浓度达到爆炸所需值时，停止气体增压泵12并关闭储气室13阀门，此时单向气阀16自动关闭，接着将高压注气管11与连接头17分离；完成后控制中心14控制点火头9点火，从而引发封孔段内的燃爆气体发生爆炸，气体爆炸产生的高温高压气体和爆轰冲击波，通过筛管5上的网孔6对周围页岩进行一次冲击压裂过程，待本次爆炸结束后，重复步骤c在距离首个燃爆封孔器5m的位置再设置一个燃爆封孔器7，两个燃爆封孔器7之间再次形成5m的封孔段；然后重复步骤d，完成该封孔段的一次冲击压裂过程；如此重复多次，直至燃爆封孔器7达到套管4与筛管5的连接处停止，采用后退式燃爆压裂使该水平分支井3周围形成裂隙网络；
24.e、重复步骤c和d，依次使第一页岩储层1
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1内的各个水平分支井3周围均形成裂隙网络，完成后，通过竖井2对第一页岩储层1
‑
1进行页岩气的抽采工作；
25.f、当第一页岩储层1
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1内的页岩气抽采殆尽后，重复步骤a至e对下方的第二页岩储层1
‑
2进行页岩气的抽采工作。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。