CN109915080A - 一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置 - Google Patents
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Abstract
一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，包括撞击起爆器，撞击起爆器下接射孔枪管,射孔枪管内有框型弹药架，框型弹药架上装载射孔弹，射孔弹与低爆速液体炸药间通过胶囊隔离，安全引爆低爆速液体炸药；复合射孔器下接爆燃转换器，爆燃转换器下接I级推进装置，I级推进装置中央为中心铝管，中心铝管下接延时点火装置，延时点火装置下接Ⅱ级推进装置，当中心铝管外壁温度达到推进剂燃点，推进剂产生大量高温高压气体通过脉冲式加载方式作用煤层，使裂缝快速延伸；Ⅱ级推进装置下接连接杆，连接杆内部为导爆索，连接杆下部接射孔器，射孔器连接测压尾堵，反映压裂过程火药爆燃压力变化；具有一次处理多层煤层，能量利用率高，节约成本的优点。
Description
技术领域
本发明涉及低渗煤层气开发技术领域，特别涉及一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置。
背景技术
我国低渗煤层地质特征的复杂性与煤层气主要以吸附态赋存是煤层气开发的主要难点。首先将煤层气从煤岩中解吸，然后通过煤岩的基质和微孔隙进行扩散，最后在割理和裂缝中渗流达到井底。其独特的开采方式为排水-降压-解吸-渗流，虽然水力压裂依然是煤层气开发储层改造的主体技术；但水力压裂存在的主要问题是需要大排量，低砂比施工，导致裂缝高度难以控制，形成的裂缝较短，不能沟通更多的煤层割理，支撑剂大部分沉到了夹层，压裂液对煤层造成的损害等；煤层气井一般井较浅，多数小于1000m，有层多、层薄、夹层较大、施工较复杂等特点，另外，与油气井地层特征相比，煤地层一般破裂压力较低，地层塑性较强，水敏性较强，都给水力压裂措施的有效性带来难题。如何有效提高煤气层渗透性和基质孔隙的连通性，创造有利煤层气解吸的环境和条件，促进煤层气有效解吸出来的方法是研究问题的关键。多脉冲压裂是利用固体、液体火药在目的地层燃烧产生大量的高温、高压气体快速膨胀压裂地层，以脉冲加载作用使地层随机产生多裂缝体系，并沟通更多的天然裂缝，提高和改善地层渗透性，达到增产的目的。目前，煤层气多脉冲压裂技术得到进一步试验和应用，虽取得初步效果，但常规的高能气体压裂装置能量利用率不高，一次装同种燃速的药且装药量有限，若药量过多，易造成近井地带坍塌，压实作用，同时现有装置一次实施只能改造一层，无法实现一次下入多层改造，经济效益不高，已无法满足实现煤层气井的高产、稳产的目标。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，能够有效控制药量，通过多级脉冲压力对煤层实施多次连续的脉冲加载压裂作用，促使煤层裂缝的快速延伸与拓展，产生和形成较长的多裂缝网络体系，可一次下入多层改造，提高了技术的可操作性和实用性，经济效益高，实现煤层气井的高产、稳产的优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，包括撞击起爆器1，撞击起爆器1下部连接射孔枪管14,射孔枪管14内部设置有框型弹药架13，框型弹药架13上装载射孔弹；射孔枪管14的凹槽内嵌有胶囊包裹的低爆速液体炸药2,所述射孔枪管14、框型弹药架13、低爆速液体炸药2共同构成复合射孔器15；复合射孔器15下部连接爆燃转换器3，所述爆燃转换器3下接Ⅰ级推进装置；I级推进装置下部连接延时点火装置6；延时点火装置6下部接Ⅱ级推进装置，Ⅱ级推进装置下部连接有连接杆7，连接杆7为无缝钢管，连接杆7内部设置有导爆索10；连接杆7下部接射孔器8，所述射孔器8连接测压尾堵9。
所述I级推进装置包括I级中心铝管12A，I级中心铝管12A内部中心设置有Ⅰ级辅助点火药5A，I级中心铝管12A内表面覆有阻燃层，I级中心铝管12A外侧设置有I级推进剂4。
所述Ⅱ级推进装置包括Ⅱ级中心铝管12B，Ⅱ级中心铝管12B内部中心设置有Ⅱ级辅助点火药5B，Ⅱ级中心铝管12B内表面覆有阻燃层，Ⅱ级中心铝管12B外侧设置有Ⅱ级推进剂11。
所述Ⅰ级推进剂4为高燃速复合火药，压力为0～20MPa，燃速为u＝1.8912p0.9840。
所述Ⅱ级推进剂11为低燃速复合火药，压力为20～65MPa，燃速为u＝0.2239p1.0975。
本发明将多脉冲加载压裂与复合射孔优势结合并应用于煤层中，能在煤层中形成多个高压脉冲波加载压裂，延长作用时间，促使裂缝有序快速延伸,使煤层随机产生裂缝和形成多裂缝网络体系，提高了沟通煤层天然裂缝的机率，扩大了有效解吸范围,通过胶囊包覆低爆速液体炸药，实现射孔弹和低爆速液体炸药间的安全隔离,利用射孔弹产生的高温金属聚能流引燃低爆速液体炸药，进而松动煤层，能够有效连接射孔过程所产生裂缝，改善井底煤层气渗流通道,在多煤层地层中，通过在连接杆装置下端串联一个射孔器，可以实现一次下入处理多层，同时有效利用气体能量，帮助下部煤层射孔和延伸，提高能量利用率，改善与扩大煤层气解析、渗流通道和作用范围，提高了技术的可操作性和实用性，降低了成本，经济效益高。
附图说明
图1为本发明装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，包括撞击起爆器1，撞击起爆器1下部连接射孔枪管14,射孔枪管14内部设置有框型弹药架13，框型弹药架13上装载射孔弹；射孔枪管14的凹槽内嵌有胶囊包裹的低爆速液体炸药2,射孔弹与低爆速液体炸药2之间通过胶囊隔离，从而实现低爆速液体炸药2的安全引爆；所述射孔枪管14、框型弹药架13、低爆速液体炸药2共同构成复合射孔器15；复合射孔器15下部连接爆燃转换器3，所述爆燃转换器3下接Ⅰ级推进装置；I级推进装置下部连接延时点火装置6；延时点火装置6下部接Ⅱ级推进装置，延时点火装置6引燃Ⅱ级推进装置的Ⅱ级辅助点火药5B，当Ⅱ级中心铝管12B温度达到Ⅱ级推进剂11的燃点时，Ⅱ级推进剂11便会产生大量高温高压气体，产生的高能气体通过脉冲式加载方式作用煤层；Ⅱ级推进装置下部连接有连接杆7，连接杆7为无缝钢管，连接杆7内部设置有导爆索10，导爆索10连接Ⅱ级推进装置内的Ⅱ级辅助点火药5B；连接杆7下部接射孔器8，所述射孔器8连接测压尾堵9。通过导爆索10引爆射孔器8对下层煤层进行射孔，进行下部煤层的压裂改造，同时由Ⅰ、Ⅱ级推进装置产生部分向下运动的高温高压气体，帮助下部煤层射孔和延伸，同时部分高温高压气体由轴向泄气装置泄出，射孔器8下部接测压围堵9，测压围堵9反映压裂过程火药爆燃压力变化。
所述I级推进装置包括I级中心铝管12A，I级中心铝管12A内部中心设置有Ⅰ级辅助点火药5A，I级中心铝管12A内表面覆有阻燃层，I级中心铝管12A外侧设置有I级推进剂4；当I级中心铝管12A外壁的温度达到I级推进剂4的燃点，I级推进剂4产生大量高温高压气体继续作用煤层，帮助裂缝快速延伸。
所述Ⅱ级推进装置包括Ⅱ级中心铝管12B，Ⅱ级中心铝管12B内部中心设置有Ⅱ级辅助点火药5B，Ⅱ级中心铝管12B内表面覆有阻燃层，Ⅱ级中心铝管12B外侧设置有Ⅱ级推进剂11。
所述Ⅰ级推进剂4高燃速复合火药，压力为0～20MPa，燃速为u＝1.8912p0.9840。
所述Ⅱ级推进剂11低燃速复合火药，压力为20～65MPa，燃速为u＝0.2239p1.0975。
本发明的工作原理为：
阶段一：根据测井资料，明确煤层分布情况，优选连接杆7长度，通过作业管柱下入煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置至预定位置，向井内投放撞击针，使撞击起爆器1的活塞下滑，剪断安全销，活塞前端的击针击发起爆管座内的火工件，火工件爆炸后引爆导爆索，发射射孔弹，射孔弹产生的高温聚能流穿透枪管14预设的盲孔和套管射入煤层，预起裂煤层，高温金属聚能流引燃并安全引爆低爆速液体炸药2，二者复合作用下能够松动煤层，产生多条短裂缝；
阶段二：通过引燃Ⅰ级辅助点火药5A加热I级中心铝管12A，当I级中心铝管12A外壁的温度达到I级推进剂4的燃点，I级推进剂4产生大量高温高压气体继续作用煤层，帮助裂缝快速延伸，I级推进剂4采用高燃速复合火药；
阶段三：I级中心铝管12A下端连接延时点火装置6，延时点火装置6引燃Ⅱ级推进装置的Ⅱ级辅助点火药5B，当Ⅱ级中心铝管12B温度达到Ⅱ级推进剂11的燃点时，Ⅱ级推进剂11便会产生大量高温高压气体，产生的高温高压气体通过脉冲式加载方式作用煤层,将燃速快的推进剂药柱和燃速慢的推进剂药柱组配装填，燃速快的推进剂迅速燃烧，爆燃过程中迅速达到峰值压力；燃速慢的火药持续燃烧，作用在裂缝延伸过程中有效压力的时间延长,因此通过多个脉冲连续补充能量，从而在煤层中形成多条裂缝网络体系,Ⅱ级推进剂11采用低燃速复合火药；
阶段四：通过导爆索10引爆射孔器8对下层煤层进行射孔，进行下部煤层的压裂改造，同时由Ⅰ、Ⅱ级推进装置产生部分向下运动的高温高压气体，帮助下部煤层射孔和延伸，提高了能量利用率,同时部分高温高压气体由轴向泄气装置泄出，射孔器8下部接测压围堵9,测压围堵9反映压裂过程火药爆燃压力变化,经现场指挥确定点火后，观察1-6小时，若无异常现象，先泄压，起出剩余装置。
Claims (5)
1.一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，其特征在于，包括撞击起爆器(1)，撞击起爆器(1)下部连接射孔枪管(14),射孔枪管(14)内部设置有框型弹药架(13)，框型弹药架(13)上装载射孔弹；射孔枪管(14)的凹槽内嵌有胶囊包裹的低爆速液体炸药(2),所述射孔枪管(14)、框型弹药架(13)、低爆速液体炸药(2)共同构成复合射孔器(15)；复合射孔器(15)下部连接爆燃转换器(3)，所述爆燃转换器(3)下接Ⅰ级推进装置；I级推进装置下部连接延时点火装置(6)；延时点火装置(6)下部接Ⅱ级推进装置，Ⅱ级推进装置下部连接有连接杆(7)，连接杆(7)为无缝钢管，连接杆(7)内部设置有导爆索(10)，导爆索(10)连接Ⅱ级推进装置内的Ⅱ级辅助点火药(5B)；连接杆(7)下部接射孔器(8)，所述射孔器(8)连接测压尾堵(9)。
2.根据权利要求1所述的一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，其特征在于，所述I级推进装置包括I级中心铝管(12A)，I级中心铝管(12A)内部中心设置有Ⅰ级辅助点火药(5A)，I级中心铝管(12A)内表面覆有阻燃层，I级I级中心铝管(12A)外侧设置有I级推进剂(4)。
3.根据权利要求2所述的一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，其特征在于，所述Ⅰ级推进剂(4)为高燃速复合火药，压力为0～20MPa，燃速为u＝1.8912p0.9840。
4.根据权利要求1所述的一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，其特征在于，所述Ⅱ级推进装置包括Ⅱ级中心铝管(12B)，Ⅱ级中心铝管(12B)内部中心设置有Ⅱ级辅助点火药(5B)，Ⅱ级中心铝管(12B)内表面覆有阻燃层，Ⅱ级中心铝管(12B)外侧设置有Ⅱ级推进剂(11)。
5.根据权利要求4所述的一种煤层气层射孔多脉冲组合式压裂装置，其特征在于，所述Ⅱ级推进剂(11)为低燃速复合火药，压力为20～65MPa，燃速为u＝0.2239p1.0975。
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