1.本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置及方法。
背景技术：
2.以页岩气为代表的非常规天然气已经成为油气供应的重要组成部分，如何实现这类储层的高效开发也已成为石油工程领域研究热点，但是由于页岩气储层致密，储层内渗流阻力大，常规水力压裂在页岩储层难以实现高效储层改造，一般只能形成形态单一的裂缝，难以制造立体复杂缝网。
3.随着页岩气等非常规天然气资源逐渐受到重视，对于压裂技术也提出了新的要求。除了要尽量减少储层伤害和环境污染之外，更加重视压裂改造的体积。页岩甲烷原位燃爆压裂是一种新兴的储层改造技术，通过注入助燃剂至井底，混合储层原位析出的甲烷气体，并在井筒空间或近井地层中引爆完成压裂施工。但在实际开发中，页岩气储层产出中含水量较高，井筒空间内一般同时存在水层与气层，在一般页岩井水力压裂中，气水同产的情况不会对压裂施工产生太大影响，但在甲烷原位燃爆压裂施工中，井筒空间大量积液会压缩甲烷-助燃剂气体混合空间，降低燃爆威力，同时，水层的存在极易影响井下点火装置，极有可能导致混合气未起爆，存在极大施工风险；页岩储层致密，孔喉半径小，渗流阻力大，气井自然产能低或无自然产能，针对前期未进行储层改造的新井，依靠储层自然析出的甲烷气不足以完成燃爆压裂施工。
技术实现要素：
4.因此，本发明所要解决的是如何提供一种井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置及方法，旨在解决或部分解决上述问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置，包括：地面控制系统，设于地面且包括地面控制装置和地面变压供电装置，所述地面控制装置包括地面监测装置、控电开关，所述控电开关与所述地面变压供电装置电性连接，所述地面监测装置设于地面用于监测井口排气情况，所述地面监测装置还设有井口安全装置；电能传输系统，包括传电电缆，传电电缆传设于连续油管内且与地面控制系统连接，所述传电电缆用于传输交流电至井下，其中所述连续油管用于伸入目标储层；井下作业装置，包括井下封隔与固定系统、电子整流器、金属储能电加热系统、电爆炸丝能量转换器，所述井下封隔与固定系统包括上封隔器、油管堵头、以及下封隔器，所述上封隔器套设在连续油管上，所述金属储能电加热系统安装在所述连续油管的一端部且与所述传电电缆连接，所述下封隔器安装在所述金属储能电加热系统与所述连续油管相反的一端，所述电子整流器容置于所述连续油管内且靠近所述连续油管的端部处，所述电子
整流器与所述金属储能电加热系统电性连接，所述油管堵头可拆卸地堵住连续油管的一端部，所述电爆炸丝能量转换器用于安装在孔眼处。
6.优选地，在所述井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置中，所述地面变压供电装置包括地面高功率发电机、以及升压变压器，所述控电开关与地面高功率发电机电性连接，升压变压器的一端与所述高功率发电机电性连接，另一端与所述传电电缆的一端电性连接。
7.优选地，在所述井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置中，所述电能传输系统还包括绝缘保护装置，所述绝缘保护装置包括第一部分和第二部分，所述第一部分设于所述连续油管和所述传电电缆之间，所述第二部分位于所述金属储能电加热系统内，以隔绝所述金属储能电加热系统中的电加热丝。
8.优选地，在所述井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置中，所述第一部分的材质为硅橡胶材质，且耐温220℃以上、耐压35mpa以上；和/或，所述第二部分的材质为氧化镁，且耐温600℃以上，耐压45mpa以上。
9.优选地，在所述井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置中，所述井下封隔与固定系统还包括固定器，所述固定器位于所述下封隔器的上部且固定所述金属储能电加热系统；所述金属储能电加热系统包括护管、多根金属加热丝、绝缘保护层，所述护管的上端与所述连续油管的一端部连接，所述传电电缆穿过所述护管并与所述多根金属加热丝电性连接，所述多根金属加热丝安装在所述固定器的内部且与地层产液接触。
10.优选地，在所述井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置中，所述金属加热丝的材质为镍铬合金；所述护管的材质为合金钢。
11.为了实现上述目的，本发明还提供一种利用上述的井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置的压裂方法，包括如下步骤：在目标储层进行射孔并在射孔的孔眼位置处安置电爆炸丝能量转换器；将传电电缆、下封隔器、金属储能电加热系统、上封隔器、油管堵头安装在连续油管，并将连续油管放至目标储层，通过上封隔器、下封隔器、以及油管堵头进行坐封并围设形成密闭的目标井筒空间，其中，所述传电电缆穿设在所述连续油管内，所述金属储能电加热系统安装在所述连续油管的一端部且与所述传电电缆连接，所述下封隔器安装在所述金属储能电加热系统与所述连续油管相反的一端，所述油管堵头堵住所述连续油管的一端部；地面变压供电装置供电并进行升压，高压直流电通过所述传电电缆传输至目标储层内的电子整流器；高压直流电传输至所述金属储能电加热系统，控制供电开关快速切换实现脉冲压缩，以将所述金属储能电加热系统的电能瞬间释放给井筒中的地层产出液；脉冲电经地层产出液传输至射孔孔眼处的所述电爆炸丝能量转换器，以通过所述电爆炸丝能量转换器的电爆炸丝结合液电效应形成的高温等离子体与冲击波，将电能转换成机械能，冲击波作用于目标储层，进行预先致裂；待电爆炸完成停止地面变压供电装置供电，去除连续油管的油管堵头，地面变压供电装置持续高压供电，金属储能电加热系统升温，使目标储层的目标井筒空间内产出液
持续受热、汽化、膨胀，并经过连续油管排出，并通过地面监测装置处理析出的水蒸气与部分甲烷气；对目标井筒空间内的气水分布进行测试。
12.优选地，在所述压裂方法中，所述在目标储层进行射孔并在射孔的孔眼位置处安置电爆炸丝能量转换器的步骤，包括：将射孔枪、电爆炸丝能量转换器经连续油管携带至目标储层，通过射孔枪完成射孔；将所述电爆炸丝能量转换器安装在孔眼位置处。
13.优选地，在所述压裂方法中，所述待电爆炸完成停止地面变压供电装置供电，去除连续油管的油管堵头，地面变压供电装置持续高压供电，金属储能电加热系统升温，使目标储层的目标井筒空间内产出液持续受热、汽化、膨胀，并经过连续油管排出，并通过地面监测装置处理析出的水蒸气与部分甲烷气的步骤，包括：待电爆炸完成停止地面变压供电装置供电，由井筒的井口投棒以去除所述连续油管的油管堵头；地面变压供电装置持续高压供电，金属储能电加热系统升温，使目标储层的目标井筒空间内产出液持续受热、汽化、膨胀，并经过连续油管排出，并通过地面监测装置处理析出的水蒸气与部分甲烷气。
14.优选地，在所述压裂方法中，所述对目标井筒空间内的气水分布进行测试的步骤，包括：对井筒井口下入取样器，通过取样器对目标井筒空间内的气水分布进行测试，判断是否满足甲烷原位燃爆压裂施工需求，施工结束后，所述传电电缆可用于下一步甲烷原位燃爆压裂电点火，所述金属储能电加热系统在燃爆压裂下放助燃剂之前可以一直保持开启。
15.本发明具有如下有益效果：本发明提供的井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置包括地面控制系统、电能传输系统、以及井下作业装置，通过传电电缆传输高压电，井下预设金属电导丝与射孔孔眼电爆炸丝能量转换器，实现预先致缝-井筒排水一体化工艺目标；进一步地，通过脉冲电引爆电爆炸丝，使无/低自然产能气井目标储层预先致缝，为后续甲烷原位燃爆压裂提供足量游离态甲烷气，提高工艺适应性；通过电加热，使预设引爆空间内储层产水汽化、膨胀，并经过连续油管排出至井口，为后续甲烷原位燃爆压裂提供甲烷气与助燃剂气体混合空间，提高工艺效果及安全性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明提供井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置一实施例的示意图。
18.1-控电开关，2-地面高功率发电机，3-升压变压器，4-传电电缆，5-地面监测装置，6-上封隔器，7-电子整流器，8-电爆炸丝能量转换器，9-金属储能电加热系统，10-固定器，11-下封隔器。
19.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
21.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
22.本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
24.本发明提供一种井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置，请参阅图1，该井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置包括地面控制系统、电能传输系统、以及井下作业装置。其中，地面控制系统设于地面且包括地面控制装置和地面变压供电装置，所述地面控制装置包括地面监测装置5、控电开关1，所述控电开关1与所述地面变压供电装置电性连接，所述地面监测装置5设于地面用于监测井口排气情况，所述地面监测装置5还设有井口安全装置，井口安全装置可以防止高温水蒸气或甲烷气于井口泄漏造成施工风险。地面变压供电装置用于为井下作业系统提供电能并完成升压以减少线路损耗，提高送电的经济性，达到远距离送电的目的，地面变压供电装置包括地面高功率发电机2、以及升压变压器3，所述控电开关1与地面高功率发电机2电性连接，控电开关1控制地面变压供电装置的启动、关闭，实现脉冲供电。升压变压器3的一端与所述高功率发电机电性连接，另一端与所述传电电缆4的一端电性连接。
25.电能传输系统包括传电电缆4，传电电缆4传设于连续油管内且与地面控制系统连接，所述传电电缆4用于传输交流电至井下，其中所述连续油管用于伸入目标储层。所述电能传输系统还包括绝缘保护装置（图中未示意出），所述绝缘保护装置包括第一部分和第二部分，所述第一部分设于所述连续油管和所述传电电缆4之间，所述第二部分位于所述金属储能电加热系统9内，以隔绝所述金属储能电加热系统9中的电加热丝，通过隔绝金属储能电加热系统9的电加热丝与用于固定电加热丝的固定装置，放置施工过程中漏电。所述第一部分的材质为硅橡胶材质，且耐温220℃以上、耐压35mpa以上。所述第二部分的材质为氧化镁，且耐温600℃以上，耐压45mpa以上。
26.井下作业装置包括井下封隔与固定系统、电子整流器7、金属储能电加热系统9、电
爆炸丝能量转换器8，所述井下封隔与固定系统包括上封隔器6、油管堵头、固定器10、以及下封隔器11，井下封隔与固定系统整体由连续油管下放至目标储层，其中，所述上封隔器6套设在连续油管上，所述金属储能电加热系统9安装在所述连续油管的一端部且与所述传电电缆4连接，所述下封隔器11安装在所述金属储能电加热系统9与所述连续油管相反的一端，所述电子整流器7容置于所述连续油管内且靠近所述连续油管的端部处，所述电子整流器7与所述金属储能电加热系统9电性连接，所述油管堵头可拆卸地堵住连续油管的一端部，通过上封隔器6、下封隔器11、以及油管堵头进行坐封并围设形成密闭的目标井筒空间。通过上封隔器6和下封隔器11对目标井筒空间进行封隔，油管堵头在预先致缝阶段封堵连续油管，避免蒸汽进入井筒，固定器10固定金属储能电加热系统9。所述电爆炸丝能量转换器8用于安装在孔眼处。
27.更具体地，固定器10位于所述下封隔器11的上部且固定所述金属储能电加热系统9；所述金属储能电加热系统9包括护管、多根金属加热丝（例如电阻）、绝缘保护层，所述护管的上端与所述连续油管的一端部连接，所述传电电缆4穿过所述护管并与所述多根金属加热丝电性连接，所述多根金属加热丝安装在所述固定器10的内部且与地层产液接触。在预先致缝阶段金属加热丝作为传电装置，将脉冲电经地层产液传递至电爆炸丝能量转换器8，在井筒排水阶段金属加热丝作为产热装置，将电能转换为热能，汽化地层多余产液。绝缘保护层位于护管内部与固定器10内部，耐高温防漏电并且可以进行热传导。电爆炸丝能量转换器8在电流密度达到爆炸条件后会在短时间内发生固态、液态、气态、等离子体态的快速相转变，电阻值迅速升高截断电流随后发生电爆炸，形成冲击波，转换器内部安装防反方向击穿二极管，防止冲击波反方向进入井筒。在本实施例中，所述金属加热丝的材质为镍铬合金；所述护管的材质为合金钢。
28.其中，金属加热丝（电阻）材质为镍铬合金，加热丝直径、数量、长度根据目标层位长度、产出液含水情况进行设计；护管材质为合金钢；电爆炸丝为直径为0.05mm的康铜丝。
29.在本实施例中，电子整流器7为整流硅堆，位于连续油管的末端，可将传输下来的高压交流电转换为直流电，便于高效脉冲传电引爆电爆炸丝以及加热金属储能电加热系统9中的金属加热丝。
30.本发明还提供一种利用上述的井下通电辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置的压裂方法，该脉冲辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂方法的实施例包括上述该脉冲辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂装置的所有实施例。
31.该脉冲辅助页岩储层甲烷原位燃爆压裂方法包括如下步骤：步骤s210，在目标储层进行射孔并在射孔的孔眼位置处安置电爆炸丝能量转换器8；具体地，步骤s210包括：将射孔枪、电爆炸丝能量转换器8经连续油管携带至目标储层，通过射孔枪完成射孔；将所述电爆炸丝能量转换器8安装在孔眼位置处。
32.步骤s220，将传电电缆4、下封隔器11、金属储能电加热系统9、上封隔器6、油管堵头安装在连续油管，并将连续油管放至目标储层，通过上封隔器6、下封隔器11、以及油管堵头进行坐封并围设形成密闭的目标井筒空间，其中，所述传电电缆4穿设在所述连续油管内，所述金属储能电加热系统9安装在所述连续油管的一端部且与所述传电电缆4连接，所述下封隔器11安装在所述金属储能电加热系统9与所述连续油管相反的一端，所述油管堵
头堵住所述连续油管的一端部；需要说明的是，在步骤s210完成后需要上提射孔枪后再执行步骤s220。
33.更具体地，步骤s220还包括安装绝缘保护装置，其中绝缘保护装置包括第一部分和第二部分，所述第一部分设于所述连续油管和所述传电电缆4之间，所述第二部分位于所述金属储能电加热系统9内，以隔绝所述金属储能电加热系统9中的电加热丝，通过隔绝金属储能电加热系统9的电加热丝与用于固定电加热丝的固定装置，防止施工过程中漏电。
34.更具体地，所述步骤s220包括：上提射孔枪后，将传电电缆4、下封隔器11、金属储能电加热系统9、上封隔器6、油管堵头连接至连续油管，并将绝缘保护系统安置于连续油管与传电电缆4之间；下放连续油管至目标储层，上下封隔器11完成坐封，金属储能电加热系统9位于下封隔器11上，油管堵头位于上封隔器6处，形成密闭的目标井筒空间。
35.步骤s230，地面变压供电装置供电并进行升压，高压直流电通过所述传电电缆4传输至目标储层内的电子整流器7；更具体地，所述步骤s230包括地面变压供电装置供电，经升压变压器3升压后，通过电缆传输高压直流电至井下，并经井下电子整流器7（整流硅堆）。
36.需要说明的是，此处地面变压供电装置供电升压具体升压的数值不做具体限定。通过升压变压器3升压主要考虑的是降低损耗，故，对于升压的具体数值此处不做具体限制。
37.步骤s240，高压直流电传输至所述金属储能电加热系统9，控制供电开关快速切换实现脉冲压缩，以将所述金属储能电加热系统9的电能瞬间释放给井筒中的地层产出液；需要说明的是，控制供电开关快速切换实现脉冲压缩，以能够将所述金属储能电加热系统9的电能瞬间释放给井筒中的地层产出液而设定。
38.由于金属储能电加热系统9在这一阶段作为储能电容使用，此时井筒空间内含水较多，甲烷燃爆压裂难以进行，通过高压直流电传输至金属储能电加热系统9，同时地面人为控制供电开关的快速切换实现脉冲压缩，用很短的时间将装置储存的电能瞬间释放给井筒中的地层产出液。
39.步骤s250，脉冲电经地层产出液传输至射孔孔眼处的所述电爆炸丝能量转换器8，以通过所述电爆炸丝能量转换器8的电爆炸丝结合液电效应形成的高温等离子体与冲击波，将电能转换成机械能，冲击波作用于目标储层，进行预先致裂；此阶段中，目标井筒空间压力高，压力差将油管堵头压在上方连续油管处，连续油管密封。
40.步骤s260，待电爆炸完成停止地面变压供电装置供电，去除连续油管的油管堵头，地面变压供电装置持续高压供电，金属储能电加热系统9升温，使目标储层的目标井筒空间内产出液持续受热、汽化、膨胀，并经过连续油管排出，并通过地面监测装置5处理析出的水蒸气与部分甲烷气；具体地，步骤s260包括：待电爆炸完成停止地面变压供电装置供电，由井筒的井口投棒（还可以是采用阀门控制）以去除所述连续油管的油管堵头；地面变压供电装置持续高压供电，金属储能电加热系统9的电加热丝升温，使目标储层的目标井筒空间内产出液持续受热、汽化、膨胀，并经过连续油管排出，并通过地面监测装置5处理析出的水蒸气与部分甲
烷气。
41.步骤s270，对目标井筒空间内的气水分布进行测试。
42.具体地，步骤s270包括对井筒井口下入取样器，通过取样器对目标井筒空间内的气水分布进行测试，判断是否满足甲烷原位燃爆压裂施工需求，施工结束后，所述传电电缆4可用于下一步甲烷原位燃爆压裂电点火，所述金属储能电加热系统9在燃爆压裂下放助燃剂之前可以一直保持开启，避免压裂施工过程地层持续产水造成影响。
43.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本发明保护的范围。