环保型井下压裂地层装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的环保型井下压裂地层装置属水平井、斜井、垂直井等增透压裂技术领域，本发明的技术方案具体涉及的是一种环保型、多次重复或/和非重复使用的井下复合压裂地层新装置。
【背景技术】
[0002]煤层气、页岩气等均属于非常规天然气，是近一、二十年在国际上新崛起的洁净、优质能源和化工原料，商业化前景巨大。目前，我国煤层气资源总量居世界第三，页岩气可采储量居世界首位，均为我国重点发展的新兴能源产业。然而，受构造运动影响，我国煤层气储层通常具有低渗透率、低压力、低含气饱和度、较强的非均质性等特点；页岩气储层则具有低孔隙压力、低孔隙度、低渗透率和高含粘土等特点。这些特点直接导致了煤层气/页岩气开发难度巨大。此外，吸附状态是煤层气在储层中最主要存在形态，是页岩气在储层中主要存在形态之一；煤层气/页岩气解吸速率也严重影响其采气速率。因此，如何提高低渗透性储层的渗透率和解吸速率，进而提高煤层气/页岩气的采收率，是我国煤层气/页岩气开采面临的主要困难之一，也是煤矿瓦斯灾害治理的重大课题之一。
[0003]为解决上述难题，各种压裂方法和装置不断提出，目前影响较大的压裂方法有水力压裂、高能气体压裂、多级脉冲压裂、C02/N2泡沫压裂等。然而上述方法多借鉴石油天然气开采中的许多理论观点来指导煤层气/页岩气开采，其实际压裂效果受地质条件影响差异很大，且压裂设施和施工过程复杂，压裂物质消耗大、成本高、可控性差，存在一定的安全隐患，同时或多或少对地层造成无法恢复的破坏和污染。其中，水力压裂对储层造成水敏性污染，裂缝的延伸方向受地应力控制、很难形成多裂缝体系，具有成本高、损伤储层的特点；此夕卜，该技术还需要专门的大型专用设备和车辆，以及大面积的施工场地和大量的水源，且容易在某些地层形成无法恢复的水锁。高能气体压裂及多级脉冲压裂技术则存在压裂规模稍小，裂缝长度短，无法加填充砂等诸多问题。而0)2/队泡沫压裂技术多含有瓜胶等稠化剂，会吸附在储层表面堵塞渗流通道；而压裂煤储层时，由于其埋深相对较浅，储层温度较低，常不能及时完全破胶，甚至不能破胶，造成高黏度的压裂液在储层中携砂前进阻力很大，且破胶不完全的破胶液或者破胶后的残渣的固相含量较高，对低渗透的深煤层伤害很大。
[0004]因此，需要研究一种充分考虑煤层气/页岩气存在状态、储层特点、运动形式等开采实际的压裂技术指导煤层气/页岩气开采。本专利所述环保型井下压裂地层装置正是依托现有研究成果、结合煤层气/页岩气开采实际特点、并基于多技术复合思想提出的，克服了上述多种压裂方法的不足，很好地解决了煤层气/页岩气压裂问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:为煤层气/页岩气开采提供一种高效环保可靠的压裂装置，从而有效提高低渗透性储层的渗透率和解吸速率，达到增产目的。
[0006]本发明的技术方案是这样的:这种环保型井下压裂地层装置，是一种不会污染矿山和井下环境的井下压裂地层的装置，该装置总体结构包括有:井口封堵器、井下拖拉器、井内封隔器、高压软管、井内铠装电缆、高强度电缆、操作控制机构、传感器组件，组装成该装置，技术特点在于:在射孔作业完成后根据射孔效果，通过所述的环保型井下压裂地层装置的操作控制机构，控制井下拖拉器牵引两个井内封隔器至设定层位并形成设定的井下压裂地层空间，再控制高压软管按照设定的配方重量比例分别将隔离液、液体火药、初级火药、液态CO2注入井下两个井内封隔器之间的待压裂空间内，还控制井内铠装电缆或/和高强度电缆输出点火电压点火，进行高能、高压气体压裂地层作业，如此控制操作实现不同压裂地层空间的、不同压裂地层条件的、多次重复或/和非重复压裂地层作业及其过程。所述的不同压裂地层空间是指所述井内封隔器在不同位置形成设定的井下压裂地层空间；所述的不同压裂地层条件是指煤层气地层条件或页岩气地层条件。
[0007]根据以上所述的环保型井下压裂地层装置，技术特点还有:a.所述的环保型井下压裂地层装置对同一压裂地层空间多次注入隔离液、液体火药、初级火药、液态C02，多次点火，实现多次重复或/和非重复压裂地层作业。这是本发明的环保型井下压裂地层装置的变换作业内容。b.所述的环保型井下压裂地层装置对不同压裂地层空间多次注入隔离液、液体火药、初级火药、液态C02，多次点火，实现多次重复或/和非重复压裂地层作业。这又是本发明的环保型井下压裂地层装置的变换作业内容。
[0008]根据以上所述的环保型井下压裂地层装置，技术特点还有:a.所述井内封隔器外表结构是胶囊式、或是挤压式，其内结构包括有:增压栗、过滤器、控制电路、点火器及其火花塞、传感器组件以及联接它们的高压软管、井内铠装电缆或/和高强度电缆。所述的增压栗设置在井内封隔器中，通过栗管连接过滤器、还通过栗管连接井内封隔器的膨胀腔体。所述的过滤器位于井内封隔器中，通过栗管连接井内封隔器外的水平井体、通过栗管连接增压栗。所述的控制电路的结构及联接如下:通过井内铠装电缆将井内封隔器内控制器分别联接到地面操作控制机构和地面直流电源。所述的控制器包括电源模块、控制器主体和编解码模块。所述的电源模块选择公知公用的电源模块，如是DC/DC变换器，作控制器主体、编解码模块以及井内封隔器内的阀门、增压栗、点火器、传感器组件等的供电源。所述的控制器主体选择公知公用的控制器，如是51单片机或DSP数字信号处理器，控制器主体通过编解码模块与地面操作控制机构连接，控制器主体联接并控制阀门、增压栗、点火器、传感器组件。所述的点火器及其火花塞选择公知公用的点火器及其火花塞，如是有线圈矽钢片式点火器。所述的传感器组件有压力传感器、温度传感器。所述的压力传感器选择公知公用的压力传感器，如是HKM-375。所述的温度传感器选择公知公用的温度传感器，如是K型热电偶。b.所述的井口封堵器采用已有技术的结构，如是快速封堵器。c.所述的井下拖拉器采用已有技术的结构，如是SONDEX水平井井下牵引器，该井下拖拉器由地面操作控制机构通过井内铠装电缆或/和高强度电缆发送控制指令进行操控。
[0009]根据以上所述的环保型井下压裂地层装置，技术特点还有:a.所述的操作控制机构的结构包括有:电脑或微处理器组及其操控软件、封隔器内的控制电路以及联接它们的铠装电缆。所述的电脑或微处理器组采用两级或三级组成，所述的操作控制机构井上部分的电脑或微处理器是上位机，操作控制机构井下部分的电脑或微处理器是二级或/和三级机。所述的上位机电脑或微处理器选择公知公用的电脑或微处理器，如是英特尔至强E5-2400V2双路处理器、DELL T7910工作站。b.所述的井内铠装电缆采用公知公用的测井铠装电缆，如是W7BP。所述的高强度电缆采用公知公用的高强度电缆，如是7-46P/NT-XS。
[0010]根据以上所述的环保型井下压裂地层装置，技术特点还有:所述的向压裂地层空间内注入的液体火药的组分及其配方重量比例为:燃烧剂:氧化剂:溶剂:敏化剂=5?12:35?75:15?40:10?45，所述的燃烧剂为甘油、二乙二醇、尿素，所述氧化剂是NH4NO3, NaNO3, KNO3, NH4ClO4,所述溶剂是水，所述的敏化剂为亚硝酸钠。
[0011]根据以上所述的环保型井下压裂地层装置，技术特点还有:a.所述注入的隔离液的成分或组份及其配方重量比例是:0:14或CaCl 2:原油:水=35?50:35?27:30?23，具体配比须根据液体火药密度调节。b.所述液体火药佳化配方重量比例如下:氧化剂为NH4NO3，燃烧剂为甘油，溶剂为水，其中NH4NO3与甘油的配方重量比例为3.0?4.5:1，含水率为25?35%。c.所述注入的液体火药、初级火药、液态CO2三种物质的配方重量比例为:液体火药:初级火药:液态CO2= 5?10:1:0?4，所述的初级火药是硝化棉，所述的液态CO2可有或无。所述注入的液体火药、初级火药、液态CO 2三种物质的剂量、速率以及点火起爆时间可以通过井下传感器探测的相关信息经过分析后加以确定并控制实施。
[0012]根据以上所述的环保型井下压裂地层装置，技术特点还有:所述的操作控制机构的电脑或微处理器组的系统软件之主程序菜单有:压裂位置、封隔器、火药注入、点火起爆、结束。主程序菜单具体操控有:(I)经井内铠装电缆与高强度电缆向井下拖拉器发送指令:将井内封隔器I和井内封隔器II拖至希望压裂的位置；(2)压裂位置确定后向井内封隔器I和井内封隔器II发送一系列指令