高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備屬油氣儲層壓裂改造【技術(shù)領(lǐng)域】，該設(shè)備由高能氣體噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體射流混合機構(gòu)、測控儀器和導(dǎo)引管道組合而成，測控儀器控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)點火噴發(fā)高能氣體、射流機構(gòu)噴射射流、并控制兩者在混合機構(gòu)中生成混合壓裂介質(zhì)進入井下導(dǎo)引管道到達目標巖層的射孔孔眼噴射，使目標巖層產(chǎn)生3條以上裂縫并使支撐劑進入裂縫形成支撐，利于油氣的開采和生產(chǎn)；該設(shè)備運行可靠，采用氣體壓裂，不依賴水資源，壓裂規(guī)模不受限制，使用的氧化劑與還原劑等系通用型商品，容易獲得，運輸和儲存安全，其反應(yīng)產(chǎn)物清潔無污染，對儲層無傷害，該設(shè)備采用測控儀器對壓力過程精確控制，對井下壓裂效果好，這種設(shè)備值得采用和推廣。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備屬油氣儲層壓裂改 造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及的是一種采用高能氣流驅(qū)動支撐劑壓裂地層的專門設(shè)備。 高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 目前油氣井下廣泛采用的壓裂工藝主要是水力壓裂和基于井下壓裂彈的高能氣 體壓裂，其中水力壓裂工藝是：使用地面高壓泵組通過油管向井下注入粘度較高的壓裂液， 其中壓裂液為在水中加入增稠劑、其它化學(xué)藥品及支撐劑的溶液。地面高壓泵加壓使壓裂 液壓力超過巖層原位應(yīng)力后使巖層形成壓裂縫隙實現(xiàn)油氣開采。水力壓裂的優(yōu)勢在于可以 攜帶支撐劑壓裂，在壓裂過程中支撐劑可以進入裂縫，對裂縫形成支撐增強導(dǎo)流能力，且可 在地面對壓裂過程進行實時控制。然而，使用水力壓裂的方法作業(yè)基本上只會形成一條受 地應(yīng)力控制大的主裂縫，這就使得礦層資源與生產(chǎn)套管的溝通面積不夠大，不利于礦層資 源的大量開采。同時，使用水力壓裂的方法需要很多大型的、昂貴的設(shè)備如壓裂車、比例混 砂車、散裝卸設(shè)備、地面管線及井口裝置等，極大的增加了施工成本，占用大量場地。且水力 壓裂的方法的實施過程中需要大量的水資源，因而在施工前需要運輸儲備大量的水資源， 增加交通運輸成本，耗費大量人力物力。而且在灘涂油田，山區(qū)油田等施工場地受限、水資 源貧乏、交通運輸困難的地區(qū)很難實施。另外由于水力壓裂施工需要在水中加入大量化學(xué) 藥品，會引起水資源的污染與浪費，并且這部分壓裂液通過井下壓裂縫隙進入地下水層會 引起地下水的污染。水力壓裂的壓裂液會對儲層產(chǎn)生較大的堵塞傷害，致使油氣井出氣或 出油量不理想。
[0003] 基于井下壓裂彈的高能氣體壓裂其壓裂介質(zhì)是高能氣體，避免了像水力壓裂那樣 對儲層及環(huán)境的巨大影響，壓裂施工時只需要一輛測井車，設(shè)備簡單，不需占用很大的場 地，不需要大量的水資源，其工藝的實施為將裝有壓裂彈的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)用測井電纜 或油管下入至目標巖層，通過地面通電或投棒引燃，通過壓裂彈的爆燃發(fā)生高能氣體并作 用于目標層的射孔孔眼上實現(xiàn)壓裂。由于井下發(fā)生的高能氣體壓裂的方法中壓力上升快， 故可以使儲層沿射孔孔眼形成不受地應(yīng)力控制的3條及以上較大的裂縫，溝通更多的自然 裂縫，從而增大油氣井儲層礦產(chǎn)資源與生產(chǎn)套管的溝通面積。然而該壓裂方法的弊端在于， 受限于井下空間狹小，其裝藥量有限，壓裂規(guī)模小，產(chǎn)生的高能氣體中沒有支撐劑，無法對 壓裂裂縫支撐以增強導(dǎo)流能力，因而壓裂效果不明顯，又由于裂縫受地應(yīng)力影響而閉合使 得增產(chǎn)時間短。且該方法的高能氣體發(fā)生在井下進行，無法對高能氣體的發(fā)生氣量與其壓 裂效果進行實時控制。本發(fā)明的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備優(yōu)點很多， 可對高能氣流、支撐劑等進行精確控制，這為油氣井壓裂施工提供了一種新型壓裂地層的 專用設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是：向社會提供這種高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè) 備，該設(shè)備是采用地面產(chǎn)生高能氣流驅(qū)動支撐劑壓裂地層的專用設(shè)備。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：這種高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè) 備由高能氣體噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體與射流混合機構(gòu)、測控儀器、地面和井下導(dǎo)引 管道組合而成，技術(shù)特點在于：所述的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體與射流混合 機構(gòu)和測控儀器均設(shè)置在地面上，測控儀器控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)點火噴發(fā)高能氣體、控 制射流機構(gòu)噴射射流、并控制噴發(fā)的高能氣體與射流在高能氣體與射流混合機構(gòu)中相作用 生成混合壓裂介質(zhì)進入井下導(dǎo)引管道，在井下導(dǎo)引管道中混合壓裂介質(zhì)到達壓裂地層部 位，井下導(dǎo)引管道的篩管口對準井筒目標巖層的射孔孔眼，測控儀器通過溫度、壓力、流量、 微地震傳感器實時測試壓裂過程的參數(shù)，智能控制高能氣流驅(qū)動支撐劑向射孔孔眼噴射， 使目標巖層產(chǎn)生3條及以上較大裂縫，并使支撐劑進入裂縫對裂縫形成支撐，增加目標巖 層與井筒的溝通面積，利于油氣的開采和生產(chǎn) 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有：所述 的測控儀器由電子控制電路與軟件系統(tǒng)及儀器殼體組成，其中電子控制電路包括：主控制 微機或微處理器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、微地震傳感器、信號調(diào)理電路、信 號放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲電路、通信電路、控制電路、接口電路。所述的溫度 傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、微地震傳感器均設(shè)置在地面或地面導(dǎo)引管道，是檢測和 監(jiān)控目標巖層部位導(dǎo)引管道中混合壓裂介質(zhì)的溫度、壓力、流量等信息以及強壓高能含支 撐劑氣流向射孔孔眼噴射壓裂地層的微地震等信息的采集端，這些信息采集端分別聯(lián)接信 號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路聯(lián)接信號放大電路，信號放大電路聯(lián)接模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模/數(shù) 轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接數(shù)據(jù)存儲電路，數(shù)據(jù)存儲電路、通信電路、控制電路、接口電路均聯(lián)接并受控 于主控制微機或微處理器，通信電路通過接口電路以有線方式或通過天線以無線方式傳送 本設(shè)備的種種檢測和監(jiān)控信息給需要部門或部位，控制電路通過接口電路分別聯(lián)接并控制 分布在高能氣體噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體與射流的混合機構(gòu)、導(dǎo)引管道的控制執(zhí)行部 件、組件、元件動作。
[0006] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： 所述的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)由高能氣體燃燒室與點火塞、氧化劑進料管及閥門、還原劑進料 管及閥門、催化劑進料管及閥門、添加劑進料管及閥門等組成，燃燒室的各進料口通過各進 料管與閥門分別連接氧化劑儲箱、還原劑儲箱、催化劑儲箱、添加劑儲箱，燃燒室的高能氣 體噴發(fā)口連接高能氣體與射流混合機構(gòu)的高能氣體入口，點火塞設(shè)置在燃燒室內(nèi)并與測控 儀器接口電路聯(lián)接受控，所述的氧化劑選擇采用四氧化氮、或硝酸銨、或硝酸、或紅煙硝酸、 或液氧、或液氟、或H 202、或是它們的組合，所述的氧化劑選擇采用的各種組份的組合是上述 各種組份按組份按比例的組合。所述的還原劑選擇采用液氫、或酒精、或肼、或甲基肼、或偏 二甲肼、或混肼-50、或煤油、或汽油、或糠醇、或各類醇烷烴、或苯胺、或氨、或硼氫化物、或 甘油、或是它們的組合，所述的還原劑選擇采用的各種組份的組合是上述各種組份按組份 按比例的組合。所述的催化劑選擇采用金屬、或金屬鹽、或氯化鐵水合物等。所述的添加劑 選擇采用H 20、或氨、或甲醇、或糠醇、或鋁、或鈹、或鋰等。
[0007] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： 所述的射流機構(gòu)由支撐劑儲箱、出料調(diào)節(jié)閥、液體儲箱、固液混合器、液體增壓泵、高壓液體 閥、高壓噴頭等組成，其中固液混合器入口分別連接支撐劑儲箱、液體增壓泵，液體增壓泵 連接液體儲箱，固液混合器出口連接高壓噴頭，高壓噴頭噴射射流，所述的支撐劑選擇采用 石英砂、或陶瓷顆粒，或煤矸石顆粒。所述的射流之液體選擇易于混合、攜帶和運輸支撐劑 的液體，如選擇采用化學(xué)特性穩(wěn)定的水、或水溶液。所述水溶液為金屬鹽水溶液，例如是氯 化鈉溶液或氯化鉀溶液等。所述高壓液體閥設(shè)置在液體增壓泵與固液混合器之間，可通過 高壓液體閥控制端控制其開關(guān)。
[0008] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： 所述的高能氣體與射流混合機構(gòu)由混合器為主構(gòu)成，混合器的入口分別連接射流的高壓噴 頭出口和高能氣體噴發(fā)出口，混合器的出口與井下導(dǎo)引管道入口連接；所述的井下導(dǎo)引管 道選擇采用耐高溫、高強度的金屬或其他替代材料，導(dǎo)引管道可選擇采用油管、鉆桿，井下 導(dǎo)引管道末端形成篩管口。所述導(dǎo)引管道的篩管口其管壁上均勻分布圓形孔眼使篩管內(nèi)外 溝通。
[0009] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： a.所述的壓裂過程是受測控儀器智能控制的，即是根據(jù)測控儀器測試的壓力、溫度、流量、 微地震參數(shù)變化來調(diào)控高能氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂參數(shù)值。所述的各壓裂參數(shù)有混合壓 力介質(zhì)的溫度、流量、壓力等參數(shù)。b.所述的壓裂過程通過測控儀器對混合壓裂介質(zhì)壓力 值大小、升壓時間、氣體溫度、含支撐劑量參數(shù)調(diào)控，使強壓高能含支撐劑氣流產(chǎn)生脈動式 壓力過程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程。所述脈動式壓力為通過地面控制高能氣體 的產(chǎn)生量與速度，使井下壓力迅速上升至峰值、使目標巖層沿射孔孔眼形成裂縫，然后降低 燃燒速度使得井下壓力下降，最后通過地面設(shè)備的控制再次產(chǎn)生高能氣體使井下壓力再次 到達峰值，如此反復(fù)形成脈動式壓力過程。所述的持續(xù)壓力過程是通過地面設(shè)備的精確控 制，使高能氣體噴發(fā)機構(gòu)以一定速度產(chǎn)生一定量高能氣體，使井下壓力達到特定的值，然后 隨著目標巖層形成裂縫吸收壓力，實時控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)產(chǎn)生高能氣體進行補充以維 持特定壓力值。所述的多平臺壓力過程是通過地面精確控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)，使其以一 定速度產(chǎn)生一定量的高能氣體，使井下壓力達到一定值，將該壓力值保持一定時間后控制 高能氣體噴發(fā)機構(gòu)繼續(xù)產(chǎn)生一定量的高能氣體使井下壓力達到新的特定的值，如此反復(fù)可 形成多平臺壓力過程?；旌蠅毫呀橘|(zhì)的壓力值選擇為巖層的破裂壓力的L 5~3· 5倍，壓力 上升速度大于2MPa/ms。所述的巖層的破裂壓力值為2(T70MPa。c.所述的壓裂過程通過 測控儀器調(diào)控射流大小與高能氣體的比例以調(diào)控混合壓裂介質(zhì)的溫度。利用高能氣體使射 流汽化吸熱的特性降溫，以減小混合壓裂介質(zhì)強壓高能含支撐劑氣流之高溫對導(dǎo)引管道強 度的影響。d.所述的支撐劑儲箱裝置不同粒徑的支撐劑，在壓裂過程不同階段通過測控儀 器調(diào)整、采用或加入不同類型、不同大小的支撐劑。所述的不同類型是指陶粒、或砂、或煤矸 石等不同類型。不同大小的支撐劑是指12-18目、或12-20目、或16-20目、或20-40目、或 30-50目不同大小的砂、陶粒、或煤矸石顆粒。e.所述的該壓裂地層的設(shè)備具有安全設(shè)置， 該安全設(shè)置是設(shè)置在地面導(dǎo)引管道上的泄壓閥門，當(dāng)?shù)孛鎸?dǎo)引管道內(nèi)壓力過大超出安全閾 值時，泄壓閥門通過測控儀器控制打開。有這個泄壓閥門本設(shè)備會更安全。f.所述的壓裂 過程的目標巖層段上下施加封隔器，只有目標巖層段受壓力作用。有這一設(shè)置使本設(shè)備更 安全又節(jié)能。g.所述的壓裂過程目標巖層的目標射孔孔眼是目標巖層井壁上射孔彈射穿的 孔眼、或是水力割縫形成的孔道、或是切割彈形成的孔槽，它們構(gòu)成了混合壓裂介質(zhì)進入目 標巖層的通道。這些孔眼、孔道、孔槽都是混合壓裂介質(zhì)進入目標巖層實施壓裂的通道，特 別是其中的支撐劑進入目標巖層的通道。
[0010] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： a.所述的測控儀器設(shè)置有控制端與數(shù)據(jù)采集端，其數(shù)據(jù)采集端分別與溫度傳感器、壓力傳 感器、流量傳感器、微地震傳感器聯(lián)接，其控制端分別與點火塞控制端、氧化劑閥門控制端、 還原劑閥門控制端、催化劑閥門控制端、添加劑閥門控制端、固液混合器的液體增壓泵開 關(guān)、支撐劑進料閥門、支撐劑出料閥門、氣體單向閥開關(guān)相聯(lián)，測控儀器通過接收、分析、處 理溫度、壓力、流量、微地震傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前整套設(shè)備的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)對壓 裂過程各階段運行的實時智能控制。所述氣體單向閥為一種使氣體只能沿進口流動，出口 介質(zhì)卻無法回流的裝置，該裝置無需外部開關(guān)控制，其本身具備單向?qū)黧w的屬性。b.所 述的測控儀器根據(jù)溫度、壓力、流量、微地震傳感器實時采集的參數(shù)對整套設(shè)備智能控制， 是根據(jù)測控儀器測試的壓力、溫度、流量、微地震參數(shù)變化調(diào)控高能氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂 參數(shù)，所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂參數(shù)是指混合壓裂介質(zhì)的溫度、流量、壓力、流速 等參數(shù)，通過測控儀器對混合壓裂介質(zhì)強壓高能含支撐劑氣流的產(chǎn)氣量與流量、氣流溫度、 氣流含支撐劑量、壓力大小、升壓時間、壓力過程系列參數(shù)進行調(diào)控，以產(chǎn)生脈動式壓力過 程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程，實現(xiàn)目標巖層壓裂工程需求的各種壓裂效果。所 述的各種壓裂效果是在不同地質(zhì)環(huán)境下的目標巖層壓裂出3條及以上較大裂縫，以增大礦 產(chǎn)資源與生產(chǎn)套管的溝通面積。
[0011] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： a.所述的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)具有氧化劑、還原劑、催化劑、添加劑四個進料口，這些進料口 分別連接增壓泵再連接各進料儲箱，測控儀器通過分別對四個進料閥門及其增壓泵精確控 制，使四種燃料按比例噴入高能氣體燃燒室，燃燒室呈利于流體充分混合燃燒的鐘形，室內(nèi) 有受測控儀器控制的點火塞，燃燒室內(nèi)壁設(shè)置隔熱材料，燃燒室外環(huán)繞有循環(huán)水降溫管道， 帶走燃燒室多余的熱量。b.或者，所述的氧化劑、還原劑、催化劑、添加劑四種燃料按比例 噴入高能氣體燃燒室混合以后不需要點火塞點火即能自行燃燒，這種情況，高能氣體燃燒 室可不設(shè)置點火塞及其控制。c.通過測控儀器調(diào)控高能氣體燃燒室各燃料組分進料劑量 以及固液混合器射流中液體與支撐劑配比及射流噴射速度，進而調(diào)控高能氣體與射流的比 例，以調(diào)控混合壓裂介質(zhì)的壓力、溫度、流量、能量以產(chǎn)生壓裂工程需要的壓裂過程與結(jié)果。 所述的壓裂工程需要的壓裂過程為脈動式壓力過程、持續(xù)壓力過程、多平臺壓力過程，壓裂 結(jié)果為使目標巖層通過實施壓裂形成3條及以上較大裂縫，并使支撐劑進入裂縫對裂縫形 成支撐，以增大巖層中流體與生產(chǎn)套管之間的泄流面積。
[0012] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： a.所述的固液混合器的液體入口通過液體增壓泵連接液體儲箱，固液混合器的支撐劑入口 通過出料調(diào)節(jié)閥連接支撐劑儲箱，液體由液體增壓泵將其從儲箱抽出，形成高壓液體流通 過支撐劑出料口并攜帶支撐劑進入固液混合器混合，且通過高壓噴頭形成射流，在高能氣 體與射流的混合器中射流和高能氣體混合并形成混合壓裂介質(zhì)，進入井下導(dǎo)引管道，通過 測控儀器調(diào)控出料調(diào)節(jié)閥和高壓液體閥以控制支撐劑和液體的進料比例及其流量，進而調(diào) 控高能氣體與射流的比例以及混合壓裂介質(zhì)強壓高能含支撐劑氣流的產(chǎn)氣量與流量、氣流 溫度、氣流含支撐劑量、壓力大小、升壓時間、壓力過程系列參數(shù)，以產(chǎn)生脈動式壓力過程、 或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程，實現(xiàn)目標巖層壓裂工程需求的各種壓裂效果。b.所 述的固液混合器的高壓噴頭具有眾多細噴孔，細噴孔噴出細的射流，與高能氣體充分混合， 該射流以環(huán)境溫度與高能氣體混合后吸熱汽化成氣體，增加高溫高壓氣體總量并使混合后 氣體溫度降低，利用高能氣體使射流汽化吸熱的特性降溫，以減小混合壓裂介質(zhì)強壓高能 含支撐劑氣流之高溫對導(dǎo)引管道強度的影響，將高能氣流溫度控制在800攝氏度以內(nèi)，成 為強壓高能氣體與支撐劑的混合壓裂介質(zhì)。所述的高壓噴頭具有的細噴孔其細孔孔徑為 1?3mm〇
[0013] 根據(jù)以上所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，技術(shù)特點還有： 采用具有一定壓力、溫度、流量和流速的強壓高能氣體與支撐劑的混合壓裂介質(zhì)經(jīng)過導(dǎo)引 管道、井壁射孔孔眼進入目標巖層，利用混合壓裂介質(zhì)的壓力使巖層開裂形成3條及以上 較大裂縫和眾多微裂隙，混合壓裂介質(zhì)與巖層接觸和作用過程會因濾失到巖層和熱量流失 使氣體的體積減小，從而將混合壓裂介質(zhì)中的支撐劑沉降在裂縫內(nèi)，形成對裂縫的支撐建 立巖層流體與井筒的泄流通道，防止裂縫閉合。這就是本發(fā)明的設(shè)備采用高能氣流驅(qū)動支 撐劑壓裂地層的技術(shù)要素的優(yōu)點及其優(yōu)越性能。
[0014] 發(fā)明的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備優(yōu)點有：1.本發(fā)明的設(shè)備 運行可靠，工作過程不依賴水資源。2.本發(fā)明的設(shè)備采用氣體壓裂，返排時間短，對儲層沒 有傷害，不污染地層。3.本發(fā)明的設(shè)備采用氣體壓裂，其高能氣體發(fā)生機構(gòu)均在地面，不受 井下狹窄空間及裝藥量等影響，從而使壓裂規(guī)模不受限制。4.本發(fā)明的設(shè)備產(chǎn)生高能氣體 所使用的氧化劑與還原劑及其反應(yīng)產(chǎn)物清潔無污染，且本發(fā)明的設(shè)備所使用的氧化劑與還 原劑發(fā)生反應(yīng)需要特定條件，常溫常壓及沒有催化劑的環(huán)境下不發(fā)生反應(yīng)，運輸和儲存安 全。5.本發(fā)明的設(shè)備所使用的氧化劑、還原劑可采用普遍通用型商品，容易獲得，如還原劑 可為硝酸銨、甘油、煤油等，氧化劑可為高錳酸鉀、雙氧水、次氯酸鉀等價格便宜，不受危險 品管制。6.本發(fā)明的設(shè)備使用地面測控儀器對壓力過程精確控制，效率高，高能氣體產(chǎn)生 機構(gòu)可迅速生成大量高能氣體，能量集中，壓力上升時間快，在lms?10ms,可形成不受地 應(yīng)力的較大的裂縫或受地應(yīng)力控制的壓裂裂縫。7.由于本發(fā)明設(shè)備的高能氣體由地面產(chǎn) 生，可由地面測控儀器精確控制，所以可以控制高能氣體對井下形成脈動式壓裂，增強了壓 裂效果。8.本發(fā)明設(shè)備中與支撐劑攪拌成支撐劑懸濁液的液體可以為水，但對水資源的要 求低，且用量很少，不會對運輸造成困難。這種高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè) 備值得采用和推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 本發(fā)明的說明書附圖共有8幅： 圖1為高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖； 圖2為高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖； 圖3為射流機構(gòu)圖； 圖4為高能氣體噴發(fā)機構(gòu)圖； 圖5為高壓噴頭圖，其中：a圖為左側(cè)視圖，b圖為正視圖； 圖6為測控儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖7為高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備工作流程圖； 圖8為測控儀器工作流程圖。
[0016] 在各圖中采用了統(tǒng)一標號，即同一物件在各圖中用同一標號。在各圖中： 1.高能氣體噴發(fā)機構(gòu)；2.噴嘴溫度傳感器；3.噴嘴流量傳感器；4.泄壓閥門；5.地面 導(dǎo)引管道；6.氧化劑閥門控制端；7.還原劑閥門控制端；8.催化劑閥門控制端；9.添加劑 閥門控制端；10.測控儀器；11.氣體單向閥；12.混合溫度傳感器；13.高壓噴頭；14.井口 流量傳感器；15.環(huán)空壓力傳感器；16.微地震傳感器；17.點火塞控制端；18.噴嘴溫度測 試端；19.噴嘴流量測試端；20.泄壓閥門控制端； 21.管道壓力測試端；22.井口流量測試端；23.混合壓裂介質(zhì)；24.篩管口；25.底部 堵頭；26.下封隔器；27.目標巖層；28.射孔孔眼；29.上封隔器；30.井下導(dǎo)引管道；31.地 層；32.井口防噴器；33.管道壓力傳感器；34.高能氣體與射流混合機構(gòu)；35.射流機構(gòu)； 36.出料調(diào)節(jié)閥控制端；37.高壓液體閥控制端；38.液體增壓泵控制閥；39.混合溫度傳 感器測試端；40.環(huán)空壓力測試端；41.微地震測試端；42.固液混合器；43.出料調(diào)節(jié)閥； 44.液體單向閥；45.高壓液體閥；46.液體增壓泵；47.液體儲箱；48.支撐劑儲箱；49.添 加劑進料管；50.添加劑；51.添加劑閥；52.點火塞；53.散熱器；54.冷卻液；55.催化劑； 56.催化劑進料管；57.還原劑進料管；58.還原劑閥；59.還原劑；60.氧化劑閥；61.氧化 劑；62.氧化劑進料管；63.燃燒室；64.隔熱層；65.催化劑閥；66.法蘭螺孔；67.射流； 68.噴頭孔眼；69.主控制模塊；70.通信串口；71.顯示屏；72.直流電源；73.交流電源； 74.施工開始；75.對測控儀器編程；76.管道裝配；77.流量傳感器及單向、泄壓閥門安 裝；78.裝配射流機構(gòu)；79.裝配高能氣體噴發(fā)機構(gòu)；80.溫度、壓力傳感器安裝；81.連接 儀器測試端；82.連接儀器控制端；83.給儀器上電；84.噴射高能氣體原料裝配；85.試壓 點火；86.監(jiān)測環(huán)空壓力；87.打開泄壓閥門；88.管道內(nèi)壓力降至大氣壓；89.儀器下電； 90.排查設(shè)備故障；91.打開高能氣體噴發(fā)機構(gòu)進料各閥門；92.壓裂點火；93.監(jiān)測管道壓 力；94.打開泄壓閥門泄壓至閾值范圍；95.監(jiān)測管道溫度；96.噴水降溫；97.監(jiān)測混合壓 裂介質(zhì)流量；98.管道壓力泄壓至大氣壓；99.拆卸設(shè)備；100.施工完成；101.儀器開始工 作；102.儀器接收編程值；103.打開儀器相應(yīng)控制端；104.儀器控制噴射定量高能氣體的 原料；105.打開點火塞控制端；106.監(jiān)測環(huán)空壓力測試端；107.打開高能氣體原料各控制 端；108.監(jiān)測管道壓力測試端；109.儀器控制泄放壓力；110.監(jiān)測管道溫度測試端；111. 儀器控制噴水降溫；112.監(jiān)測混合壓裂介質(zhì)流量測試端；113.打開泄壓閥門控制端；114. 監(jiān)測管道壓力測試端至讀數(shù)為大氣壓；115.關(guān)閉儀器。

【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備非限定實施例如下： 實施例一.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的這種高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，是一種采用高能氣流驅(qū) 動支撐劑壓裂地層的專用設(shè)備，該設(shè)備具體結(jié)構(gòu)由圖1?圖8聯(lián)合示出，圖1為高能氣流 驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖，圖2為高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓 裂地層的設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖，兩圖中：1是高能氣體噴發(fā)機構(gòu)，2是噴嘴溫度傳感器，3是噴嘴流 量傳感器，4是泄壓閥門，5是地面導(dǎo)引管道，6是氧化劑閥門控制端，7是還原劑閥門控制 端，8是催化劑閥門控制端，9是添加劑閥門控制端，10是測控儀器，11是氣體單向閥，12 是混合溫度傳感器，13是高壓噴頭，14是井口流量傳感器，15是環(huán)空壓力傳感器，16是微 地震傳感器，17是點火塞控制端，18是噴嘴溫度測試端，19是噴嘴流量測試端，20是泄 壓閥門控制端，21是管道壓力測試端，22是井口流量測試端，23是混合壓裂介質(zhì)，24是篩 管口，25是底部堵頭，26是下封隔器，27是目標巖層，28是射孔孔眼，29是上封隔器，30 是井下導(dǎo)引管道，31是地層，32是井口防噴器，33是管道壓力傳感器，34是高能氣體與射 流混合機構(gòu)，35是射流機構(gòu)，36是出料調(diào)節(jié)閥控制端，37是高壓液體閥控制端，38是液體 增壓泵控制閥，39是混合溫度傳感器測試端，40是環(huán)空壓力測試端，41是微地震測試端。 如兩圖所示，該例壓裂地層的設(shè)備由高能氣體噴發(fā)機構(gòu)1、射流機構(gòu)35、高能氣體與射流混 合機構(gòu)34、測控儀器10、地面導(dǎo)引管道5和井下導(dǎo)引管道30等組合而成。該例的高能氣體 噴發(fā)機構(gòu)1、射流機構(gòu)35、高能氣體與射流混合機構(gòu)34和測控儀器10均設(shè)置在地面上，測 控儀器10控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)1點火噴發(fā)高能氣體、控制射流機構(gòu)35噴射射流、并控制 噴發(fā)的高能氣體與射流在高能氣體與射流混合機構(gòu)34中相作用生成混合壓裂介質(zhì)23進 入井下導(dǎo)引管道30,在井下導(dǎo)引管道30中混合壓裂介質(zhì)到達壓裂地層部位，井下導(dǎo)引管道 30的篩管口 24對準井筒的目標巖層27的射孔孔眼28,測控儀器10通過溫度傳感器2、12 等，壓力傳感器15、33等，流量傳感器3、14等，微地震傳感器16等實時測試壓裂過程的參 數(shù)，智能控制高能混合壓裂介質(zhì)23向射孔孔眼28噴射，使目標地層27產(chǎn)生多達3條及以 上較大裂縫，并使支撐劑進入裂縫對裂縫形成支撐，增加目標巖層27與井筒的溝通面積， 利于油氣的開采和生產(chǎn)。該例的測控儀器10由電子控制電路與軟件系統(tǒng)及儀器殼體組成， 其中電子控制電路包括：主控制微機或微處理器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、微 地震傳感器、信號調(diào)理電路、信號放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲電路、通信電路、控 制電路、接口電路。該例的溫度傳感器2、12等，壓力傳感器15、33等，流量傳感器3、14等， 微地震傳感器16等均設(shè)置在地面或地面導(dǎo)引管道，是檢測和監(jiān)控目標巖層27部位導(dǎo)引管 道中混合壓裂介質(zhì)23的溫度、壓力、流量等信息以及強壓高能含支撐劑氣流向射孔孔眼28 噴射壓裂過程的微地震等信息的采集端，這些信息采集端分別聯(lián)接信號調(diào)理電路，信號調(diào) 理電路聯(lián)接信號放大電路，信號放大電路聯(lián)接模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接數(shù)據(jù)存 儲電路，數(shù)據(jù)存儲電路、通信電路、控制電路、接口電路均聯(lián)接并受控于主控制微機，該例的 主控制微機選擇采用ThinkPad X240、或ThinkPad T440、或Pavilion M4-1009TX型號的微 機，通信電路通過接口電路以有線方式或通過天線以無線方式傳送本設(shè)備的種種檢測和監(jiān) 控信息給需要部門或部位，控制電路通過接口電路分別聯(lián)接并控制分布在高能氣體噴發(fā)機 構(gòu)1、射流機構(gòu)35、高能氣體與射流的混合機構(gòu)34、導(dǎo)引管道30等的控制執(zhí)行部件、組件、 元件動作。該例的測控儀器10設(shè)置有控制端與數(shù)據(jù)采集端，圖6示出測控儀器10內(nèi)部結(jié) 構(gòu)圖，如圖6所示，其控制端分別有點火塞控制端17、氧化劑閥門控制端6、還原劑閥門控 制端7、催化劑閥門控制端8、添加劑閥門控制端9、固液混合器的液體增壓泵開關(guān)、支撐劑 進料閥門、支撐劑出料閥門、氣體單向閥開關(guān)、噴嘴溫度測試端18、噴嘴流量測試端19、泄 壓閥門控制端20、管道壓力測試端21、井口流量測試端22、出料調(diào)節(jié)閥控制端36、高壓液體 閥控制端37、液體增壓泵控制閥38、混合溫度傳感器測試端39、環(huán)空壓力測試端40、微地震 測試端41等。其數(shù)據(jù)采集端分別與溫度傳感器2、12等，壓力傳感器15、33等，流量傳感器 3、14等，微地震傳感器16等聯(lián)接。圖6中還示出：主控制模塊69、通信串口 70、顯示屏71、 直流電源72和交流電源73等。該例的測控儀器10通過接收、分析、處理溫度、壓力、流量、 微地震傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前整套設(shè)備的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)對壓裂過程各階段運行的 實時智能控制。該例的測控儀器10根據(jù)溫度、壓力、流量、微地震傳感器實時采集的參數(shù)對 整套設(shè)備智能控制，是根據(jù)測控儀器10測試的壓力、溫度、流量、微地震參數(shù)變化調(diào)控高能 氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂參數(shù)，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂參數(shù)是指混合壓裂介質(zhì)23 的溫度、流量、壓力、流速等參數(shù)，通過測控儀器10對混合壓裂介質(zhì)23強壓高能含支撐劑氣 流的產(chǎn)氣量與流量、氣流溫度、氣流含支撐劑量、壓力大小、升壓時間、壓力過程系列參數(shù)進 行調(diào)控，以產(chǎn)生脈動式壓力過程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程，實現(xiàn)目標巖層27壓 裂工程需求的各種壓裂效果。該例的各種壓裂效果是在不同地質(zhì)環(huán)境下的目標巖層27壓 裂出3條及以上較大地層裂縫，以增大礦產(chǎn)資源與生產(chǎn)套管的溝通面積。圖8示出測控儀 器10工作流程圖，圖8中：101是儀器開始工作，102是儀器接收編程值，103是打開儀器相 應(yīng)控制端，104是儀器控制噴射定量高能氣體的原料，105是打開點火塞控制端，106是監(jiān)測 環(huán)空壓力測試端，107是打開高能氣體原料各控制端，108是監(jiān)測管道壓力測試端，109是儀 器控制泄放壓力，110是監(jiān)測管道溫度測試端，111是儀器控制噴水降溫，112是監(jiān)測混合壓 裂介質(zhì)流量測試端，113是打開泄壓閥門控制端，114是監(jiān)測管道壓力測試端至讀數(shù)為大氣 壓，115是關(guān)閉儀器。圖4示出該例的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)圖，如圖4所示，該例的高能氣體噴 發(fā)機構(gòu)1由高能氣體燃燒室63與點火塞52及點火塞控制端17,氧化劑61、進料管62、閥 門60及氧化劑閥門控制端6,還原劑59、進料管57、閥門58及還原劑閥門控制端7,催化劑 55、進料管56、閥門65及催化劑閥門控制端8,添加劑50、進料管49、閥門51及添加劑閥門 控制端9等組成。該例的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)1具有氧化劑61、還原劑59、催化劑55、添加劑 50四個進料口，這些進料口分別連接增壓泵再連接各進料儲箱，測控儀器10通過分別對四 個進料閥門（60、58、65、51等）及其增壓泵精確控制，使四種燃料按比例噴入高能氣體燃燒 室63,燃燒室63的各進料口通過各進料管與閥門分別連接氧化劑儲箱、還原劑儲箱、催化 劑儲箱、添加劑儲箱，燃燒室63的高能氣體噴發(fā)口連接高能氣體與射流混合機構(gòu)的高能氣 體入口，點火塞52設(shè)置在燃燒室63內(nèi)并與測控儀器10接口電路聯(lián)接受控，燃燒室63呈利 于流體充分混合燃燒的鐘形，室內(nèi)有受測控儀器10控制的點火塞52,燃燒室63內(nèi)壁設(shè)置隔 熱材料的隔熱層64,燃燒室63外有散熱器53即環(huán)繞有循環(huán)水（即冷卻液54)降溫管道，帶 走燃燒室63多余的熱量。該例的氧化劑選擇采用四氧化氮，該例的還原劑選擇采用液氫， 該例的催化劑選擇采用金屬，如鐵、鈷、鎳、銅等，該例的添加劑選擇采用H 20。通過測控儀器 10調(diào)控高能氣體燃燒室63各燃料組分進料劑量以及固液混合器42射流中液體與支撐劑配 比及射流噴射速度，進而調(diào)控高能氣體與射流的比例，以調(diào)控混合壓裂介質(zhì)23的壓力、溫 度、流量、能量以產(chǎn)生壓裂工程需要的壓裂過程與結(jié)果。所述的壓裂工程需要的壓裂過程為 脈動式壓力過程、持續(xù)壓力過程、多平臺壓力過程，壓裂結(jié)果為使目標巖層通過實施壓裂形 成3條及以上較大裂縫，并使支撐劑進入裂縫對裂縫形成支撐，以增大巖層中流體與生產(chǎn) 套管之間的泄流面積。圖3示出該例的射流機構(gòu)35結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示，該例的射流機構(gòu) 35由支撐劑儲箱48、出料調(diào)節(jié)閥43與出料調(diào)節(jié)閥控制端36、液體儲箱47、固液混合器42、 液體單向閥44、液體增壓泵46與液體增壓泵控制閥38、高壓液體閥45與高壓液體閥控制 端37、高壓噴頭13等組成。其中固液混合器42入口分別連接支撐劑儲箱48、液體增壓泵 46,液體增壓泵46連接液體儲箱47,固液混合器42出口連接高壓噴頭13,高壓噴頭13噴射 射流，該例的支撐劑選擇采用石英砂。該例的射流之液體選擇易于混合、攜帶和運輸支撐劑 的液體，如選擇采用化學(xué)特性穩(wěn)定的水。該例高壓液體閥45設(shè)置在液體增壓泵46與固液 混合器42之間，可通過高壓液體閥45控制端控制其開關(guān)。該例的固液混合器42的液體入 口通過液體增壓泵46連接液體儲箱47，固液混合器42的支撐劑入口通過出料調(diào)節(jié)閥43連 接支撐劑儲箱48，液體由液體增壓泵46將其從儲箱47抽出，形成高壓液體流通過支撐劑出 料口并攜帶支撐劑進入固液混合器42混合，且通過高壓噴頭13形成射流，在高能氣體與射 流的混合器中射流和高能氣體混合并形成混合壓裂介質(zhì)23,進入井下導(dǎo)引管道30,通過測 控儀器10調(diào)控出料調(diào)節(jié)閥43和高壓液體閥45以控制支撐劑和液體的進料比例及其流量， 進而調(diào)控高能氣體與射流的比例以及混合壓裂介質(zhì)23強壓高能含支撐劑氣流的產(chǎn)氣量與 流量、氣流溫度、氣流含支撐劑量、壓力大小、升壓時間、壓力過程系列參數(shù)，以產(chǎn)生脈動式 壓力過程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程，實現(xiàn)目標巖層壓裂工程需求的各種壓裂效 果。該例的固液混合器42的高壓噴頭13具有眾多細噴孔，圖5示出該例的高壓噴頭13的 結(jié)構(gòu)圖，其中：a圖為左側(cè)視圖，b圖為正視圖，圖5中：法蘭螺孔66,射流67,噴頭孔眼68。 細噴孔噴出細的射流，與高能氣體充分混合，該射流67以環(huán)境溫度與高能氣體混合后吸熱 汽化成氣體，增加高溫高壓氣體總量并使混合后氣體溫度降低，利用高能氣體使射流汽化 吸熱的特性降溫，以減小混合壓裂介質(zhì)23強壓高能含支撐劑氣流之高溫對導(dǎo)引管道30強 度的影響，將高能氣流溫度控制在800攝氏度以內(nèi)，成為強壓高能氣體與支撐劑的混合壓 裂介質(zhì)23。該例的高壓噴頭13具有的細噴孔其細孔孔徑為1mm。該例的高能氣體與射流 混合機構(gòu)由混合器為主構(gòu)成，混合器的入口分別連接射流的高壓噴頭13的出口和高能氣 體噴發(fā)出口，混合器的出口與井下導(dǎo)引管道30的入口連接。該例的井下導(dǎo)引管道30選擇 采用耐高溫、高強度的金屬或其他替代材料做導(dǎo)引管道，導(dǎo)引管道30如選擇采用油管，井 下導(dǎo)引管道30末端形成篩管口 24。該例導(dǎo)引管道30的篩管口 24其管壁上均勻分布圓形 孔眼使篩管內(nèi)外溝通。該例的壓裂過程是受測控儀器10智能控制的，即是根據(jù)測控儀器10 測試的壓力、溫度、流量、微地震參數(shù)變化來調(diào)控高能氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂參數(shù)值。該例 的各壓裂參數(shù)有混合壓力介質(zhì)23的溫度、流量、壓力等參數(shù)。該例的壓裂過程通過測控儀 器10對混合壓裂介質(zhì)23壓力值大小、升壓時間、氣體溫度、含支撐劑量等參數(shù)調(diào)控，使強壓 高能含支撐劑氣流產(chǎn)生脈動式壓力過程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程。所述脈動式 壓力為通過地面控制高能氣體的產(chǎn)生量與速度，使井下壓力迅速上升至峰值、使目標巖層 27沿射孔孔眼28形成裂縫，然后降低燃燒速度使得井下壓力下降，最后通過地面設(shè)備的控 制再次產(chǎn)生高能氣體使井下壓力再次到達峰值，如此反復(fù)形成脈動式壓力過程。所述的持 續(xù)壓力過程是通過地面設(shè)備的精確控制，使高能氣體噴發(fā)機構(gòu)1以一定速度產(chǎn)生一定量高 能氣體，使井下壓力達到特定的值，然后隨著目標巖層27形成裂縫吸收壓力，實時控制高 能氣體噴發(fā)機構(gòu)1產(chǎn)生高能氣體進行補充以維持特定壓力值。所述的多平臺壓力過程通過 地面精確控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)1，使其以一定速度產(chǎn)生一定量的高能氣體，使井下壓力達 到一定值，將該壓力值保持一定時間后控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)1繼續(xù)產(chǎn)生一定量的高能氣 體使井下壓力達到新的特定的值，如此反復(fù)可形成多平臺壓力過程?；旌蠅毫呀橘|(zhì)23的壓 力值選擇為巖層的破裂壓力的1. 5倍，壓力上升速度大于2MPa/ms。所述的巖層的破裂壓力 值為2(T70MPa。該例的壓裂過程通過測控儀器10調(diào)控射流67大小與高能氣體的比例以 調(diào)控混合壓裂介質(zhì)23的溫度。利用高能氣體使射流67汽化吸熱的特性降溫，以減小混合 壓裂介質(zhì)23強壓高能含支撐劑氣流之高溫對導(dǎo)引管道30強度的影響。該例的支撐劑儲箱 48裝置不同粒徑的支撐劑，在壓裂過程不同階段通過測控儀器10調(diào)整、采用或加入不同類 型、不同大小的支撐劑。該例的支撐劑不同類型是指支撐劑的不同種類。砂的不同大小，如 是選擇12-18目、或12-20目的砂。該例的壓裂地層的設(shè)備具有安全設(shè)置，該安全設(shè)置是設(shè) 置在地面導(dǎo)引管道5上的泄壓閥門4,當(dāng)?shù)孛鎸?dǎo)引管道5的內(nèi)壓力過大超出安全閾值時，泄 壓閥門4通過測控儀器10控制打開泄壓。有這個泄壓閥門4本設(shè)備會更安全。該例的壓 裂過程的目標巖層27段上下施加封隔器26和29,只有目標巖層27段受壓力作用。有這 一設(shè)置使本設(shè)備更安全又節(jié)能。該例的壓裂過程的目標巖層27的目標射孔孔眼28是目標 巖層27井壁上射孔彈射穿的孔眼、或是水力割縫形成的孔道、或是切割彈形成的孔槽，它 們構(gòu)成了混合壓裂介質(zhì)23進入目標巖層的通道。這些孔眼、孔道、孔槽都是混合壓裂介質(zhì) 23進入目標巖層27實施壓裂的通道，特別是其中的支撐劑進入目標巖層27的通道。采 用具有一定壓力、溫度、流量和流速的強壓高能氣體與支撐劑的混合壓裂介質(zhì)23經(jīng)過導(dǎo)引 管道30井壁射孔孔眼28進入目標巖層27,利用混合壓裂介質(zhì)23的壓力使巖層開裂形成 3條及以上較大裂縫和眾多微裂隙，混合壓裂介質(zhì)23與巖層接觸和作用過程會因濾失到巖 層和熱量流失使氣體的體積減小，從而將混合壓裂介質(zhì)23中的支撐劑沉降在裂縫內(nèi)，形成 對裂縫的支撐建立巖層流體與井筒的泄流通道，防止裂縫閉合。這就是本發(fā)明的設(shè)備采用 高能氣流驅(qū)動支撐劑壓裂巖層的技術(shù)要素的優(yōu)點及其優(yōu)越性能。圖7示出該例的高能氣流 驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備工作流程圖，圖7中：74是施工開始，75是對測控儀 器編程，76是管道裝配，77是流量傳感器及單向、泄壓閥門安裝，78是裝配射流機構(gòu)，79是 裝配高能氣體噴發(fā)機構(gòu)，80是溫度、壓力等傳感器安裝，81是連接儀器測試端，82是連接儀 器控制端，83是給儀器上電，84是噴射高能氣體原料裝配，85是試壓點火，86是監(jiān)測環(huán)空壓 力，87是打開泄壓閥門，88是管道內(nèi)壓力降至大氣壓，89是儀器下電，90是排查設(shè)備故障， 91是打開高能氣體噴發(fā)機構(gòu)進料各閥門，92是壓裂點火，93是監(jiān)測管道壓力，94是打開泄 壓閥門泄壓至閾值范圍，95是監(jiān)測管道溫度，96是噴水降溫，97是監(jiān)測混合壓裂介質(zhì)流量， 98是管道壓力泄壓至大氣壓，99是拆卸設(shè)備，100是施工完成。
[0018] 實施例二.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián)合 示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一的高能氣流驅(qū)動 支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：1.該例的氧化劑、還原劑、催化劑、添加劑四種 燃料按比例噴入高能氣體燃燒室混合以后不需要點火塞點火即能自行燃燒，這種情況，高 能氣體燃燒室可不設(shè)置點火塞及其控制。2.該例的主控制微處理器選擇采用MSP430型、 或AVR型、或C8051FSTM32型號的微處理器。3.該例的氧化劑選擇采用硝酸銨、或硝酸、或 紅煙硝酸。該例的還原劑選擇采用酒精。該例的催化劑選擇采用金屬鹽，所述的金屬鹽有 氯化鐵、硫酸銅等。該例的添加劑選擇采用氨。4.該例的射流之液體選擇易于混合、攜帶和 運輸支撐劑的水溶液，所述水溶液為金屬鹽水溶液，例如是氯化鈉溶液或氯化鉀溶液等。 5.該例的支撐劑選擇采用陶瓷顆粒，所述的不同大小的支撐劑是指12-18目、或12-20目陶 粒。6.該例的高壓噴頭13具有的細噴孔其細孔孔徑為3mm。7.該例的導(dǎo)引管道30如選擇 采用鉆桿。8.該例的混合壓裂介質(zhì)23的壓力值選擇為巖層的破裂壓力的3. 5倍。該例的 高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備其余未述的，全同于實施例一中所述的，不 再重述。
[0019] 實施例三.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián)合 示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一、實施例二的高能 氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：1.該例的氧化劑選擇采用液氧。該例 的還原劑選擇采用肼、或甲基肼、或偏二甲肼、或混肼-50。該例的催化劑選擇采用氯化鐵水 合物等。該例的添加劑選擇采用甲醇、或糠醇。2.該例的支撐劑選擇采用煤矸石顆粒，所述 的不同大小的支撐劑是指16-20目煤矸石粒。3.該例的高壓噴頭13具有的細噴孔其細孔 孔徑為2mm。4.該例的混合壓裂介質(zhì)23的壓力值選擇為巖層的破裂壓力的2. 5倍。該例 的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備其余未述的，全同于實施例一、實施例二 中所述的，不再重述。
[0020] 實施例四.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián)合 示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一?實施例三的高 能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：1.該例的氧化劑選擇采用液氟。該 例的還原劑選擇采用煤油、或汽油。該例的添加劑選擇采用鋁、或鈹、或鋰等。2.該例的支 撐劑選擇采用煤矸石顆粒，所述的不同大小的支撐劑是指20-40目煤矸石粒。該例的高能 氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備其余未述的，全同于實施例一?實施例三中所 述的，不再重述。
[0021] 實施例五.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián)合 示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一?實施例四的高 能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：1.該例的氧化劑選擇采用H 202。該 例的還原劑選擇采用糠醇、或各類醇烷烴。2.該例的支撐劑選擇采用砂、或陶顆粒，所述的 不同大小的支撐劑是指30-50目砂、或陶顆粒。該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂 地層的設(shè)備其余未述的，全同于實施例一?實施例四中所述的，不再重述。
[0022] 實施例六.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián)合 示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一?實施例五的高 能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：1.該例的氧化劑選擇采用如下組 份四氧化氮、硝酸銨、硝酸、紅煙硝酸、液氧，液氟，H 202等它們的組合，所述的氧化劑選擇采 用的各種組份的組合是上述各種組份按組份按比例的任意、可能、需要的組合。2.該例的還 原劑選擇采用苯胺、或氨。該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備其余未述 的，全同于實施例一?實施例五中所述的，不再重述。
[0023] 實施例七.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián) 合示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一?實施例六的 高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：該例的還原劑選擇采用氫化物、 或甘油。該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備其余未述的，全同于實施例 一?實施例六中所述的，不再重述。
[0024] 實施例八.高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備 該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備具體結(jié)構(gòu)可用圖1?圖8等聯(lián)合 示出，該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備與實施例一?實施例七的高 能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備不同點有：該例的還原劑選擇采用如下組份 液氫、酒精、肼、甲基肼、偏二甲肼、混肼-50、煤油、汽油、糠醇、各類醇烷烴、苯胺、氨、硼氫化 物、甘油等它們的組合，所述的還原劑選擇采用的各種組份的組合是上述各種組份按組份 按比例的任意、可能、需要的組合。該例的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備其 余未述的，全同于實施例一?實施例七中所述的，不再重述。
【權(quán)利要求】
1. 一種高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，該壓裂地層的設(shè)備由高能氣體 噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體與射流混合機構(gòu)、測控儀器、地面和井下導(dǎo)引管道組合而成， 特征在于：所述的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體與射流混合機構(gòu)和測控儀器均設(shè) 置在地面上，測控儀器控制高能氣體噴發(fā)機構(gòu)點火噴發(fā)高能氣體、控制射流機構(gòu)噴射射流、 并控制噴發(fā)的高能氣體與射流在高能氣體與射流混合機構(gòu)中相作用生成混合壓裂介質(zhì)進 入井下導(dǎo)引管道，在井下導(dǎo)引管道中混合壓裂介質(zhì)到達壓裂地層部位，井下導(dǎo)引管道的篩 管口對準井筒目標巖層的射孔孔眼，測控儀器通過溫度、壓力、流量、微地震傳感器實時測 試壓裂過程的參數(shù)，智能控制高能氣流驅(qū)動支撐劑向射孔孔眼噴射，使目標巖層產(chǎn)生3條 及以上較大裂縫，并使支撐劑進入裂縫對裂縫形成支撐，增加目標巖層與井筒的溝通面積， 利于油氣的開米和生產(chǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： 所述的測控儀器由電子控制電路與軟件系統(tǒng)及儀器殼體組成，其中電子控制電路包括：主 控制微機或微處理器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、微地震傳感器、信號調(diào)理電 路、信號放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲電路、通信電路、控制電路、接口電路，控制電 路通過接口電路分別聯(lián)接并控制分布在高能氣體噴發(fā)機構(gòu)、射流機構(gòu)、高能氣體與射流的 混合機構(gòu)、導(dǎo)引管道的控制執(zhí)行部件、組件、元件動作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： 所述的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)由高能氣體燃燒室與點火塞、氧化劑進料管及閥門、還原劑進料 管及閥門、催化劑進料管及閥門、添加劑進料管及閥門組成，燃燒室的各進料口通過各進料 管與閥門分別連接氧化劑儲箱、還原劑儲箱、催化劑儲箱、添加劑儲箱，燃燒室的高能氣體 噴發(fā)口連接高能氣體與射流混合機構(gòu)的高能氣體入口，點火塞設(shè)置在燃燒室內(nèi)并與測控儀 器接口電路聯(lián)接受控，所述的氧化劑選擇采用四氧化氮、或硝酸銨、或硝酸、或紅煙硝酸、或 液氧，或液氟，或H 202、或是它們的組合；所述的還原劑選擇采用液氫、或酒精、或肼、或甲基 肼、或偏二甲肼、或混肼-50、或煤油、或汽油、或糠醇、或各類醇烷烴、或苯胺、或氨、或硼氫 化物、或甘油、或是它們的組合；所述的催化劑選擇采用金屬、或金屬鹽、或氯化鐵水合物； 所述的添加劑選擇采用H 20、或氨、或甲醇、或糠醇、或鋁、或鈹、或鋰。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： 所述的射流機構(gòu)由支撐劑儲箱、出料調(diào)節(jié)閥、液體儲箱、固液混合器、液體增壓泵、高壓液體 閥、高壓噴頭組成，其中固液混合器入口分別連接支撐劑儲箱、液體增壓泵，液體增壓泵連 接液體儲箱，固液混合器出口連接高壓噴頭，高壓噴頭噴射射流，所述的支撐劑選擇采用石 英砂、或陶瓷顆粒，或煤矸石顆粒；所述的射流之液體選擇易于混合、攜帶和運輸支撐劑的 液體，如選擇采用化學(xué)特性穩(wěn)定的水、或水溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： 所述的高能氣體與射流混合機構(gòu)由混合器為主構(gòu)成，混合器的入口分別連接射流的高壓噴 頭出口和高能氣體噴發(fā)出口，混合器的出口與井下導(dǎo)引管道入口連接；所述的井下導(dǎo)引管 道選擇采用耐高溫、高強度的金屬或其他替代材料，導(dǎo)引管道可選擇采用油管、鉆桿，井下 導(dǎo)引管道末端形成篩管口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： a.所述的壓裂過程是受測控儀器智能控制的，即是根據(jù)測控儀器測試的壓力、溫度、流 量、微地震參數(shù)變化調(diào)控高能氣流驅(qū)動支撐劑各壓裂參數(shù)； b. 所述的壓裂過程通過測控儀器對混合壓裂介質(zhì)壓力值大小、升壓時間、氣體溫度、 含支撐劑量參數(shù)調(diào)控，使混合壓裂介質(zhì)產(chǎn)生脈動式壓力過程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓 力過程；混合壓裂介質(zhì)的壓力值選擇為巖層的破裂壓力的1. 5~3· 5倍，壓力上升速度大于 2MPa/ms ； c. 所述的壓裂過程通過測控儀器調(diào)控射流大小與高能氣體的比例以調(diào)控混合壓裂介 質(zhì)的溫度； d. 所述的支撐劑儲箱裝置不同粒徑的支撐劑，在壓裂過程不同階段通過測控儀器調(diào) 整、采用或加入不同類型、不同大小的支撐劑； e. 所述的該壓裂地層的設(shè)備具有安全設(shè)置，該安全設(shè)置是設(shè)置在地面導(dǎo)引管道上的泄 壓閥門，當(dāng)?shù)孛鎸?dǎo)引管道內(nèi)壓力過大超出安全閾值時，泄壓閥門通過測控儀器控制打開； f. 所述的壓裂過程的目標巖層段上下施加封隔器，只有目標巖層段受壓力作用； g. 所述的壓裂過程目標巖層的目標射孔孔眼是目標巖層井壁上射孔彈射穿的孔眼、或 是水力割縫形成的孔道、或是切割彈形成的孔槽，它們構(gòu)成了混合壓裂介質(zhì)進入目標巖層 的通道。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： a. 所述的測控儀器設(shè)置有控制端與數(shù)據(jù)采集端，其數(shù)據(jù)采集端分別與溫度傳感器、壓 力傳感器、流量傳感器、微地震傳感器聯(lián)接，其控制端分別與高能點火塞控制端、氧化劑閥 門控制端、還原劑閥門控制端、催化劑閥門控制端、添加劑閥門控制端、固液混合器的液體 增壓泵開關(guān)、支撐劑進料閥門、支撐劑出料閥門、氣體單向閥開關(guān)相聯(lián)，測控儀器通過接收、 分析、處理溫度、壓力、流量、微地震傳感器采集的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前整套設(shè)備的運行狀態(tài)，以實 現(xiàn)對各階段運行的實時智能控制； b. 所述的測控儀器根據(jù)溫度、壓力、流量、微地震傳感器實時采集的參數(shù)對整套設(shè)備智 能控制，是根據(jù)測控儀器測試的壓力、溫度、流量、微地震參數(shù)變化調(diào)控高能氣流驅(qū)動支撐 劑各壓裂參數(shù)，通過測控儀器對混合壓裂介質(zhì)強壓高能含支撐劑氣流的產(chǎn)氣量與流量、氣 流溫度、氣流含支撐劑量、壓力大小、升壓時間、壓力過程系列參數(shù)進行調(diào)控，以產(chǎn)生脈動式 壓力過程、或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程，實現(xiàn)目標巖層壓裂工程需求的各種壓裂效 果。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： a. 所述的高能氣體噴發(fā)機構(gòu)具有氧化劑、還原劑、催化劑、添加劑四個進料口，這些進 料口分別連接增壓泵再連接各進料儲箱，測控儀器通過分別對四個進料閥門及其增壓泵精 確控制，使四種燃料按比例噴入高能氣體燃燒室，燃燒室呈利于流體充分混合燃燒的鐘形， 室內(nèi)有受測控儀器控制的點火塞，燃燒室內(nèi)壁設(shè)置隔熱材料，燃燒室外環(huán)繞有循環(huán)水降溫 管道，帶走燃燒室多余的熱量； b. 或者，所述的氧化劑、還原劑、催化劑、添加劑四種燃料按比例噴入高能氣體燃燒室 混合以后不需要點火塞點火即能自行燃燒，這種情況，高能氣體燃燒室可不設(shè)置點火塞及 其控制； c. 通過測控儀器調(diào)控高能氣體燃燒室各燃料組分進料劑量以及固液混合器射流中液 體與支撐劑配比及射流噴射速度，進而調(diào)控高能氣體與射流的比例，以調(diào)控混合壓裂介質(zhì) 的壓力、溫度、流量、能量以產(chǎn)生壓裂工程需要的壓裂過程與結(jié)果。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： a. 所述的固液混合器的液體入口通過液體增壓泵連接液體儲箱，固液混合器的支撐劑 入口通過出料調(diào)節(jié)閥連接支撐劑儲箱，液體由液體增壓泵將其從儲箱抽出，形成高壓液體 流通過支撐劑出料口并攜帶支撐劑進入固液混合器混合，且通過高壓噴頭形成射流，在高 能氣體與射流的混合器中射流和高能氣體混合并形成混合壓裂介質(zhì)，進入井下導(dǎo)引管道， 通過測控儀器調(diào)控固液混合器進料閥門以控制支撐劑和液體的進料比例及其流量，進而調(diào) 控高能氣體與射流的比例以及混合壓裂介質(zhì)強壓高能含支撐劑氣流的產(chǎn)氣量與流量、氣流 溫度、氣流含支撐劑量、壓力大小、升壓時間、壓力過程系列參數(shù)，以產(chǎn)生脈動式壓力過程、 或持續(xù)壓力過程、或多平臺壓力過程，實現(xiàn)目標巖層壓裂工程需求的各種壓裂效果； b. 所述的固液混合器的高壓噴頭具有眾多細噴孔，細噴孔噴出細的射流，與高能氣體 充分混合，該射流以環(huán)境溫度與高能氣體混合后吸熱汽化成氣體，增加高溫高壓氣體總量 并使混合后氣體溫度降低，利用高能氣體使射流汽化吸熱的特性降溫，以減小混合壓裂介 質(zhì)強壓高能含支撐劑氣流之高溫對導(dǎo)引管道強度的影響，將高能氣流溫度控制在800攝氏 度以內(nèi)，成為強壓高能氣體與支撐劑的混合流體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高能氣流驅(qū)動支撐劑導(dǎo)入井下壓裂地層的設(shè)備，特征在于： 采用具有一定壓力、溫度、流量和流速的強壓高能氣體與支撐劑的混合壓裂介質(zhì)經(jīng)過導(dǎo)引 管道、井壁射孔孔眼進入目標巖層，利用混合壓裂介質(zhì)的壓力使巖層開裂形成3條及以上 較大裂縫和眾多微裂隙，混合壓裂介質(zhì)與巖層接觸和作用過程會因濾失到巖層和熱量流失 使氣體的體積減小，從而將混合壓裂介質(zhì)中的支撐劑沉降在裂縫內(nèi)，形成對裂縫的支撐建 立巖層流體與井筒的泄流通道，防止裂縫閉合。
【文檔編號】E21B43/267GK104121005SQ201410337804
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】崔春生, 馬鐵華, 祖靜, 裴東興, 張紅艷, 劉帥, 姚舜才, 范錦彪, 李新娥, 徐鵬, 沈大偉, 謝銳, 王燕, 尤文斌, 張艷兵, 梁志劍 申請人:中北大學(xué)