高能气体压裂增产技术(1)

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1、Xi an Shiyou University 高能气体压裂增产技术 1 关于火工的有关知识 2 国外发展概况 3 增产机理及理论研究 4 高能气体发生器的研制 5 压力监测及施工工艺 6 应用效果 目 录 Xi an Shiyou University 高能气体压裂 层内爆炸压裂 水力压裂的区别 1 高能气体压裂 2 层内爆炸压裂 利用利用脉冲加载并控制压力上升速度脉冲加载并控制压力上升速度 使迅速释放的高温高压气体在 使迅速释放的高温高压气体在 井筒附近压开井筒附近压开多方位的径向裂缝多方位的径向裂缝 使储层中的 使储层中的天然裂缝能够与井筒天然裂缝能够与井筒 连通连通 从而达到增产的目的

2、 从而达到增产的目的 第一章 先生成一个水力裂缝先生成一个水力裂缝 把固体炸药把固体炸药送入裂缝深处送入裂缝深处 然后然后点燃点燃炸药炸药 在在 主裂缝附近主裂缝附近生成压碎带或剪切裂缝生成压碎带或剪切裂缝 同时保持井筒完好无损同时保持井筒完好无损 达到提达到提 高油井产能的目的高油井产能的目的 3 水力压裂 第一节 高能气体压裂增产技术 一 爆炸与燃烧 1 1 燃烧 燃烧 是物质进行剧烈的氧化还原反应 并伴随着发热和发光 是物质进行剧烈的氧化还原反应 并伴随着发热和发光 的现象 的现象 Xi an Shiyou University 第一节 火工 第一章 通常通常所称的燃烧是指某些物质所称的

3、燃烧是指某些物质 如柴 煤 油等如柴 煤 油等 与空气中的氧气化合与空气中的氧气化合 引起的剧烈氧化反应现象 引起的剧烈氧化反应现象 火药燃烧 火药燃烧 含有足够的氧化剂 燃烧时含有足够的氧化剂 燃烧时不需要不需要空气或外加的氧化剂 空气或外加的氧化剂 Xi an Shiyou University 第一节 关于火工的有关知识 第一章 2 2 爆炸 爆炸 是在极短暂时间内发生能量转变或者气体体积急剧膨胀的是在极短暂时间内发生能量转变或者气体体积急剧膨胀的 现象 广义的爆炸包括爆轰 爆燃与燃烧 爆炸一般分为物理爆炸 化现象 广义的爆炸包括爆轰 爆燃与燃烧 爆炸一般分为物理爆炸 化 学爆炸和核爆炸

4、三类 学爆炸和核爆炸三类 反应的放热性 目前常规军用炸药的爆热一般为反应的放热性 目前常规军用炸药的爆热一般为3 6MJ kg3 6MJ kg 反应的高速性 爆炸反应是在微秒级反应的高速性 爆炸反应是在微秒级 1010 6 6s s 时间内完成的 时间内完成的 生成大量高温高压气体产物 生成大量高温高压气体产物 炸药的爆炸炸药的爆炸属于化学爆炸 它有三个特征属于化学爆炸 它有三个特征 Xi an Shiyou University 第一节 关于火工的有关知识 第一章 二 火工材料 1 1 火药火药 是在无外界供氧条件下 可由火花 火焰等是在无外界供氧条件下 可由火花 火焰等外界能源外界能源正常

5、引燃 迅正常引燃 迅 速进行有规律的燃烧 同时生成大量热和气体产物的混合物 通常由速进行有规律的燃烧 同时生成大量热和气体产物的混合物 通常由氧氧 化剂化剂 粘结剂粘结剂 可燃剂可燃剂及及附加剂附加剂等组成 等组成 2 2 炸药炸药 是在一定的外界能量作用下 能发生是在一定的外界能量作用下 能发生高速高速的化学反应 放出大量的的化学反应 放出大量的 热 生成气体产物并对外界做功的化合物或混合物 广义的炸药包含热 生成气体产物并对外界做功的化合物或混合物 广义的炸药包含起起 爆药爆药 猛炸药猛炸药 火药火药和和烟火剂烟火剂 国内通常称谓的炸药是指猛性炸药 国内通常称谓的炸药是指猛性炸药 Xi a

6、n Shiyou University 第一节 关于火工的有关知识 第一章 二 火工材料 3 3 油气井射孔弹所用炸药 油气井射孔弹所用炸药 属于属于高能混合炸药高能混合炸药 绝大部分以 绝大部分以黑索金 奥克托今黑索金 奥克托今为主体 常见的混为主体 常见的混 合炸药有 合炸药有 12351235号耐热传爆药 且有较高的爆轰感度 能在号耐热传爆药 且有较高的爆轰感度 能在180180 温度下工作温度下工作2h2h 爆轰性能 成型性能好 机械强度高 使用安全 爆轰性能 成型性能好 机械强度高 使用安全 2 2号耐热炸药 以号耐热炸药 以TATB TATB 三氨基三硝基苯三氨基三硝基苯 为主体

7、敏感度极低 使用为主体 敏感度极低 使用 安全 可用于耐高温安全 可用于耐高温 小于小于250250 的射孔弹或其他爆破器材中 的射孔弹或其他爆破器材中 411411号耐热炸药 可在号耐热炸药 可在2l0 2202l0 220 条件下工作条件下工作2h2h 爆轰性能好 破甲深 爆轰性能好 破甲深 度深 撞击感度和摩擦感度低 有较好的安全性能 成型性能好 机械强度深 撞击感度和摩擦感度低 有较好的安全性能 成型性能好 机械强 度高 是一种综合性能较好的耐热炸药 度高 是一种综合性能较好的耐热炸药 Xi an Shiyou University 第二节 国外发展概况 第一章 一 美国 185818

8、58年 年 美国德凯瑞首创性地提出了改造油层从而使油井增产的概念美国德凯瑞首创性地提出了改造油层从而使油井增产的概念 18611861年 年 丹尼斯第一次成功地使用步枪火药改造了油层 丹尼斯第一次成功地使用步枪火药改造了油层 18641864年 年 罗伯茨申请了第一个油井爆炸增产的专利 罗伯茨申请了第一个油井爆炸增产的专利 1 1 应力压裂应力压裂 stressfracstressfrac 气体发生器的应用情况气体发生器的应用情况 是美国是美国Servo DynamicsServo Dynamics公司研制的高能气体压裂工具 据介绍已公司研制的高能气体压裂工具 据介绍已 有近有近3030年的历

9、史 施工井次达年的历史 施工井次达40004000口口以上 增产以上 增产6969 279 279 Xi an Shiyou University 第二节 国外发展概况 第一章 1 1 处理深度为 处理深度为90 4268m90 4268m 2 2 缝长达 缝长达10m10m以上以上 3 3 可适应的压力范围为 可适应的压力范围为1 725 41 4MPa1 725 41 4MPa 4 4 应用于新井的油气层增产处理 包括多次处理 应用于新井的油气层增产处理 包括多次处理 5 5 用于水力压裂等措施前或者措施后进行处理 用于水力压裂等措施前或者措施后进行处理 6 6 应用于不宜进行水力压裂及酸

10、化处理的油气层 如水敏性油气层等 应用于不宜进行水力压裂及酸化处理的油气层 如水敏性油气层等 7 7 对砂岩及碳酸岩油气层均可取得较好的效果 它可以产生多条裂缝 对砂岩及碳酸岩油气层均可取得较好的效果 它可以产生多条裂缝 并可使之与天然裂缝沟通 因而增产效果明显 并可使之与天然裂缝沟通 因而增产效果明显 技术参数与适用范围技术参数与适用范围 Xi an Shiyou University 第二节 国外发展概况 第一章 1 1 东得克萨斯油田某东得克萨斯油田某注水井注水井 岩性 细砂岩 孔隙度为岩性 细砂岩 孔隙度为1414 渗速率为 渗速率为5md 5md 井况 第一次酸化 再次酸化都未成功

11、井况 第一次酸化 再次酸化都未成功 应力压裂前 注水量为应力压裂前 注水量为1 98m1 98m 3 3 h h 注入压力为 注入压力为6 9MPa6 9MPa 应力压裂后 应力压裂后 注水量上升为注水量上升为2 64m2 64m 3 3 h h 注入压力下降为 注入压力下降为1 389MPa1 389MPa 2 2 中阿但特戴维油田某中阿但特戴维油田某油井油井 岩性 砂岩 孔隙度为岩性 砂岩 孔隙度为7 7 渗速率为 渗速率为10md10md 井况 细砂堵塞了射孔孔眼 产量很低 再次酸化处理仍末成功井况 细砂堵塞了射孔孔眼 产量很低 再次酸化处理仍末成功 应力压裂前 该井的原油产量为应力压裂

12、前 该井的原油产量为1 5m3 d1 5m3 d 压裂后上升到 压裂后上升到4 0m3 d 4 0m3 d 一年一年 后产量还保持在后产量还保持在3 5m3 d3 5m3 d 应用实例应用实例 Xi an Shiyou University 第二节 国外发展概况 第一章 2 2 双基推进剂在泥盆系页岩中进行多裂缝压裂的研究情况双基推进剂在泥盆系页岩中进行多裂缝压裂的研究情况 美国桑迪亚国家实验认为 泥盆系美国桑迪亚国家实验认为 泥盆系 页岩用页岩用高速爆炸高速爆炸处理会在井筒附近造成处理会在井筒附近造成 压碎和压实区域 封堵了产出物 压碎和压实区域 封堵了产出物 泡沫泡沫 压裂压裂虽可避免应力

13、罩的产生 但仅能产虽可避免应力罩的产生 但仅能产 生单一裂缝 生单一裂缝 高能气体压裂高能气体压裂 在强大的 在强大的 气流挤压作用下 既可避免压碎井壁 气流挤压作用下 既可避免压碎井壁 可产生辐射状的多条裂缝 可产生辐射状的多条裂缝 多裂缝压裂测得的典型压力波曲线多裂缝压裂测得的典型压力波曲线 Xi an Shiyou University 第二节 国外发展概况 第一章 二 前苏联 前苏联专家们认为 高能气体压裂过程中既存在着前苏联专家们认为 高能气体压裂过程中既存在着机械作用机械作用 产生的高温 产生的高温 高压燃气又起了高压燃气又起了热化学热化学作用 同时在井筒中形成的压力脉冲又可造成作

14、用 同时在井筒中形成的压力脉冲又可造成物理作用物理作用 因而 高能气体压裂是上述增产方法结合起来的有效措施 其增产效果并不 因而 高能气体压裂是上述增产方法结合起来的有效措施 其增产效果并不 比水力压型差 比水力压型差 在前苏联 高能气体压裂技术已经得到了较大规模的应用 从新井评价 在前苏联 高能气体压裂技术已经得到了较大规模的应用 从新井评价 生产井投产到油田高含水阶段的开发等各个阶段都应用了这一技术 并取得了生产井投产到油田高含水阶段的开发等各个阶段都应用了这一技术 并取得了 较好的效果 较好的效果 总的来看 前苏联在现场应用规模 技术成熟性 压裂效果等总的来看 前苏联在现场应用规模 技术

15、成熟性 压裂效果等 方面均优于美国 值得我们借鉴学习 方面均优于美国 值得我们借鉴学习 Xi an Shiyou University 第三节 增产机理及理论研究 第一章 一 高能气体压裂的特点 1 1 三种压裂力方法的压力时间关系 三种压裂力方法的压力时间关系 压压裂方法 缝值压缝值压 力 MPa 升压时间压时间 s 加载载速度 MPa s 总过总过 程 s 爆炸压压裂10410 7106 10710 6 高能气体压压裂10210 3103 104101 水力压压裂10110210 1 10 2104 Xi an Shiyou University 第三节 增产机理及理论研究 第一章 三种压

16、裂方法的三种压裂方法的p tp t过程过程 高能气体压裂的过程是一种剧烈的化学高能气体压裂的过程是一种剧烈的化学 反应过程 是火药或推进剂的反应过程 是火药或推进剂的燃烧或爆燃燃烧或爆燃 反应过程 在反应过程 在几毫秒或几百毫秒几毫秒或几百毫秒内就能完内就能完 成 所以不同于水力压裂压裂 也不同于成 所以不同于水力压裂压裂 也不同于 井筒爆炸压裂井筒爆炸压裂 在几微秒内完在几微秒内完 因此能在 因此能在 地层中形成多条随机裂缝而又不伤害井筒地层中形成多条随机裂缝而又不伤害井筒 或套管 或套管 2 2 不论哪种类型的高能气体压裂 均有成本低廉 工艺简便 动用设备少 对不论哪种类型的高能气体压裂 均有成本低廉 工艺简便 动用设备少 对 施工场地无特别要求 工艺时间短 增产增注效果好 经济效益好 对油层伤施工场地无特别要求 工艺时间短 增产增注效果好 经济效益好 对油层伤 害小 对环境无污染等优点 因此具有广泛的应用前景 害小 对环境无污染等优点 因此具有广泛的应用前景 Xi an Shiyou University 第三节 增产机理及理论研究 第一章 二 高能气体压裂的增产机理 1 1 增