井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法屬油、氣井壓裂完井【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及裝置和方法兩個(gè)技術(shù)方案，所述方法是采用井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置對(duì)井下地層進(jìn)行壓裂的方法，所述裝置在各級(jí)的智能壓力編碼起爆器控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力，使地層開裂形成多條裂縫，地層的流體增加滲透性容易被開采；該裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)有：能夠產(chǎn)生可適時(shí)控制的周期多壓力脈沖，使地層承受壓縮—膨脹—壓縮交變“共振”，促使裂隙有效延伸，形成新的裂隙網(wǎng)，提高地層滲透性；壓裂過程對(duì)地層與環(huán)境無污染，該方法還適用于水敏、酸敏地層；施工周期短、成本低、設(shè)備簡便，不受地形與水源的限制。
【專利說明】井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法屬油、氣井壓裂完井【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及的是一種井下地層壓裂開發(fā)的增產(chǎn)技術(shù)，特別涉及煤層氣井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置和井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層的方法兩個(gè)技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣是煤層本身自生自儲(chǔ)式的非常規(guī)天然氣，我國煤層氣資源豐富，居世界第三位。煤層氣不僅是一種新型的清潔能源，它的開發(fā)還有利于解除煤礦瓦斯災(zāi)害隱患、保護(hù)大氣環(huán)境等。
[0003]煤層氣在煤層中主要為吸附狀態(tài)，其開采必須經(jīng)歷解吸過程并通過擴(kuò)散和滲流后才能由井筒產(chǎn)出?，F(xiàn)在應(yīng)用較多的技術(shù)是“垂直井——射孔完井——壓裂加砂——抽排降液——解吸氣體”的施工工藝流程。我國煤層氣儲(chǔ)層由于成煤期后構(gòu)造破壞強(qiáng)烈，構(gòu)造煤發(fā)育，因此大多屬于低滲透、強(qiáng)吸附煤儲(chǔ)層，致使煤層氣開采難以實(shí)施。鑒于我國煤氣層的不利地質(zhì)特性，煤層氣增產(chǎn)的關(guān)鍵是對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造以提高煤層氣的滲透性。目前國內(nèi)煤層氣井地面開采借鑒和移植了石油、天然氣井開采的成熟技術(shù)和工藝，如水力加砂壓裂技術(shù)、泡沫壓裂技術(shù)、液態(tài)氣體壓裂技術(shù)、高能氣體壓裂技術(shù)等。但是由于煤氣層的力學(xué)性質(zhì)和地質(zhì)參數(shù)的特殊性，與石油、天然氣的砂巖存在巨大差異，導(dǎo)致實(shí)際施工效果不理想。這些技術(shù)主要優(yōu)缺點(diǎn)分別是，水力加砂壓裂規(guī)模大，能形成大范圍的裂縫，但是會(huì)傷害儲(chǔ)層，壓裂液返排時(shí)間長，壓裂液內(nèi)的化學(xué)添加劑會(huì)污染地層，產(chǎn)氣效果不穩(wěn)定；泡沫壓裂對(duì)煤層的傷害相對(duì)小一些，但是攜砂能力弱，成本高；采用液態(tài)CO2或N2對(duì)煤層進(jìn)行壓裂往往與其它壓裂技術(shù)配合使用，但是施工難度高，費(fèi)用非常昂貴，對(duì)煤層氣井的產(chǎn)出收益來講無法承受；高能氣體壓裂技術(shù)施工簡便，成本低，增產(chǎn)效果明顯，但是規(guī)模相對(duì)比較小，產(chǎn)量衰減快。
[0004]水力壓裂是目前較常用的煤層氣改造措施，由于其壓力上升緩慢，產(chǎn)生和形成裂縫受到地層主應(yīng)力控制，一般只能形成一條雙翼型主裂縫。但離主裂縫較遠(yuǎn)的煤氣層難以再產(chǎn)生裂縫，煤氣層的滲透性和孔隙度沒有得到改善，煤層氣也難以解吸出來，所以有些井水力壓裂后衰減較快，重復(fù)壓裂改造也難以改變。開采煤層氣的關(guān)鍵是提高煤氣層的滲透性和壓裂的規(guī)模，使煤層原有的微裂隙與壓裂的人工裂縫相溝通，創(chuàng)造有利于煤層氣解吸和運(yùn)移的條件。
[0005]針對(duì)現(xiàn)有壓裂技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了利用含能材料燃燒驅(qū)動(dòng)高壓氣體產(chǎn)生超臨界高能流體，并采用智能控制起爆技術(shù)產(chǎn)生與煤層動(dòng)態(tài)破裂特性相匹配的脈動(dòng)壓力，提升壓裂效果和規(guī)模。本發(fā)明所公布的壓裂裝置和方法克服了水力壓裂壓力上升時(shí)間慢，流量受限，濾失嚴(yán)重，易傷害儲(chǔ)層等問題，同時(shí)也解決了高能氣體壓裂規(guī)模小的不足，并能夠適時(shí)控制脈沖的壓力值和周期，使煤層承受壓縮一膨脹一壓縮交變“共振”應(yīng)力作用，產(chǎn)生一定的放大效應(yīng)，促使裂隙有效延伸，形成新的裂隙網(wǎng)。本發(fā)明的壓裂介質(zhì)是高能氣體，在壓裂過程中不會(huì)對(duì)地層的滲透性等形成傷害。本發(fā)明產(chǎn)生高能氣體的生成速度快，能量集中，壓裂過程能量損失小。氣體的升壓速度快，氣體壓裂介質(zhì)流動(dòng)性比液體好，可以在地層中形成不受地應(yīng)力控制的多條裂縫，從而溝通更大的體積。采用井下多級(jí)起爆控制技術(shù)，使能量的釋放可控，產(chǎn)生多級(jí)強(qiáng)壓力脈沖，更加適應(yīng)不同地質(zhì)條件地層的壓裂特性。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)感受爆炸過程的壓力變化，實(shí)現(xiàn)了壓裂過程的實(shí)時(shí)控制、智能化和安全性，能夠根據(jù)地層的實(shí)際反應(yīng)優(yōu)化壓裂過程，提高壓裂效果。本發(fā)明與水力壓裂的機(jī)理不同，可用于廢井、老井的重新壓裂，使其形成新的裂縫恢復(fù)生產(chǎn)。某些新井由于地形、水源、交通等限制不便于實(shí)施大規(guī)模水力壓裂，本技術(shù)可以作為一項(xiàng)簡便的替代性壓裂技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:向社會(huì)提供這種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法兩個(gè)技術(shù)方案。本發(fā)明提出了利用含能材料燃燒驅(qū)動(dòng)高壓氣體產(chǎn)生超臨界高能流體，并采用智能控制起爆技術(shù)產(chǎn)生與煤層動(dòng)態(tài)破裂特性相匹配的脈動(dòng)壓力，提升壓裂效果和規(guī)模。本技術(shù)與水力壓裂的機(jī)理不同，可用于廢井、老井的重新壓裂，使其形成新的裂縫恢復(fù)生產(chǎn)；對(duì)于某些新井由于地形、水源、交通等限制不便于實(shí)施大規(guī)模水力壓裂，可以采用本技術(shù)作為一項(xiàng)簡便的替代性壓裂技術(shù)。本發(fā)明的兩個(gè)技術(shù)方案于下:
關(guān)于裝置的技術(shù)方案是這樣的:這種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，每級(jí)包括有:智能壓力編碼起爆器、點(diǎn)火雷管、導(dǎo)爆索、含能材料、壓裂裝藥機(jī)械外筒、承壓破膜組件、氣體混合篩管組件、高壓氣體、高壓氣體機(jī)械外筒、注泄氣組件、泄壓篩筒、泄壓堵片、下堵頭，以及該裝置的軟件系統(tǒng)。技術(shù)特點(diǎn)在于:所述的該裝置是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合成井下地層進(jìn)行壓裂的裝置，該裝置的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在各自的智能壓力編碼起爆器控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力源，在這種動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力的作用下，地層開裂形成多條裂縫，增加地層的滲透性，使地層內(nèi)的資源更容易被開采。所述的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器可以根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適的級(jí)數(shù)并組裝。
[0007]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，技術(shù)特點(diǎn)還有:所述的該裝置要進(jìn)行:a.編程設(shè)定:井下多級(jí)智能壓力編碼起爆器編程設(shè)定。所述的編程是通過上位PC機(jī)專用軟件程序編程。b.組裝與聯(lián)調(diào):多級(jí)高壓氣體脈沖壓裂地層裝置在地面組裝，組裝后進(jìn)行裝置聯(lián)調(diào)以備用。
[0008]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，技術(shù)特點(diǎn)還有:a.所述該井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置的多級(jí)智能壓力編碼起爆器開始起爆之前，含能材料、高壓氣體兩種能量源處于不同的容器中被隔離放置，含能材料存放在壓裂裝藥機(jī)械外筒中，高壓氣體存放在高壓氣體機(jī)械外筒中，壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間由承壓破膜組件隔離，高壓氣體機(jī)械外筒的另一端安裝有另外一套壓力破膜，含能材料選擇固體火藥或液體火藥、或其他含能材料，所述的其他含能材料如固體火箭推進(jìn)劑、炸藥、煙火劑、發(fā)射藥等。高壓氣體選擇CO2、或N2、或其他氣體。所述的其他氣體如CO2與N2的混合氣體等。b.所述的該裝置的壓裂裝藥機(jī)械外筒中的含能材料被點(diǎn)燃后產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，隨著燃燒的持續(xù)該高溫高壓氣體產(chǎn)生的壓力值超過壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間破膜片的壓力閾值，該高溫高壓氣體沖破破膜片進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒中，高溫高壓氣體與高壓氣體機(jī)械外筒中的高壓氣體混合以后,沖破高壓氣體機(jī)械外筒另一端的另外一套壓力破膜，進(jìn)而推開泄壓篩筒上的泄壓堵片，高溫高壓氣體進(jìn)入井內(nèi)開始?jí)毫训貙印Ｋ龅暮懿牧先萜?即壓裂裝藥機(jī)械外筒)、高壓氣體容器(即高壓氣體機(jī)械外筒)的容積大小的選擇，所述的含能材料、高壓氣體品種及其數(shù)量的選擇，還有各級(jí)破膜片、泄壓堵片以及它們的壓力閾值的選擇，都有相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。
[0009]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，技術(shù)特點(diǎn)還有所述的該裝置起爆由多級(jí)智能壓力編碼起爆器根據(jù)測試到的井內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力的變化，選擇合適的時(shí)機(jī)開始起爆，該時(shí)機(jī)通過對(duì)智能壓力編碼起爆器編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，編程設(shè)置選擇預(yù)先設(shè)置，編程調(diào)節(jié)選擇在前一級(jí)智能壓力編碼起爆器產(chǎn)生壓力脈沖的下降沿開始起爆，或根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的起爆壓力信號(hào)使本級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器起爆。所述的對(duì)智能壓力編碼起爆器編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，選擇進(jìn)行編程設(shè)置的預(yù)先設(shè)置或編程調(diào)節(jié)都應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇采用合適的編程設(shè)置參數(shù)。
[0010]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，技術(shù)特點(diǎn)還有:a.所述的智能壓力編碼起爆器具有高速采樣和低速采樣不同的工作狀態(tài)，選擇根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征改變自身的采樣率。所述的井內(nèi)壓力信號(hào)的特征是根據(jù)實(shí)時(shí)加壓的三個(gè)壓力臺(tái)階是否結(jié)束，滿足三個(gè)壓力臺(tái)階后各級(jí)智能壓力編碼起爆器均由低速采集變?yōu)楦咚俨杉８骷?jí)智能壓力編碼起爆器通過上位機(jī)軟件編程設(shè)定，按照軟件發(fā)出的“開始采集”命令之后便開始低速采集，下井過程也是低速采集。等壓裂裝置下到預(yù)定目標(biāo)壓裂巖層后，施工人員會(huì)通過加壓泵向井口注入壓裂液對(duì)井內(nèi)加壓，加壓過程是有秩序、有預(yù)先設(shè)定的。預(yù)定的三個(gè)壓力臺(tái)階是這樣實(shí)現(xiàn)的:加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第一個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持這個(gè)壓力并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)壓力臺(tái)階，該壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器軟件中的第一個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第二個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第二級(jí)壓力臺(tái)階，該第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器軟件中的第二個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第三個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第三級(jí)壓力臺(tái)階，該第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器軟件中的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短還是一致的。如此便實(shí)現(xiàn)了三個(gè)壓力臺(tái)階的具體設(shè)置和具體操作執(zhí)行過程。當(dāng)然，依照上述設(shè)置和操作可以實(shí)現(xiàn)任意個(gè)數(shù)目的壓力臺(tái)階的設(shè)置和操作，具有靈活性和任意性。所述的多級(jí)智能壓力編碼起爆器是通過這樣的判斷實(shí)現(xiàn)從低速采集切換到高速采集狀態(tài)的:當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第一個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第一個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器則認(rèn)為滿足了第一級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第二級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則一直把實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第一級(jí)壓力臺(tái)階值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第二個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第二個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間長短均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器則認(rèn)為滿足了第二級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第三級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則繼續(xù)將實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第二級(jí)壓力值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第三個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)各級(jí)智能壓力編碼起爆器認(rèn)為滿足了第三級(jí)壓力臺(tái)階的條件和滿足了三個(gè)壓力臺(tái)階，各級(jí)智能壓力編碼起爆器均改變狀態(tài)開始高速采集。該多級(jí)智能壓力編碼起爆器通過多個(gè)壓力臺(tái)階判斷改變狀態(tài)開始高速采集的方法是本技術(shù)方案的一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。所述的智能壓力編碼起爆器根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征選擇自身的采樣速率是低速1Hz，高速125kHz。b.所述的智能高壓氣體脈沖壓裂器選擇單級(jí)使用、或多級(jí)級(jí)聯(lián)使用。所述的選擇使用單級(jí)或多級(jí)的智能高壓氣體脈沖壓裂器應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適級(jí)數(shù)。c.所述的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在井下環(huán)空產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力是多級(jí)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力。d.所述的泄壓篩筒泄壓孔上設(shè)置有密封泄壓堵片。
[0011]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，技術(shù)特點(diǎn)還有:
a.所述的該裝置的氣體混合篩管組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:轉(zhuǎn)接盒通過自身前端的轉(zhuǎn)接頭與承壓破膜組件連接，轉(zhuǎn)接盒后端與篩管通過螺紋連接，氣體混合篩管組件與高壓氣體機(jī)械外筒同軸線且篩管長度與高壓氣體機(jī)械外筒長度相當(dāng)?shù)卦O(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒當(dāng)中，篩管底端設(shè)有螺紋堵片，篩管遍體均勻分布有篩孔，便于含能材料燃燒產(chǎn)生的高溫氣體迅速外泄與高壓氣體機(jī)械外筒中的高壓氣體均勻充分混合。氣體混合篩管組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。b.所述的該裝置的注泄氣組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:注泄氣組件有注氣和泄氣兩種功能，注泄氣組件同軸線地依靠注泄氣組件殼體連接并設(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒和泄壓篩筒間，泄氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)有:在注泄氣組件殼體軸向設(shè)置泄氣口，泄氣口前端與高壓氣體機(jī)械外筒末端連通，泄氣口末端與泄壓篩筒前端連通，支撐螺環(huán)靠螺紋連接在泄氣口中部，支撐螺環(huán)環(huán)口與泄氣口通連，支撐螺環(huán)下面設(shè)置切割篩片，切割篩片上均勻分布有篩孔，支撐螺環(huán)環(huán)口和切割篩片篩孔通連，切割篩片靠螺紋連接在泄氣口內(nèi)并與支撐螺環(huán)貼緊安裝，支撐螺環(huán)下端環(huán)口內(nèi)邊緣與采用鋼或鋁薄金屬片做成的壓力破膜焊接密封固定，支撐螺環(huán)外周邊設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)置有氟橡膠密封O型圈，泄氣口通道靠氟橡膠密封O型圈和壓力破膜將高壓氣體機(jī)械外筒和泄氣篩筒密封隔離，當(dāng)起爆后高壓氣體壓力迅速升高將壓力破膜經(jīng)切割篩片上的篩孔壓破，高壓氣體從切割篩片篩孔進(jìn)入泄氣篩筒，再從泄氣篩筒的篩孔經(jīng)泄壓堵片沖出壓裂地層。注氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:在注泄氣組件殼體中部徑向開設(shè)與外界相通的注氣孔，在注泄氣組件殼體泄氣口旁軸向設(shè)置導(dǎo)通孔，導(dǎo)通孔前端與高壓氣體機(jī)械外筒末端連通，導(dǎo)通孔與注氣孔垂直相交連通，導(dǎo)通孔下部設(shè)置有開關(guān)螺柱，開關(guān)螺柱中部環(huán)柱面設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)設(shè)置有高溫密封O型圈，靠該高溫密封O型圈密封導(dǎo)通孔末端并形成注氣孔與導(dǎo)通孔通道，開關(guān)螺柱下端設(shè)置有旋進(jìn)槽，開關(guān)螺柱頂端設(shè)置有密封墊，依靠旋進(jìn)槽旋進(jìn)開關(guān)螺柱與密封墊頂住并關(guān)斷注氣孔和導(dǎo)通孔，既實(shí)現(xiàn)注氣功能并使高壓氣體密封，反向旋轉(zhuǎn)旋進(jìn)槽旋退開關(guān)螺柱與密封墊分離并連通注氣孔和導(dǎo)通孔，即可實(shí)現(xiàn)將高壓氣體的放出。注泄氣組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的又一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。當(dāng)需要重新注入高壓氣體時(shí)，可通過控制旋進(jìn)槽旋出開關(guān)螺柱，通過注氣孔注入高壓氣體，高壓氣體通過導(dǎo)通孔進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒內(nèi)，當(dāng)注滿氣體后，旋緊開關(guān)螺柱頂緊密封墊堵住導(dǎo)通孔和注氣孔通路，從而將高壓氣體密封在高壓氣體機(jī)械外筒中。如此操作可實(shí)現(xiàn)多次注氣，本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置也可重復(fù)多次使用。
[0012]關(guān)于方法的技術(shù)方案是這樣的:這種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，技術(shù)特點(diǎn)在于:所述的該方法是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合裝置對(duì)井下地層進(jìn)行壓裂的方法，所述的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在各自的智能壓力編碼起爆器控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力，在這種動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力的作用下，地層開裂形成多條裂縫，增加地層的滲透性，使地層內(nèi)的資源更容易被開采。所述的該裝置的每級(jí)包括有:智能壓力編碼起爆器、點(diǎn)火雷管、導(dǎo)爆索、含能材料、壓裂裝藥機(jī)械外筒、承壓破膜組件、氣體混合篩管組件、高壓氣體、高壓氣體機(jī)械外筒、注泄氣組件、泄壓篩筒、泄壓堵片、下堵頭等，以及該裝置的軟件系統(tǒng)。所述的多級(jí)可以根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要級(jí)數(shù)選擇合適的級(jí)數(shù)并組裝。
[0013]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，技術(shù)特點(diǎn)還有:所述的該方法采用的裝置要進(jìn)行:a.編程設(shè)定:井下多級(jí)智能壓力編碼起爆器編程設(shè)定。所述的編程是通過上位PC機(jī)專用軟件程序編程。b.組裝與聯(lián)調(diào):多級(jí)高壓氣體脈沖壓裂地層裝置在地面組裝，組裝后進(jìn)行裝置聯(lián)調(diào)以備用。
根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，技術(shù)特點(diǎn)有:a.所述該方法是在井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置的多級(jí)智能壓力編碼起爆器發(fā)出起爆命令之前，含能材料存放在壓裂裝藥機(jī)械外筒中，高壓氣體存放在高壓氣體機(jī)械外筒中，壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間由承壓破膜組件隔離，高壓氣體機(jī)械外筒的另一端安裝有另外一套壓力破膜，含能材料選擇固體火藥或液體火藥、或其他含能材料，所述的其他含能材料如是固體火箭推進(jìn)劑、炸藥、煙火劑、發(fā)射藥等。高壓氣體選擇CO2、或N2、或其他氣體。所述的其他氣體如CO2與N2的混合氣體等。b.所述的該方法是將井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置的含能材料點(diǎn)燃，然后產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，隨著燃燒的持續(xù)該高溫高壓氣體產(chǎn)生的壓力值超過壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間的破膜片的壓力閾值，該高溫高壓氣體沖破破膜片進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒內(nèi)，高溫高壓氣體與高壓氣體機(jī)械外筒中的高壓氣體混合以后，沖破高壓氣體機(jī)械外筒另一端的另外一套壓力破膜，進(jìn)而推開泄壓篩筒上的泄壓堵片，高溫高壓氣體進(jìn)入井內(nèi)開始?jí)毫训貙印Ｋ龅暮懿牧先萜?即壓裂裝藥機(jī)械外筒)、高壓氣體容器(即高壓氣體機(jī)械外筒)的容積大小的選擇，所述的含能材料、高壓氣體品種及其數(shù)量的選擇，還有各級(jí)破膜片、泄壓堵片以及它們的壓力閾值的選擇，都有相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。
[0014]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，技術(shù)特點(diǎn)還有:所述的該方法是采用多級(jí)智能壓力編碼起爆器根據(jù)測試到的井內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力的變化，選擇合適的時(shí)機(jī)起爆各級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器，該時(shí)機(jī)通過對(duì)智能壓力編碼起爆器編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，編程設(shè)置選擇預(yù)先設(shè)置，編程調(diào)節(jié)選擇在前一級(jí)智能壓力編碼起爆器產(chǎn)生壓力脈沖的下降沿開始起爆，或根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的起爆壓力信號(hào)使本級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器起爆。所述的對(duì)智能壓力編碼起爆器編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，選擇進(jìn)行編程設(shè)置的預(yù)先設(shè)置或編程調(diào)節(jié)都應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇采用合適的編程設(shè)置參數(shù)。
[0015]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，技術(shù)特點(diǎn)還有:a.所述的智能壓力編碼起爆器具有高速采樣和低速采樣不同的工作狀態(tài)，選擇根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征改變自身的采樣率。所述的井內(nèi)壓力信號(hào)的特征是根據(jù)實(shí)時(shí)加壓的三個(gè)壓力臺(tái)階是否結(jié)束，滿足三個(gè)壓力臺(tái)階后各級(jí)智能壓力編碼起爆器均由低速采集變?yōu)楦咚俨杉?，各?jí)智能壓力編碼起爆器通過上位機(jī)軟件編程設(shè)定，收到軟件發(fā)出的“開始采集”命令之后便開始低速采集，下井過程也是低速采集。等壓裂裝置下到預(yù)定目標(biāo)壓裂巖層后，施工人員會(huì)通過加壓泵向井口注入壓裂液對(duì)井內(nèi)加壓，加壓過程是有秩序、有預(yù)先設(shè)定的。預(yù)定的三個(gè)壓力臺(tái)階是這樣實(shí)現(xiàn)的:加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第一個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持這個(gè)壓力并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)壓力臺(tái)階，該壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器軟件中的第一個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第二個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第二級(jí)壓力臺(tái)階，該第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器軟件中的第二個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第三個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第三級(jí)壓力臺(tái)階，該第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器軟件中的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短還是一致的。如此便實(shí)現(xiàn)了三個(gè)壓力臺(tái)階的具體設(shè)置和具體操作執(zhí)行過程。當(dāng)然，依照上述設(shè)置和操作可以實(shí)現(xiàn)任意個(gè)數(shù)目的壓力臺(tái)階的設(shè)置和操作，具有靈活性和任意性。所述的多級(jí)智能壓力編碼起爆器是通過這樣的判斷實(shí)現(xiàn)從低速采集切換到高速采集狀態(tài)的:當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第一個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第一個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器則認(rèn)為滿足了第一級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第二級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則一直把實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第一級(jí)壓力臺(tái)階值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第二個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第二個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間長短均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器則認(rèn)為滿足了第二級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第三級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則繼續(xù)將實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第二級(jí)壓力值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第三個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)各級(jí)智能壓力編碼起爆器認(rèn)為滿足了第三級(jí)壓力臺(tái)階的條件和滿足了三個(gè)壓力臺(tái)階后，各級(jí)智能壓力編碼起爆器均改變狀態(tài)開始高速采集。所述的智能壓力編碼起爆器根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征選擇自身的采樣速率是低速1Hz，高速125Hz。b.所述的智能高壓氣體脈沖壓裂器選擇單級(jí)使用、或多級(jí)級(jí)聯(lián)使用。所述的選擇使用單級(jí)或多級(jí)的智能高壓氣體脈沖壓裂器應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適級(jí)數(shù)。
c.所述的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在井下環(huán)空產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力是多級(jí)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力。d.所述的泄壓篩筒泄壓孔上設(shè)置有密封泄壓堵片。
[0016]根據(jù)以上所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，技術(shù)特點(diǎn)還有:a.所述的該裝置的氣體混合篩管組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:轉(zhuǎn)接盒通過自身前端的轉(zhuǎn)接頭與承壓破膜組件連接，轉(zhuǎn)接盒后端與篩管通過螺紋連接，氣體混合篩管組件與高壓氣體機(jī)械外筒同軸線且篩管長度和高壓氣體機(jī)械外筒長度相當(dāng)?shù)卦O(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒當(dāng)中，篩管底端設(shè)有螺紋堵片，篩管遍體均勻分布有篩孔，便于含能材料燃燒產(chǎn)生的高溫氣體迅速外泄與高壓氣體機(jī)械外筒中的高壓氣體均勻充分混合。氣體混合篩管組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。b.所述的該裝置的注泄氣組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:注泄氣組件有注氣和泄氣兩種功能，注泄氣組件同軸線地依靠注泄氣組件殼體連接并設(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒和泄壓篩筒間，泄氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)有:在注泄氣組件殼體軸向設(shè)置泄氣口，泄氣口前端與高壓氣體機(jī)械外筒末端連通，泄氣口末端與泄壓篩筒前端連通，支撐螺環(huán)靠螺紋連接在泄氣口中部，支撐螺環(huán)環(huán)口與泄氣口通連，支撐螺環(huán)下面設(shè)置切割篩片，切割篩片上均勻分布有篩孔，支撐螺環(huán)環(huán)口和切割篩片篩孔通連，切割篩片靠螺紋連接在泄氣口內(nèi)并與支撐螺環(huán)貼緊安裝，支撐螺環(huán)下端環(huán)口內(nèi)邊緣與采用鋼或鋁薄金屬片做成的壓力破膜焊接密封固定，支撐螺環(huán)外周邊設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)置有氟橡膠密封O型圈，泄氣口通道靠氟橡膠密封O型圈和壓力破膜將高壓氣體機(jī)械外筒和泄氣篩筒密封隔離，當(dāng)起爆后高壓氣體壓力迅速升高將壓力破膜經(jīng)切割篩片上的篩孔壓破，高壓氣體從切割篩片篩孔進(jìn)入泄氣篩筒，再從泄氣篩筒的篩孔經(jīng)泄壓堵片沖出壓裂地層。注氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:在注泄氣組件殼體中部徑向開設(shè)與外界相通的注氣孔，在注泄氣組件殼體泄氣口旁軸向設(shè)置導(dǎo)通孔，導(dǎo)通孔前端與高壓氣體機(jī)械外筒末端連通，導(dǎo)通孔與注氣孔垂直相交連通，導(dǎo)通孔下部設(shè)置有開關(guān)螺柱，開關(guān)螺柱中部環(huán)柱面設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)設(shè)置有高溫密封O型圈，靠該高溫密封O型圈密封導(dǎo)通孔末端并形成注氣孔與導(dǎo)通孔通道，開關(guān)螺柱下端設(shè)置有旋進(jìn)槽，開關(guān)螺柱頂端設(shè)置有密封墊，依靠旋進(jìn)槽旋進(jìn)開關(guān)螺柱與密封墊頂住并關(guān)斷注氣孔和導(dǎo)通孔，既實(shí)現(xiàn)注氣功能并使高壓氣體密封，反向旋轉(zhuǎn)旋進(jìn)槽旋退開關(guān)螺柱與密封墊分離并連通注氣孔和導(dǎo)通孔，即可實(shí)現(xiàn)將高壓氣體的放出。注泄氣組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的又一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。當(dāng)需要重新注入高壓氣體時(shí)，可通過控制旋進(jìn)槽旋出開關(guān)螺柱，通過注氣孔注入高壓氣體，高壓氣體通過導(dǎo)通孔進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒內(nèi)，當(dāng)注滿氣體后，旋緊開關(guān)螺柱頂緊密封墊堵住導(dǎo)通孔和注氣孔通路，從而將高壓氣體密封在高壓氣體機(jī)械外筒中。如此操作可實(shí)現(xiàn)多次注氣，本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置也可重復(fù)多次使用。
[0017]本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置優(yōu)點(diǎn)有:1.能夠產(chǎn)生可適時(shí)控制壓力值和周期的多壓力脈沖，使地層承受壓縮一膨脹一壓縮交變“共振”應(yīng)力作用，促使裂隙有效延伸，形成新的裂隙網(wǎng)；2.壓裂過程實(shí)時(shí)可控，可以避免壓力值過高，對(duì)井具有保護(hù)作用；3.壓裂源為無害氣體對(duì)地層與環(huán)境無污染、易返排，還適用于常規(guī)增產(chǎn)措施無法作業(yè)的地層，如水敏、酸敏地層；4.施工周期短、成本低、設(shè)備及施工簡便且不受地形與水源的限制；5.可形成多條方向不受地應(yīng)力影響的裂縫，溝通地層原生裂縫，擴(kuò)大泄流面積，產(chǎn)生強(qiáng)脈沖震蕩使地層巖性基質(zhì)微錯(cuò)動(dòng)變化，提高地層滲透性。本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法優(yōu)點(diǎn)有:1.能夠產(chǎn)生可適時(shí)控制壓力值和周期的多壓力脈沖，使地層承受壓縮一膨脹一壓縮交變“共振”應(yīng)力作用，促使裂隙有效延伸，形成新的裂隙網(wǎng)；
2.壓裂過程實(shí)時(shí)可控，可以避免壓力值過高，對(duì)井具有保護(hù)作用；3.壓裂源為無害氣體對(duì)地層與環(huán)境無污染、易返排，還適用于常規(guī)增產(chǎn)措施無法作業(yè)的地層，如水敏、酸敏地層；4.施工周期短、成本低、設(shè)備及施工簡便且不受地形與水源的限制；5.可形成多條方向不受地應(yīng)力影響的裂縫，溝通地層原生裂縫，擴(kuò)大泄流面積，產(chǎn)生強(qiáng)脈沖震蕩使地層巖性基質(zhì)微錯(cuò)動(dòng)變化，提高地層滲透性。這種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法值得采用和推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的說明書附圖共有10幅:
圖1是井下一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖2是智能壓力編碼起爆器結(jié)構(gòu)圖；
圖3是智能壓力編碼起爆器結(jié)構(gòu)方框圖；
圖4是承壓破膜組件結(jié)構(gòu)圖；
圖5是氣體混合篩管組件結(jié)構(gòu)圖；
圖6是注泄氣組件結(jié)構(gòu)圖；
圖7是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作示意圖；
圖8是智能壓力編碼起爆器工作流程圖；
圖9是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作流程圖；
圖10是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作壓力曲線圖。
[0019]在各圖中米用了統(tǒng)一標(biāo)號(hào)，即同一物件在各圖中用同一標(biāo)號(hào)。在各圖中:1.智能壓力編碼起爆器；2.點(diǎn)火雷管；3.導(dǎo)爆索；4.含能材料；5.壓裂裝藥機(jī)械外筒；6.承壓破膜組件；7.氣體混合篩管組件；8.高壓氣體；9.高壓氣體機(jī)械外筒；10.注泄氣組件；
11.泄壓篩筒；12.泄壓堵片；13.下堵頭；14.智能壓力編碼起爆器外部機(jī)械殼體；15.壓力傳感器傳壓通道；16.壓力傳感器；17.耐高溫O型圈；18.智能壓力編碼起爆器電路模塊；19.壓螺；20.點(diǎn)火雷管點(diǎn)火線；21.傳感器適配放大電路；22.A/D轉(zhuǎn)換電路；23.主控制器；24.開關(guān)電路；25.高溫電池；26.通信接口 ；27.上位機(jī)及軟件；28.破膜片；29.密封支撐螺環(huán)；30.密封O型圈；31.破膜切割板；32.轉(zhuǎn)接頭；33.轉(zhuǎn)接盒；34.篩管；35.篩孔；36.螺紋堵片；37.注泄氣組件殼體；38.切割篩片；39.氟橡膠密封O型圈；40.支撐螺環(huán)；41.壓力破膜；42.注氣導(dǎo)通孔；43.密封墊；44.注氣孔；45.高溫密封O型圈；46.開關(guān)螺柱；47.安裝旋進(jìn)槽；48.井壁；49.油管；50.壓井液；51.注液閥門；52.注液泵；53.射孔通道；54.智能高壓氣體脈沖壓裂器；55.安裝準(zhǔn)備階段；56.編程設(shè)置；57.開始低速采集壓力；58.判斷是否等于設(shè)定的第一個(gè)壓力臺(tái)階；59.判斷是否等于設(shè)定的第二個(gè)壓力臺(tái)階；60.判斷是否等于設(shè)定的第三個(gè)壓力臺(tái)階；61.開始高速采集壓力；62.判斷高壓脈沖數(shù)是否等于N;63.高速采集爆炸壓力；64.判斷爆炸高壓膨脹是否結(jié)束；65.起爆本級(jí)點(diǎn)火雷管；66.本級(jí)智能壓力編碼起爆器結(jié)束；67.智能高壓氣體脈沖壓裂器使用前準(zhǔn)備工作；68.各級(jí)智能壓力編碼器編程設(shè)定；69.第一級(jí)智能壓力編碼起爆器與第一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器裝配；70.順序裝配其他各級(jí)智能壓力編碼起爆器和智能高壓氣體脈沖壓裂器；71.將智能高壓氣體脈沖壓裂器串送到井下；72.到達(dá)壓裂層位；73.封井口 ；74.從井口向井下環(huán)形空間按設(shè)定的起爆壓力臺(tái)階加壓；75.各級(jí)智能壓力編碼起爆器采集到起爆壓力臺(tái)階；76.第一級(jí)智能壓力編碼起爆器滿足起爆條件開始點(diǎn)火；77.判斷第i級(jí)智能壓力編碼起爆器點(diǎn)火條件是否成立；78.第i級(jí)智能壓力編碼起爆器開始點(diǎn)火；79.級(jí)數(shù)計(jì)數(shù)加一 ；80.判斷爆炸級(jí)數(shù)是否達(dá)到最大；81.本次壓裂過程結(jié)束；82.地面安裝及下井階段；83.第一壓力臺(tái)階階段；84.第二壓力臺(tái)階階段；85.第三壓力臺(tái)階階段；86.智能壓力編碼起爆器延時(shí)階段；87.第一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器爆炸壓力脈沖；88.第二級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器動(dòng)態(tài)壓力脈沖；89.其他各級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器產(chǎn)生的壓力波形；90.最后一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器動(dòng)態(tài)壓力脈沖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置及其方法的實(shí)施例包括兩部分，其一是關(guān)于裝置的實(shí)施例；其二是關(guān)于方法的實(shí)施例。
[0021]本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置非限定實(shí)施例如下:
實(shí)施例一.井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置
該例的這種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置具體結(jié)構(gòu)由圖1?圖10聯(lián)合示出，圖1所示的是井下一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖1中所示每級(jí)包括有:I是智能壓力編碼起爆器，2是點(diǎn)火雷管，3是導(dǎo)爆索，4是含能材料，5是壓裂裝藥機(jī)械外筒，6是承壓破膜組件，7是氣體混合篩管組件，8是高壓氣體，9是高壓氣體機(jī)械外筒，10是注泄氣組件，11是泄壓篩筒，12是泄壓堵片，13是下堵頭，以及該裝置的軟件系統(tǒng)。如圖9所示的是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作(軟件)流程圖，在圖9中:67是智能高壓氣體脈沖壓裂器使用前準(zhǔn)備工作，68是各級(jí)智能壓力編碼器編程設(shè)定，69是第一級(jí)智能壓力編碼起爆器與第一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器裝配，70是順序裝配其他各級(jí)智能壓力編碼起爆器和智能高壓氣體脈沖壓裂器，71是將智能高壓氣體脈沖壓裂器串送到井下，72是到達(dá)壓裂層位，73是封井口，74是從井口向井下環(huán)形空間按設(shè)定的起爆壓力臺(tái)階加壓，75是各級(jí)智能壓力編碼起爆器采集到起爆壓力臺(tái)階，76是第一級(jí)智能壓力編碼起爆器滿足起爆條件開始點(diǎn)火，77是判斷第i級(jí)智能壓力編碼起爆器點(diǎn)火條件是否成立，78是第i級(jí)智能壓力編碼起爆器開始點(diǎn)火，79是級(jí)數(shù)計(jì)數(shù)加一，80是判斷爆炸級(jí)數(shù)是否達(dá)到最大，81是本次壓裂過程結(jié)束。圖2所示的是智能壓力編碼起爆器結(jié)構(gòu)圖，圖3所示的是智能壓力編碼起爆器結(jié)構(gòu)方框圖，在兩圖中:14是智能壓力編碼起爆器外部機(jī)械殼體，15是壓力傳感器傳壓通道，16是壓力傳感器，17是耐高溫O型圈，18是智能壓力編碼起爆器電路模塊，19是壓螺，20是點(diǎn)火雷管點(diǎn)火線，21是傳感器適配放大電路，22是A/D轉(zhuǎn)換電路，23是主控制器，主控制器的型號(hào)如是MSP430系列單片機(jī)、或XCR3128XL等，24是開關(guān)電路，25是高溫電池，26是通信接口，27表示上位機(jī)及軟件。圖8所示的是智能壓力編碼起爆器工作(軟件)流程圖，圖8中:55是安裝準(zhǔn)備階段，56是編程設(shè)置，57是開始低速采集壓力，58是判斷是否等于設(shè)定的第一個(gè)壓力臺(tái)階，59是判斷是否等于設(shè)定的第二個(gè)壓力臺(tái)階，60是判斷是否等于設(shè)定的第三個(gè)壓力臺(tái)階，61是開始高速采集壓力，62是判斷高壓脈沖數(shù)是否等于N，63是高速采集爆炸壓力，64是判斷爆炸高壓膨脹是否結(jié)束，65是起爆本級(jí)點(diǎn)火雷管，66是本級(jí)智能壓力編碼起爆器結(jié)束。圖4所示的是承壓破膜組件結(jié)構(gòu)圖，圖4中:17是耐高溫O型圈，28是破膜片，29是密封支撐螺環(huán)，30是密封O型圈，31是破膜切割板，32是轉(zhuǎn)接頭。圖5所示的是氣體混合篩管組件結(jié)構(gòu)圖，圖5中:33是轉(zhuǎn)接盒，34是篩管，35是篩孔，36是螺紋堵片。圖6所示的是注泄氣組件結(jié)構(gòu)圖，在圖6中:17是耐高溫O型圈，37是注泄氣組件殼體，38是切割篩片，39是氟橡膠密封O型圈，40是支撐螺環(huán)，41是壓力破膜，42是注氣導(dǎo)通孔，43是密封墊，44是注氣孔，45是高溫密封O型圈，46是開關(guān)螺柱，47是安裝旋進(jìn)槽。該例的智能高壓氣體脈沖壓裂器選擇單級(jí)使用、或多級(jí)級(jí)聯(lián)使用。所述的選擇使用單級(jí)或多級(jí)的智能高壓氣體脈沖壓裂器應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適級(jí)數(shù)，該例的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器可以根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適的級(jí)數(shù)并組裝。該例的裝置是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合成井下地層進(jìn)行壓裂的裝置，例如是由N級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合而成，其中N可以選擇為10、或9、或8、或7，圖7所示的正是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作示意圖，在圖7中:48是井壁，49是油管，50是壓井液，51是注液閥門，52是注液泵，53是射孔通道，54是智能高壓氣體脈沖壓裂器。首先該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置要進(jìn)行組裝與聯(lián)調(diào):N級(jí)高壓氣體脈沖壓裂地層裝置在地面組裝，還要編程設(shè)定:多級(jí)智能壓力編碼起爆器編程設(shè)定。所述的編程是通過上位PC機(jī)專用軟件程序編程，組裝后進(jìn)行裝置聯(lián)調(diào)以備用。組裝準(zhǔn)備好的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，要下到井下目標(biāo)壓裂層位，該裝置的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器54在各自的智能壓力編碼起爆器I控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力源，在這種動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力的作用下，地層開裂形成多條裂縫，增加地層的滲透性，使地層內(nèi)的資源更容易被開采。該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置的多級(jí)智能壓力編碼起爆器I開始起爆之前，含能材料4、高壓氣體8兩種能量源處于不同的容器中被隔離放置，含能材料4存放在壓裂裝藥機(jī)械外筒5中，高壓氣體8存放在高壓氣體機(jī)械外筒9中，壓裂裝藥機(jī)械外筒5和高壓氣體機(jī)械外筒9之間由承壓破膜組件6等隔離，高壓氣體機(jī)械外筒9的另一端安裝有另外一套壓力破膜41等，含能材料4選擇固體火藥或液體火藥、或其他含能材料，所述的其他含能材料如固體火箭推進(jìn)劑、炸藥、煙火劑、發(fā)射藥等。高壓氣體8選擇0)2、或N2、或其他氣體。所述的其他氣體如CO2與N2的混合氣體等。該例的裝置的壓裂裝藥機(jī)械外筒5中的含能材料4被點(diǎn)燃后產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，隨著燃燒的持續(xù)該高溫高壓氣體產(chǎn)生的壓力值超過壓裂裝藥機(jī)械外筒5和高壓氣體機(jī)械外筒9之間破膜片28的壓力閾值，該高溫高壓氣體沖破破膜片28進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒9內(nèi)，高溫高壓氣體與高壓氣體機(jī)械外筒9中的高壓氣體8混合以后，沖破高壓氣體機(jī)械外筒9另一端的另外一套壓力破膜41，進(jìn)而推開泄壓篩筒上的泄壓堵片12，高溫高壓氣體進(jìn)入井內(nèi)開始?jí)毫训貙?。所述的含能材料容?即壓裂裝藥機(jī)械外筒5)、高壓氣體容器(即高壓氣體機(jī)械外筒9)的容積大小的選擇，所述的含能材料4、高壓氣體8品種及其數(shù)量的選擇，還有各級(jí)破膜片28和壓力破膜41、泄壓堵片12以及它們的壓力閾值的選擇，都有相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。該例的裝置起爆由多級(jí)智能壓力編碼起爆器I根據(jù)測試到的井內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力的變化，選擇合適的時(shí)機(jī)開始起爆，該時(shí)機(jī)通過對(duì)智能壓力編碼起爆器I編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，編程設(shè)置選擇預(yù)先設(shè)置，編程調(diào)節(jié)選擇在前一級(jí)智能壓力編碼起爆器I產(chǎn)生壓力脈沖的下降沿開始起爆，或根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的起爆壓力信號(hào)使本級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器54起爆。所述的對(duì)智能壓力編碼起爆器I編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，選擇進(jìn)行編程設(shè)置的預(yù)先設(shè)置或編程調(diào)節(jié)都應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇采用合適的編程設(shè)置參數(shù)。該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，其智能壓力編碼起爆器I具有高速采樣和低速采樣不同的工作狀態(tài)，選擇根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征改變自身的采樣率。所述的井內(nèi)壓力信號(hào)的特征是根據(jù)實(shí)時(shí)加壓的三個(gè)壓力臺(tái)階是否結(jié)束，滿足三個(gè)壓力臺(tái)階后各級(jí)智能壓力編碼起爆器I均高速采集。各級(jí)智能壓力編碼起爆器I通過上位機(jī)軟件編程設(shè)定，按軟件照發(fā)出的“開始采集”命令之后便開始低速采集，下井過程也是低速采集。等壓裂裝置下到預(yù)定目標(biāo)壓裂巖層后，施工人員會(huì)通過加壓泵向井口注入壓裂液對(duì)井內(nèi)加壓，加壓過程是有秩序、有預(yù)先設(shè)定的。預(yù)定的三個(gè)壓力臺(tái)階是這樣實(shí)現(xiàn)的:加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第一個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持這個(gè)壓力并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)壓力臺(tái)階，該壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)27編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I軟件中的第一個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第二個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第二級(jí)壓力臺(tái)階，該第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)27編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I軟件中的第二個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第三個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第三級(jí)壓力臺(tái)階，該第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)27編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I軟件中的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短還是一致的。如此便實(shí)現(xiàn)了三個(gè)壓力臺(tái)階的具體設(shè)置和具體操作執(zhí)行過程。當(dāng)然，依照上述設(shè)置和操作可以實(shí)現(xiàn)任意個(gè)數(shù)目的壓力臺(tái)階的設(shè)置和操作，具有靈活性和任意性。所述的多級(jí)智能壓力編碼起爆器I是通過這樣的判斷實(shí)現(xiàn)從低速采集切換到高速采集狀態(tài)的:當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第一個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第一個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I則認(rèn)為滿足了第一級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第二級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則一直把實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第一級(jí)壓力臺(tái)階值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第二個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第二個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間長短均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I則認(rèn)為滿足了第二級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第三級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則繼續(xù)將實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第二級(jí)壓力值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第三個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)各級(jí)智能壓力編碼起爆器I認(rèn)為滿足了第三級(jí)壓力臺(tái)階的條件和滿足了三個(gè)壓力臺(tái)階，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I均改變狀態(tài)開始高速采集。所述的智能壓力編碼起爆器根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征選擇自身的采樣速率是低速1HZ，高速125kHz。該例的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在井下環(huán)空產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力是多級(jí)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力。圖10示出井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作壓力曲線圖，在圖10中:82是地面安裝及下井階段，83是第一壓力臺(tái)階階段，84是第二壓力臺(tái)階階段，85是第三壓力臺(tái)階階段，86是智能壓力編碼起爆器延時(shí)階段，87是第一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器爆炸壓力脈沖，88是第二級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器動(dòng)態(tài)壓力脈沖，89是其他各級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器產(chǎn)生的壓力波形，90是最后一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器動(dòng)態(tài)壓力脈沖。所述的該裝置的氣體混合篩管組件7的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:轉(zhuǎn)接盒33通過自身前端的轉(zhuǎn)接頭32與承壓破膜組件6連接，轉(zhuǎn)接盒33后端與篩管34通過螺紋連接，氣體混合篩管組件7與高壓氣體機(jī)械外筒9同軸線且篩管34長度與高壓氣體機(jī)械外筒9長度相當(dāng)?shù)卦O(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒9當(dāng)中，篩管34底端設(shè)有螺紋堵片，篩管34遍體均勻分布有篩孔35，便于含能材料4燃燒產(chǎn)生的高溫氣體迅速外泄與高壓氣體機(jī)械外筒9中的高壓氣體8均勻充分混合。氣體混合篩管組件7的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。所述的該裝置的注泄氣組件10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:注泄氣組件10有注氣和泄氣兩種功能，注泄氣組件10同軸線地依靠注泄氣組件10殼體連接并設(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒9和泄壓篩筒11間，泄氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)有:在注泄氣組件10殼體軸向設(shè)置泄氣口，泄氣口前端與高壓氣體機(jī)械外筒9末端連通，泄氣口末端與泄壓篩筒11前端連通，支撐螺環(huán)40靠螺紋連接在泄氣口中部，支撐螺環(huán)40的環(huán)口與泄氣口通連，支撐螺環(huán)40下面設(shè)置切割篩片38，切割篩片38上均勻分布有篩孔，支撐螺環(huán)40環(huán)口和切割篩片38篩孔通連，切割篩片38靠螺紋連接在泄氣口內(nèi)并與支撐螺環(huán)40貼緊安裝，支撐螺環(huán)40下端環(huán)口內(nèi)邊緣與采用鋼或鋁薄金屬片做成的壓力破膜41焊接密封固定，支撐螺環(huán)40外周邊設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)置有氟橡膠密封O型圈39，泄氣口通道靠氟橡膠密封O型圈39和壓力破膜41將高壓氣體機(jī)械外筒9和泄氣篩筒11密封隔離，當(dāng)起爆后高壓氣體8壓力迅速升高將壓力破膜41經(jīng)切割篩片38上的篩孔壓破，高壓氣體8從切割篩片38篩孔進(jìn)入泄氣篩筒11，再從泄氣篩筒11的篩孔和泄壓堵片12沖出壓裂地層。注氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:在注泄氣組件10殼體中部徑向開設(shè)與外界相通的注氣孔44，在注泄氣組件10殼體泄氣口旁軸向設(shè)置導(dǎo)通孔42，導(dǎo)通孔42前端與高壓氣體機(jī)械外筒9末端連通，導(dǎo)通孔42與注氣孔44垂直相交連通，導(dǎo)通孔下部設(shè)置有開關(guān)螺柱46，開關(guān)螺柱46中部環(huán)柱面設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)設(shè)置有高溫密封O型圈45，靠該高溫密封O型圈45密封導(dǎo)通孔42末端并形成注氣孔44與導(dǎo)通孔42通道，開關(guān)螺柱46下端設(shè)置有旋進(jìn)槽47，開關(guān)螺柱46頂端設(shè)置有密封墊43，依靠旋進(jìn)槽47旋進(jìn)開關(guān)螺柱46與密封墊43頂住并關(guān)斷注氣孔44和導(dǎo)通孔42，既實(shí)現(xiàn)注氣功能并使高壓氣體8密封，反向旋轉(zhuǎn)旋進(jìn)槽47旋退開關(guān)螺柱46與密封墊43分離并連通注氣孔44和導(dǎo)通孔42，即可實(shí)現(xiàn)將高壓氣體的放出。注泄氣組件10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的又一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。當(dāng)需要重新注入高壓氣體8時(shí)，可通過控制旋進(jìn)槽47旋出開關(guān)螺柱46，可通過注氣孔44注入高壓氣體8，高壓氣體8通過導(dǎo)通孔42進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒9內(nèi)，當(dāng)注滿氣體后，旋緊開關(guān)螺柱46頂緊密封墊43堵住導(dǎo)通孔42和注氣孔44通路，從而將高壓氣體8密封在高壓氣體機(jī)械外筒9中。如此操作可實(shí)現(xiàn)多次注氣，本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置也可重復(fù)多次使用。
[0022]實(shí)施例二.井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置
該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖10等聯(lián)合示出，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置與實(shí)施例一的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置不同點(diǎn)有:該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置多級(jí)的N選擇6、或5、或4，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置其余未述的，全同于實(shí)施例一中所述的，不再重述。
[0023]實(shí)施例三.井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置
該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖10等聯(lián)合示出，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置與實(shí)施例一、實(shí)施例二的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置不同點(diǎn)有:該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置多級(jí)的N選擇3、或2、或I。該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置其余未述的，全同于實(shí)施例一、實(shí)施例二中所述的，不再重述。
[0024]本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法非限定實(shí)施例如下:
實(shí)施例一.井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法
該例的這種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合裝置對(duì)井下地層進(jìn)行壓裂的方法，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖10等聯(lián)合示出，圖1所示的是井下一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖1中所示每級(jí)包括有:1是智能壓力編碼起爆器，2是點(diǎn)火雷管，3是導(dǎo)爆索，4是含能材料，5是壓裂裝藥機(jī)械外筒，6是承壓破膜組件，7是氣體混合篩管組件，8是高壓氣體，9是高壓氣體機(jī)械外筒，10是注泄氣組件，11是泄壓篩筒，12是泄壓堵片，13是下堵頭，以及該裝置的軟件系統(tǒng)。如圖9所示的是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作(軟件)流程圖，在圖9中:67是智能高壓氣體脈沖壓裂器使用前準(zhǔn)備工作，68是各級(jí)智能壓力編碼器編程設(shè)定，69是第一級(jí)智能壓力編碼起爆器與第一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器裝配，70是順序裝配其他各級(jí)智能壓力編碼起爆器和智能高壓氣體脈沖壓裂器，71是將智能高壓氣體脈沖壓裂器串送到井下，72是到達(dá)壓裂層位，73是封井口，74是從井口向井下環(huán)形空間按設(shè)定的起爆壓力臺(tái)階加壓，75是各級(jí)智能壓力編碼起爆器采集到起爆壓力臺(tái)階，76是第一級(jí)智能壓力編碼起爆器滿足起爆條件開始點(diǎn)火，77是判斷第i級(jí)智能壓力編碼起爆器點(diǎn)火條件是否成立，78是第i級(jí)智能壓力編碼起爆器開始點(diǎn)火，79是級(jí)數(shù)計(jì)數(shù)加一，80是判斷爆炸級(jí)數(shù)是否達(dá)到最大，81是本次壓裂過程結(jié)束。圖2所示的是智能壓力編碼起爆器結(jié)構(gòu)圖，圖3所示是智能壓力編碼起爆器結(jié)構(gòu)方框圖，在兩圖中:14是智能壓力編碼起爆器外部機(jī)械殼體，15是壓力傳感器傳壓通道，16是壓力傳感器，17是耐高溫O型圈，18是智能壓力編碼起爆器電路模塊，19是壓螺，20是點(diǎn)火雷管點(diǎn)火線，21是傳感器適配放大電路，22是A/D轉(zhuǎn)換電路，23是主控制器，主控制器的型號(hào)如是MSP430系列單片機(jī)、XCR3128XL等，24是開關(guān)電路，25是高溫電池，26是通信接口，27表示上位機(jī)及軟件。圖8所示的是智能壓力編碼起爆器工作(軟件)流程圖，圖8中:55是安裝準(zhǔn)備階段，56是編程設(shè)置，57是開始低速采集壓力，58是判斷是否等于設(shè)定的第一個(gè)壓力臺(tái)階，59是判斷是否等于設(shè)定的第二個(gè)壓力臺(tái)階，60是判斷是否等于設(shè)定的第三個(gè)壓力臺(tái)階，61是開始高速采集壓力，62是判斷高壓脈沖數(shù)是否等于N，63是高速采集爆炸壓力，64是判斷爆炸高壓膨脹是否結(jié)束，65是起爆本級(jí)點(diǎn)火雷管，66是本級(jí)智能壓力編碼起爆器結(jié)束。圖4所示的是承壓破膜組件結(jié)構(gòu)圖，圖4中:17是耐高溫O型圈，28是破膜片，29是密封支撐螺環(huán)，30是密封O型圈，31是破膜切割板，32是轉(zhuǎn)接頭。圖5所示的是氣體混合篩管組件結(jié)構(gòu)圖，圖5中:33是轉(zhuǎn)接盒，34是篩管，35是篩孔，36是螺紋堵片。圖6所示的是注泄氣組件結(jié)構(gòu)圖，在圖6中:17是耐高溫O型圈，37是注泄氣組件殼體，38是切割篩片，39是氟橡膠密封O型圈，40是支撐螺環(huán)，41是壓力破膜，42是注氣導(dǎo)通孔，43是密封墊，44是注氣孔，45是高溫密封O型圈，46是開關(guān)螺柱，47是安裝旋進(jìn)槽。該例的智能高壓氣體脈沖壓裂器選擇單級(jí)使用、或多級(jí)級(jí)聯(lián)使用。所述的選擇使用單級(jí)或多級(jí)的智能高壓氣體脈沖壓裂器應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適級(jí)數(shù)，該例的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器可以根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇合適的級(jí)數(shù)并組裝。該例的裝置是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合成井下地層進(jìn)行壓裂的裝置，例如是由N級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合而成，其中N可以選擇為10、或9、或8、或7，圖7所示的正是井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作示意圖，在圖7中:48是井壁，49是油管，50是壓井液，51是注液閥門，52是注液泵，53是射孔通道，54是智能高壓氣體脈沖壓裂器。首先該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置要進(jìn)行組裝與聯(lián)調(diào):N級(jí)高壓氣體脈沖壓裂地層裝置在地面組裝，還要編程設(shè)定:多級(jí)智能壓力編碼起爆器I編程設(shè)定。所述的編程是通過上位PC機(jī)專用軟件程序編程，組裝后進(jìn)行裝置聯(lián)調(diào)以備用。組裝準(zhǔn)備好的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，要下到井下目標(biāo)壓裂層位，該例的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器54在各自的智能壓力編碼起爆器I控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力，在這種動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力的作用下，地層開裂形成多條裂縫，增加地層的滲透性，使地層內(nèi)的資源更容易被開采。該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置的多級(jí)智能壓力編碼起爆器I開始起爆之前，含能材料4、高壓氣體8兩種能量源處于不同的容器中被隔離放置，含能材料4存放在壓裂裝藥機(jī)械外筒5中，高壓氣體8存放在高壓氣體機(jī)械外筒9中，壓裂裝藥機(jī)械外筒5和高壓氣體機(jī)械外筒9之間由承壓破膜組件6隔離，高壓氣體機(jī)械外筒9的另一端安裝有另外一套壓力破膜41等，含能材料4選擇固體火藥或液體火藥、或其他含能材料，所述的其他含能材料如固體火箭推進(jìn)劑、炸藥、煙火劑、發(fā)射藥等。高壓氣體8選擇CO2、或N2、或其他氣體。所述的其他氣體如CO2與N2的混合氣體等。該例的裝置的壓裂裝藥機(jī)械外筒5中的含能材料4被點(diǎn)燃后產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，隨著燃燒的持續(xù)該高溫高壓氣體產(chǎn)生的壓力值超過壓裂裝藥機(jī)械外筒5和高壓氣體機(jī)械外筒9之間破膜片28的壓力閾值，該高溫高壓氣體沖破破膜片28進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒9內(nèi)，高溫高壓氣體與高壓氣體機(jī)械外筒9中的高壓氣體8混合以后，沖破高壓氣體機(jī)械外筒9另一端的另外一套壓力破膜41，進(jìn)而推開泄壓篩筒11上的泄壓堵片12，高溫高壓氣體進(jìn)入井內(nèi)開始?jí)毫训貙?。所述的含能材料容?即壓裂裝藥機(jī)械外筒5)、高壓氣體容器(即高壓氣體機(jī)械外筒9)的容積大小的選擇，所述的含能材料4、高壓氣體8品種及其數(shù)量的選擇，還有各級(jí)破膜片28與41、泄壓堵片12以及它們的壓力閾值的選擇，都有相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。該例的裝置起爆由多級(jí)智能壓力編碼起爆器I根據(jù)測試到的井內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力的變化，選擇合適的時(shí)機(jī)開始起爆，該時(shí)機(jī)通過對(duì)智能壓力編碼起爆器I編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，編程設(shè)置選擇預(yù)先設(shè)置，編程調(diào)節(jié)選擇在前一級(jí)智能壓力編碼起爆器I產(chǎn)生壓力脈沖的下降沿開始起爆，或根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的起爆壓力信號(hào)使本級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器54起爆。所述的對(duì)智能壓力編碼起爆器I編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，選擇進(jìn)行編程設(shè)置的預(yù)先設(shè)置或編程調(diào)節(jié)都應(yīng)根據(jù)壓裂地層工程的實(shí)際需要選擇采用合適的編程設(shè)置參數(shù)。該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，其智能壓力編碼起爆器I具有高速采樣和低速采樣不同的工作狀態(tài)，選擇根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征改變自身的采樣率。所述的井內(nèi)壓力信號(hào)的特征是根據(jù)實(shí)時(shí)加壓的三個(gè)壓力臺(tái)階是否結(jié)束，滿足三個(gè)壓力臺(tái)階后各級(jí)智能壓力編碼起爆器I均高速采集。各級(jí)智能壓力編碼起爆器I通過上位機(jī)27軟件編程設(shè)定，按照軟件發(fā)出的“開始采集”命令之后便開始低速采集，下井過程也是低速采集。等壓裂裝置下到預(yù)定目標(biāo)壓裂巖層后，施工人員會(huì)通過加壓泵向井口注入壓裂液對(duì)井內(nèi)加壓，加壓過程是有秩序、有預(yù)先設(shè)定的。預(yù)定的三個(gè)壓力臺(tái)階是這樣實(shí)現(xiàn)的:加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第一個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持這個(gè)壓力并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)壓力臺(tái)階，該壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)27編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I軟件中的第一個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第二個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第二級(jí)壓力臺(tái)階，該第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)27編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I軟件中的第二個(gè)壓力臺(tái)階值和壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第二個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短也是一致的。再通過加壓泵向井口注入壓裂液，井內(nèi)壓力上升，井內(nèi)壓力上升需要一定的上升時(shí)間，上升到預(yù)設(shè)定的第三個(gè)臺(tái)階壓力值時(shí)，保持該壓力值并等待一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了第三級(jí)壓力臺(tái)階，該第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短，可預(yù)先通過上位機(jī)27編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I的軟件中，編入各級(jí)智能壓力編碼起爆器I軟件中的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短與施工人員通過加壓泵向井口加壓實(shí)現(xiàn)的第三個(gè)壓力臺(tái)階值以及壓力保持時(shí)間長短還是一致的。如此便實(shí)現(xiàn)了三個(gè)壓力臺(tái)階的具體設(shè)置和具體操作執(zhí)行過程。當(dāng)然，依照上述設(shè)置和操作可以實(shí)現(xiàn)任意個(gè)數(shù)目的壓力臺(tái)階的設(shè)置和操作，具有靈活性和任意性。所述的多級(jí)智能壓力編碼起爆器I是通過這樣的判斷實(shí)現(xiàn)從低速采集切換到高速采集狀態(tài)的:當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第一個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第一個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I則認(rèn)為滿足了第一級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第二級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則一直把實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第一級(jí)壓力臺(tái)階值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第二個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第二個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)壓力值與壓力保持時(shí)間長短均滿足一致時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I則認(rèn)為滿足了第二級(jí)壓力臺(tái)階的條件，開始捕捉第三級(jí)壓力臺(tái)階信號(hào)，否則繼續(xù)將實(shí)時(shí)采集到的壓力值與第二級(jí)壓力值進(jìn)行比較。當(dāng)井口處在通過加壓泵給井內(nèi)注入壓裂液施加第三個(gè)壓力臺(tái)階的加壓過程時(shí)，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I實(shí)時(shí)把采集到的壓力值和預(yù)先編入的第三個(gè)壓力臺(tái)階值與壓力保持時(shí)間長短進(jìn)行比較，當(dāng)各級(jí)智能壓力編碼起爆器I認(rèn)為滿足了第三級(jí)壓力臺(tái)階的條件和滿足了三個(gè)壓力臺(tái)階，各級(jí)智能壓力編碼起爆器I均改變狀態(tài)開始高速采集。所述的智能壓力編碼起爆器I根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征選擇自身的采樣速率是低速IHz，高速125kHz。該例的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器54在井下環(huán)空產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力是多級(jí)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力。圖10示出井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置工作壓力曲線圖，在圖10中:82是地面安裝及下井階段，83是第一壓力臺(tái)階階段，84是第二壓力臺(tái)階階段，85是第三壓力臺(tái)階階段，86是智能壓力編碼起爆器延時(shí)階段，87是第一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器爆炸壓力脈沖，88是第二級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器動(dòng)態(tài)壓力脈沖，89是其他各級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器產(chǎn)生的壓力波形，90是最后一級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器動(dòng)態(tài)壓力脈沖。所述的該裝置的氣體混合篩管組件7的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:轉(zhuǎn)接盒33通過自身前端的轉(zhuǎn)接頭32與承壓破膜組件6連接，轉(zhuǎn)接盒33后端與篩管34通過螺紋連接，氣體混合篩管組件7與高壓氣體機(jī)械外筒9同軸線且篩管34長度和高壓氣體機(jī)械外筒9長度相當(dāng)?shù)卦O(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒9當(dāng)中，篩管34底端設(shè)有螺紋堵片36，篩管34遍體均勻分布有篩孔35，便于含能材料4燃燒產(chǎn)生的高溫氣體迅速外泄與高壓氣體機(jī)械外筒9中的高壓氣體8均勻充分混合。氣體混合篩管組件7的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。所述的該裝置的注泄氣組件10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:注泄氣組件10有注氣和泄氣兩種功能，注泄氣組件10同軸線地依靠注泄氣組件10殼體連接并設(shè)置在高壓氣體機(jī)械外筒9和泄壓篩筒11間，泄氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)有:在注泄氣組件10殼體軸向設(shè)置泄氣口，泄氣口前端與高壓氣體機(jī)械外筒9末端連通，泄氣口末端與泄壓篩筒11前端連通，支撐螺環(huán)40靠螺紋連接在泄氣口中部，支撐螺環(huán)40的環(huán)口與泄氣口通連，支撐螺環(huán)40下面設(shè)置切割篩片38，切割篩片38上均勻分布有篩孔，支撐螺環(huán)40環(huán)口和切割篩片38篩孔通連，切割篩片38靠螺紋連接在泄氣口內(nèi)并與支撐螺環(huán)40貼緊安裝，支撐螺環(huán)40下端環(huán)口內(nèi)邊緣與采用鋼或鋁薄金屬片做成的壓力破膜41焊接密封固定，支撐螺環(huán)40外周邊設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)置有氟橡膠密封O型圈39，泄氣口通道靠氟橡膠密封O型圈39和壓力破膜41將高壓氣體機(jī)械外筒9和泄氣篩筒11密封隔離，當(dāng)起爆后高壓氣體8壓力迅速升高將壓力破膜41經(jīng)切割篩片38上的篩孔壓破，高壓氣體8從切割篩片38篩孔進(jìn)入泄氣篩筒11，再從泄氣篩筒11的篩孔和泄壓堵片12沖出壓裂地層。注氣功能的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是:在注泄氣組件10殼體中部徑向開設(shè)與外界相通的注氣孔44，在注泄氣組件10殼體泄氣口旁軸向設(shè)置導(dǎo)通孔42，導(dǎo)通孔42前端與高壓氣體機(jī)械外筒9末端連通，導(dǎo)通孔42與注氣孔44垂直相交連通，導(dǎo)通孔42下部設(shè)置有開關(guān)螺柱46，開關(guān)螺柱46中部環(huán)柱面設(shè)置有圓周槽，該圓周槽內(nèi)設(shè)置有高溫密封O型圈45，靠該高溫密封O型圈45密封導(dǎo)通孔42末端并形成注氣孔44與導(dǎo)通孔42通道，開關(guān)螺柱46下端設(shè)置有旋進(jìn)槽47，開關(guān)螺柱46頂端設(shè)置有密封墊43，依靠旋進(jìn)槽47旋進(jìn)開關(guān)螺柱46與密封墊43頂住并關(guān)斷注氣孔44和導(dǎo)通孔42，既實(shí)現(xiàn)注氣功能并使高壓氣體8密封，反向旋轉(zhuǎn)旋進(jìn)槽47旋退開關(guān)螺柱46與密封墊43分離并連通注氣孔44和導(dǎo)通孔42，即可實(shí)現(xiàn)將高壓氣體8的放出。注泄氣組件10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是本技術(shù)方案的又一個(gè)發(fā)明點(diǎn)。當(dāng)需要重新注入高壓氣體8時(shí)，可通過控制旋進(jìn)槽47旋出開關(guān)螺柱46，可通過注氣孔44注入高壓氣體8，高壓氣體8通過導(dǎo)通孔42進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒9內(nèi)，當(dāng)注滿氣體后，旋緊開關(guān)螺柱46頂緊密封墊43堵住導(dǎo)通孔42和注氣孔44通路，從而將高壓氣體8密封在高壓氣體機(jī)械外筒9中。如此操作可實(shí)現(xiàn)多次注氣，本發(fā)明的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置也可重復(fù)多次使用。
[0025]實(shí)施例二.井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法
該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法可采用井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤?。該例的井下多?jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖10等聯(lián)合示出，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法與實(shí)施例一的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法不同點(diǎn)有:該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置多級(jí)的N選擇6、或5、或4，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法其余未述的，全同于實(shí)施例一中所述的，不再重述。
[0026]實(shí)施例三.井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝方法
該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法可采用井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤?。該例的井下多?jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖10等聯(lián)合示出，該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法與實(shí)施例一、實(shí)施例二的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法不同點(diǎn)有:該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置多級(jí)的N選擇3、或2、或I。該例的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法其余未述的，全同于實(shí)施例一、實(shí)施例二中所述的，不再重述。
【權(quán)利要求】
1.一種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，每級(jí)包括有:智能壓力編碼起爆器、點(diǎn)火雷管、導(dǎo)爆索、含能材料、壓裂裝藥機(jī)械外筒、承壓破膜組件、氣體混合篩管組件、高壓氣體、高壓氣體機(jī)械外筒、注泄氣組件、泄壓篩筒、泄壓堵片、下堵頭，以及該裝置的軟件系統(tǒng)，特征在于:所述的該裝置是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合成井下地層進(jìn)行壓裂的裝置，該裝置的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在各自的智能壓力編碼起爆器控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力源，在這種動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力的作用下，地層開裂形成多條裂縫，增加地層的滲透性，使地層內(nèi)的資源更容易被開采。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，特征在于:所述的該裝置進(jìn)行: a.編程設(shè)定:多級(jí)智能壓力編碼起爆器編程設(shè)定； b.組裝與聯(lián)調(diào):井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置在地面組裝，組裝后進(jìn)行裝置聯(lián)調(diào)以備用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，特征在于: a.所述該井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置中的多級(jí)智能壓力編碼起爆器發(fā)出起爆命令之前，含能材料、高壓氣體兩種能量源處于不同的容器中被隔離放置，含能材料存放在壓裂裝 藥機(jī)械外筒中，高壓氣體存放在高壓氣體機(jī)械外筒中，壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間由承壓破膜組件隔離，高壓氣體機(jī)械外筒的另一端安裝有另外一套壓力破膜，含能材料選擇固體火藥或液體火藥、或其他含能材料，高壓氣體選擇CO2、或N2、或其他氣體； b.所述的該裝置的壓裂裝藥機(jī)械外筒中的含能材料被點(diǎn)燃后產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，隨著燃燒的持續(xù)該高溫高壓氣體產(chǎn)生的壓力值超過壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間的破膜片的壓力閾值，該高溫高壓氣體沖破破膜片進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒內(nèi)，高溫高壓氣體與高壓氣體機(jī)械外筒中的高壓氣體混合以后成為混合高溫高壓氣體，沖破高壓氣體機(jī)械外筒另一端的另外一套壓力破膜，進(jìn)而推開泄壓篩筒上的泄壓堵片，混合高溫高壓氣體進(jìn)入井內(nèi)開始?jí)毫训貙印?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，特征在于:所述的該裝置起爆由多級(jí)智能壓力編碼起爆器根據(jù)測試到的井內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力的變化，選擇合適的時(shí)機(jī)開始起爆，該時(shí)機(jī)通過對(duì)智能壓力編碼起爆器編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，編程設(shè)置選擇預(yù)先設(shè)置，編程調(diào)節(jié)選擇在前一級(jí)智能壓力編碼起爆器產(chǎn)生壓力脈沖的下降沿開始起爆，或根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的起爆壓力信號(hào)特征使本級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器起爆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置，特征在于: a.所述的智能壓力編碼起爆器具有高速采樣和低速采樣不同的工作狀態(tài)，選擇根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征改變自身的采樣率； b.所述的智能高壓氣體脈沖壓裂器選擇單級(jí)使用、或多級(jí)級(jí)聯(lián)使用； c.所述的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在井下環(huán)空產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力是多級(jí)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力； d.所述的泄壓篩筒泄壓孔上設(shè)置有密封泄壓堵片。
6.一種井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，特征在于:所述的該方法是采用多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器串接組合裝置進(jìn)而對(duì)井下地層進(jìn)行壓裂的方法，所述采用的裝置的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在各自的智能壓力編碼起爆器控制下，依據(jù)設(shè)定的工作模式逐級(jí)適時(shí)起爆產(chǎn)生大量高壓氣體，在井內(nèi)或地層的孔眼內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力源，在這種動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力的作用下，地層開裂形成多條裂縫，增加地層的滲透性，使地層內(nèi)的資源更容易被開采。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，特征在于:所述的該方法采用的裝置進(jìn)行: a.編程設(shè)定:多級(jí)智能壓力編碼起爆器編程設(shè)定； b.組裝與聯(lián)調(diào):井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置在地面組裝，組裝后進(jìn)行裝置聯(lián)調(diào)以備用。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，特征在于: a.所述的該方法在于:井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置中的多級(jí)智能壓力編碼起爆器在開始點(diǎn)火之前，含能材料、高壓氣體兩種能量源處于不同的容器中被隔離放置，含能材料存放在壓裂裝藥機(jī)械外筒中，高壓氣體存放在高壓氣體機(jī)械外筒中，壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間由承壓破膜組件隔離，高壓氣體機(jī)械外筒的另一端安裝有另外一套壓力破膜，含能材料選擇固體火藥或液體火藥、或其他含能材料，高壓氣體選擇CO2、或N2、或其他氣體； b.所述的該方法是將井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層裝置中的含能材料點(diǎn)燃，然后產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，隨著燃燒的持續(xù)該高溫高壓氣體產(chǎn)生的壓力值超過壓裂裝藥機(jī)械外筒和高壓氣體機(jī)械外筒之間的破膜片的壓力閾值，該高溫高壓氣體沖破破膜片進(jìn)入高壓氣體機(jī)械外筒內(nèi)，高溫高壓氣體與高壓氣體機(jī)械外筒中的高壓氣體混合以后，沖破高壓氣體機(jī)械外筒另一端的另外一套壓力破膜，進(jìn)而推開泄壓篩筒上的泄壓堵片，混合的高溫高壓氣體進(jìn)入井內(nèi)開始?jí)毫训貙印?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，特征在于:所述的該方法是采用多級(jí)智能壓力編碼起爆器根據(jù)測試到的井內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力的變化，選擇合適的時(shí)機(jī)起爆各級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器，該時(shí)機(jī)通過對(duì)智能壓力編碼起爆器編程進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)，編程設(shè)置選擇預(yù)先設(shè)置，編程調(diào)節(jié)選擇在前一級(jí)智能壓力編碼起爆器產(chǎn)生壓力脈沖的下降沿開始起爆，或根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的起爆壓力信號(hào)的特征使本級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器起爆。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂地層方法，特征在于: a.所述的智能壓力編碼起爆器具有高速采樣和低速采樣不同的工作狀態(tài)，選擇根據(jù)井內(nèi)壓力信號(hào)的特征改變自身的采樣率； b.所述的智能高壓氣體脈沖壓裂器選擇單級(jí)使用、或多級(jí)級(jí)聯(lián)使用； c.所述的多級(jí)智能高壓氣體脈沖壓裂器在井下環(huán)空產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力是多級(jí)動(dòng)態(tài)高壓脈沖壓力； d.所述的泄壓篩筒泄壓孔上設(shè)置有密封泄壓堵片。
【文檔編號(hào)】E21B43/263GK103982168SQ201410159302
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】馬鐵華, 崔春生, 裴東興, 范錦彪, 祖靜, 李新娥, 姚舜才, 張紅艷, 梁志劍, 陳昌鑫, 肖文聰, 徐鵬, 靳鴻, 沈大偉, 張瑜 申請(qǐng)人:中北大學(xué)