專利名稱：一種通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增加頁巖氣采收率的方法及裝置，特別涉及通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的方法及裝置。
背景技術(shù)：
頁巖氣是一種新興的潔凈能源，因其儲量大、開采周期長等特點(diǎn)而倍受關(guān)注。然而作為儲氣載體的頁巖體因其天然孔隙率小，滲透率低，95%的頁巖氣井需要通過人工致裂的方式增加頁巖體滲透率，方可有工業(yè)開采價(jià)值。目前，人工致裂的方法主要包括兩類一是水力壓裂方法、二是泡沫壓裂方法。水力壓裂方法主要通過向鉆孔中注入高壓液體達(dá)到致裂巖層的目的。按照具體的壓裂工藝， 水力壓裂方法包括多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂等三種。多級壓裂是利用封堵球或限流技術(shù)分隔儲層不同層位進(jìn)行分段壓裂的技術(shù)。清水壓裂是利用大量清水注入地層誘導(dǎo)產(chǎn)生導(dǎo)流裂縫的壓裂技術(shù)。水力噴射壓裂是利用高速和高壓流體攜帶砂體進(jìn)行射孔并打開裂縫的壓裂技術(shù)。泡沫壓裂方法主要通過向鉆孔內(nèi)注入高壓的液氣混合體達(dá)到致裂巖層的目的。根據(jù)氣體成分的不同，泡沫壓裂方法可以分為氮?dú)馀菽瓑毫鸭岸趸寂菽瓑毫训葍煞N。水力壓裂方法及泡沫壓裂方法在頁巖層壓裂過程中均存在難以克服的缺點(diǎn)一是壓裂液中均配備有大量化學(xué)藥劑，對地層損害大；二是壓裂后期主裂縫貫通后，壓裂液的漏失較為嚴(yán)重；三是壓裂液的反排較慢。最主要的，頁巖氣的賦存形式以吸附氣為主，只有通過破碎的方法增加頁巖體的比表面積，才能增加吸附氣體的解析量，而上述兩類壓裂方法主要通過貫通巖體中的天然裂隙達(dá)到增產(chǎn)的目的，這與頁巖氣自身的賦存特性是不一致的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種通過粉碎頁巖體提高頁巖氣采收率的方法及裝置。一種通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置，所述裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼中， 包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置用于將其周圍的頁巖崩裂，氣體輸送裝置將由被崩裂的頁巖中滲出的頁巖氣輸送到地面。進(jìn)一步，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、輸藥管、起爆電路和起爆裝置；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過高強(qiáng)度連接柱連接，在下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過地面控制裝置控制起爆裝置的起爆； 輸藥管用于向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)中輸入炸藥。進(jìn)一步，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、起爆電路、起爆裝置和側(cè)壁；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過高強(qiáng)度連接柱連接，所述側(cè)壁與下隔離裝置和中隔離裝置組成一個(gè)封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過地面控制裝置控制起爆裝置的起爆。進(jìn)一步，所述高強(qiáng)度連接柱的數(shù)量為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。進(jìn)一步，所述起爆裝置的數(shù)量為可為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。進(jìn)一步，所述氣體輸送裝置包括中隔離裝置、上隔離裝置、油氣管、孔狀進(jìn)氣管； 上隔離裝置與中隔離裝置之間設(shè)置有孔狀進(jìn)氣管，孔狀進(jìn)氣管的一端設(shè)置在中隔離裝置的通孔中，另一端設(shè)置在上隔離裝置上的通孔中；孔狀進(jìn)氣管為帶有若干進(jìn)氣孔的管，油氣管的一端設(shè)置在上隔離裝置的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連。進(jìn)一步，所述下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、上隔離裝置、輸藥管、油氣管、孔狀進(jìn)氣管均采用金屬材料。進(jìn)一步，所述起爆裝置包括電雷管、數(shù)碼雷管；所述起爆方式包括電起爆、數(shù)碼起爆；所述炸藥包括液體炸藥、固體炸藥。一種通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的方法，在頁巖氣富集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置設(shè)置爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)；兩區(qū)相臨，但相互隔離，將所述爆炸至裂區(qū)內(nèi)的炸藥引爆后，將所述裸眼井側(cè)壁崩裂；頁巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。進(jìn)一步，在裸眼井壁的爆炸致裂區(qū)預(yù)設(shè)裂縫，爆炸致裂區(qū)爆炸后導(dǎo)致所述預(yù)設(shè)裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展并迅速貫通形成頁巖破碎帶，破碎帶內(nèi)的頁巖碎片解析出頁巖氣，頁巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過改變爆炸致裂區(qū)的藥量，可以增加頁巖體破碎區(qū)域的范圍；通過改變高強(qiáng)度連接柱的長度，可以增加爆炸致裂區(qū)的裝藥量；通過改變帶孔進(jìn)氣管的長度，可以增加氣體采集區(qū)的范圍。與水力壓裂及泡沫壓裂相比，爆炸致裂可以產(chǎn)生一定區(qū)域的頁巖體破碎帶，增加頁巖體的總比表面積，從而增加了頁巖氣的解析速率。


圖1為爆炸增加頁巖氣采收率的總體裝置圖； 圖2為輸藥、起爆裝置側(cè)視圖3為輸藥、起爆裝置正視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的方法在頁巖氣富集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，在裸眼井的指定位置隔離出爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)，兩區(qū)相鄰，并相互隔離開。在爆炸至裂區(qū)范圍內(nèi)的裸眼井側(cè)壁上設(shè)置若干預(yù)設(shè)裂縫。引爆爆炸致裂區(qū)內(nèi)的炸藥，炸藥爆炸后產(chǎn)生的高壓氣體作用于裸眼井壁的預(yù)設(shè)裂縫，裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展并迅速貫通形成頁巖破碎帶，破碎帶內(nèi)的頁巖碎片解析出頁巖氣，頁巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過裸眼井側(cè)壁的巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并通過氣體采集裝置輸送至地表。本發(fā)明中所公開的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置為 實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明所公開的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置包括下隔離裝置1、高強(qiáng)度連接柱2、中隔離裝置3、輸藥管6、起爆電路12和起爆裝置13。氣體輸送裝置包括中隔離裝置3、上隔離裝置4、油氣管7、孔狀進(jìn)氣管8。如圖1、2、3所示，本實(shí)施例中的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼5中。輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置中的下隔離裝置1、中隔離裝置3和上隔離裝置4為截面形狀與頁巖氣井裸眼5截面相同，具有一定厚度的柱狀結(jié)構(gòu)；并且中隔離裝置 3和上隔離裝置4上均帶有沿軸向貫穿的通孔。輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置分別在頁巖氣井鉆孔中分別對應(yīng)的是爆炸致裂區(qū)10及氣體采集區(qū)14。輸藥起爆裝置中的下隔離裝置 1和中隔離裝置3通過高強(qiáng)度連接柱2連接，高強(qiáng)度連接柱2的數(shù)量可為3-6個(gè)，優(yōu)選的為 4個(gè)。在下隔離裝置1的上表面與中隔離裝置3下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置13，起爆裝置的數(shù)量為可為3-6個(gè)，優(yōu)選的為4個(gè)。起爆裝置13通過設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱2內(nèi)的起爆電路12與地面控制裝置連接。并通過地面控制裝置控制起爆裝置13的起爆。氣體輸送裝置中上隔離裝置4與中隔離裝置3之間設(shè)置有孔狀進(jìn)氣管8，孔狀進(jìn)氣管8的一端設(shè)置在中隔離裝置3的通孔中，另一端設(shè)置在上隔離裝置4上的通孔中?？谞钸M(jìn)氣管8為帶有若干進(jìn)氣孔9的管，油氣管7的一端設(shè)置在上隔離裝置4的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連。輸藥管6通過油氣管7及孔狀進(jìn)氣管8插入到輸藥起爆裝置中，通過輸藥管6向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)10中輸入炸藥。工作時(shí)，使用鉆孔工具，在頁巖氣采集位置鉆孔，形成頁巖氣井裸眼5，并在輸藥起爆裝置范圍內(nèi)的裸眼5的側(cè)壁上設(shè)置若干預(yù)設(shè)裂縫11。將通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼5中并定位，定位后，通過輸藥管6向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)10中輸入炸藥，炸藥的輸入量可根據(jù)周圍巖體強(qiáng)度，所需裂縫深度等采集區(qū)的實(shí)際情況確定。炸藥加入后，將輸藥管6抽出，并關(guān)閉中隔離裝置3上的通孔，此時(shí)，爆炸致裂區(qū)10 及氣體采集區(qū)14相互隔離，不連通。啟動地面起爆控制裝置，起爆設(shè)置在下隔離裝置1的上表面與中隔離裝置3下表面上設(shè)置的若干個(gè)起爆裝置13，起爆裝置爆炸后，將爆炸致裂區(qū)10中的炸藥引爆，爆炸后形成的沖擊應(yīng)力波及高壓氣體導(dǎo)致爆炸致裂區(qū)10周圍頁巖體沿用預(yù)設(shè)裂縫11發(fā)生碎裂性破壞，碎裂狀的頁巖體解析出大量吸附頁巖氣，氣體由中隔離裝置3側(cè)壁的巖體縫隙進(jìn)入氣體采集區(qū)14，并通過孔狀進(jìn)氣管8進(jìn)入油氣管7中，并通過油氣管7輸送到地面，完成吸附頁巖氣的采集。采用電雷管起爆增加頁巖氣采收率的裝置，如圖1、2、3所示。下隔離裝置1、中隔離裝置3及上隔離裝置4的主體材料為4340型合金鋼，上述3個(gè)隔離裝置的內(nèi)徑均為 27. 9cm,高lm。用4根高強(qiáng)度連接柱2連接下隔離裝置1及中隔離裝置3，高強(qiáng)度連接柱2 采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制作，外徑5cm，高lm。用一根孔狀進(jìn)氣管8連接中隔離裝置3及上隔離裝置4，孔狀進(jìn)氣管8采用HP9-4-25型不銹鋼管制作，內(nèi)徑8cm，高lm?？谞钸M(jìn)氣管8的進(jìn)氣口 9孔徑為1cm，每環(huán)設(shè)3個(gè)進(jìn)氣口 9，等間距設(shè)置4環(huán)。輸藥管6采用無縫鋼管制作，內(nèi)徑 4cm0炸藥10選用TNT，裝藥密度為1100kg/m3，起爆雷管13為電雷管，起爆方式為電起爆。 預(yù)設(shè)裂縫11采用射孔彈完成。采用數(shù)碼雷管起爆增加頁巖氣采收率的裝置，如圖1、2、3所示。下隔離裝置1、中隔離裝置3及上隔離裝置4的主體材料為D6AC型合金鋼，上述3個(gè)隔離裝置的內(nèi)徑均為 27. 9cm,高an。用4根高強(qiáng)度連接柱2連接下隔離裝置1及中隔離裝置3，高強(qiáng)度連接柱2 采用17-7PH型不銹鋼制作，外徑7cm，高2m。用一根孔狀進(jìn)氣管8連接中隔離裝置3及上隔離裝置4，孔狀進(jìn)氣管8采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制作，內(nèi)徑10cm，高an?？谞钸M(jìn)氣管8的進(jìn)氣口 9 孔徑為2cm，每環(huán)設(shè)3個(gè)進(jìn)氣口 9，等間距設(shè)置4環(huán)。輸藥管6采用不銹鋼管制作，內(nèi)徑6cm。 炸藥10選用硝化甘油，裝藥密度為1200kg/m3，起爆雷管13為數(shù)碼雷管，起爆方式為數(shù)碼起爆。預(yù)設(shè)裂縫11采用機(jī)械割縫完成。實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1中所限定的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置的結(jié)構(gòu)和使用方法基本相同。其不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例中的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置中不包括輸藥管6，并且中隔離裝置3上不設(shè)置通孔，但可在上表面設(shè)置盲孔以便于孔狀進(jìn)氣管8的定位；輸藥起爆裝置為封閉結(jié)構(gòu)，即在下隔離裝置1與中隔離裝置3之間設(shè)置側(cè)壁結(jié)構(gòu)，將下隔離裝置1與中隔離裝置3之間用于裝炸藥的空間封閉起來。并在制作通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置時(shí)，預(yù)先將炸藥放入到輸藥起爆裝置中，然后再將整個(gè)裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼5中。本發(fā)明所公開的通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置中的下隔離裝置1、高強(qiáng)度連接柱2、中隔離裝置3、上隔離裝置4、輸藥管6、油氣管7、孔狀進(jìn)氣管8均采用金屬材料，例如，不銹鋼或合金鋼等。預(yù)設(shè)裂縫11的實(shí)現(xiàn)方式可以采用射孔彈，也可以采用機(jī)械割縫或水力割縫.起爆裝置包括電雷管、數(shù)碼雷管等，起爆方式包括電起爆、數(shù)碼起爆等；所述炸藥包括液體炸藥、固體炸藥等。
權(quán)利要求
1.一種通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼中，包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置用于將其周圍的頁巖崩裂， 氣體輸送裝置將由被崩裂的頁巖中滲出的頁巖氣輸送到地面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、輸藥管、起爆電路和起爆裝置；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過高強(qiáng)度連接柱連接，在下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過地面控制裝置控制起爆裝置的起爆；輸藥管用于向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)中輸入炸藥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、起爆電路、起爆裝置和側(cè)壁；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過高強(qiáng)度連接柱連接，所述側(cè)壁與下隔離裝置和中隔離裝置組成一個(gè)封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過地面控制裝置控制起爆裝置的起爆。
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述高強(qiáng)度連接柱的數(shù)量為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述起爆裝置的數(shù)量為可為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述氣體輸送裝置包括中隔離裝置、上隔離裝置、油氣管、孔狀進(jìn)氣管；上隔離裝置與中隔離裝置之間設(shè)置有孔狀進(jìn)氣管，孔狀進(jìn)氣管的一端設(shè)置在中隔離裝置的通孔中，另一端設(shè)置在上隔離裝置上的通孔中；孔狀進(jìn)氣管為帶有若干進(jìn)氣孔的管，油氣管的一端設(shè)置在上隔離裝置的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3和6中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、上隔離裝置、輸藥管、油氣管、孔狀進(jìn)氣管均采用金屬材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3中所述的增加頁巖氣采收率的裝置，其特征為，所述起爆裝置包括電雷管、數(shù)碼雷管；所述起爆方式包括電起爆、數(shù)碼起爆；所述炸藥包括液體炸藥、固體炸藥。
9.一種通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的方法，其特征為，在頁巖氣富集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置設(shè)置爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)；兩區(qū)相臨，但相互隔離，將所述爆炸至裂區(qū)內(nèi)的炸藥引爆后，將所述裸眼井側(cè)壁崩裂；頁巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述方法，其特征為，在裸眼井壁的爆炸致裂區(qū)預(yù)設(shè)裂縫，爆炸致裂區(qū)爆炸后導(dǎo)致所述預(yù)設(shè)裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展并迅速貫通形成頁巖破碎帶，破碎帶內(nèi)的頁巖碎片解析出頁巖氣，頁巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過爆炸方式增加頁巖氣采收率的裝置及方法，所述方法為在頁巖氣采集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置設(shè)置爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)；兩區(qū)相臨，但相互隔離，將所述爆炸至裂區(qū)內(nèi)的炸藥引爆后，將所述裸眼井側(cè)壁崩裂；頁巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。所述裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼中，包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置用于將其周圍的頁巖崩裂，氣體輸送裝置將由被崩裂的頁巖中滲出的頁巖氣輸送到地面。
文檔編號E21B43/248GK102168543SQ20111006427
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者馮春, 劉曉宇, 李世海 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所