一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统及方法技术方案

技术编号：42390364 阅读：8 留言：0更新日期：2024-08-16 16:16

本发明专利技术公开了一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统及方法，系统包括可拆卸连接的充装头、主管和泄能管；主管和泄能管之间设有定压泄能片；主管内形成储气腔；泄能管内部和壁上设有多个与井筒射孔相适配的泄能孔；储气腔内设有点火头和压力传感器；压力传感器与数据采集仪相连；点火头与起爆器连接；通过将氧气和甲烷依次充入主管内的储气腔中；起爆器起爆后，使储气腔中的甲烷在高温下与氧气发生燃爆生成高温高压气体，当储气腔内压力达到或超过定压泄能片的压力范围时，定压泄能片破裂，能量通过泄能管上的泄能孔迅速向外喷出，通过井筒的射孔通道作用在岩石上；本发明专利技术操作简便、安全性高、能够用于开展大量的甲烷燃爆压裂技术的物模实验。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气田开发，更具体地，涉及一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统及方法。

技术介绍

1、开发新的储层压裂技术一直是油气领域的热点。目前超过90％的气井都采用水力压裂的储层改造方式，该技术虽然应用广泛且增产效果显著，但仍存在成本高、环境污染、诱发地震等问题，而且只能产生一条垂直于最小主应力方向的裂缝，因此无水压裂技术应运而生。

2、现有的无水压裂技术中，爆炸压裂技术在微秒内产生极高的峰值压力，易破坏井筒完整性造成安全风险。高能气体压裂对储层岩性和固井质量要求较高，平均增产周期较短。液氮压裂需要具有高质量要求的特殊设备。二氧化碳压裂的局限性在于地面设备昂贵，施工设计要求高。液化石油气压裂技术由于初始成本高，本质上易燃性高，短期内净现值低的特点受到经济可行性的限制。因而提出利用甲烷原位燃爆来减少水资源消耗、防止地层污染、促进不受应力控制的多条裂缝扩展。

3、与其他压裂技术相比，甲烷原位燃爆压裂技术预计将成为一种能同时实现高效增产和保护环境的低成本新型无水压裂技术。该技术利用储层中的甲烷和泵入的氧气产生高温、高压气体冲击压裂储层页岩，创造立体裂缝网络，清除堵塞，降低流动阻力，改善渗透能力，为页岩气提供高效运移通道，最终达到增产的目的。但是对于新兴的甲烷燃爆压裂技术，在技术优化和工程应用上仍有很多困难和挑战，基于甲烷燃爆致裂的实验设备未见报道，也缺少地面物模实验和岩石压裂效果的研究。为此，亟需提出一种操作简便、安全性高、可重复使用的用于开展甲烷燃爆压裂技术物模实验的甲烷燃爆压裂的致裂装置及致裂方法。</p>

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统及方法，操作简便、安全性高、可重复使用，能够用于开展甲烷燃爆压裂技术的物模实验，研究燃爆压裂作用下岩石的成缝规律与压力特征，为该压裂技术未来的实际应用提供实验数据和技术参考。

2、为了实现上述目的，本专利技术的一个方面提供一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，用于开展甲烷燃爆压裂技术的物模实验，包括由左向右依次可拆卸连接的充装头、主管和泄能管；其中，

3、所述主管为两端开口的管状结构；所述泄能管为一端封闭一端开口的管状结构；所述主管和所述泄能管之间设有定压泄能片，使得所述主管的内部形成储气腔；所述泄能管的内部和壁上设有多个与井筒射孔相适配的泄能孔；

4、所述充装头上设有与所述储气腔分别相通的导线孔、电缆孔和充装通道；所述充装通道上安装有与充装系统连接的充装阀；所述储气腔内设有点火头和压力传感器；所述压力传感器与数据采集仪相连，用于监测所述储气腔中空腔压力变化；所述点火头与起爆器连接；

5、通过使用不同的充气管将充装系统内氧气和甲烷依次通过充装通道充入主管内的储气腔中；将起爆器起爆，使储气腔中的甲烷在高温下与氧气发生燃爆生成高温高压气体，当储气腔内压力达到或超过所述定压泄能片的压力范围时，定压泄能片破裂，能量通过所述泄能管上的泄能孔迅速向外喷出，通过井筒的射孔通道作用在岩石上，完成甲烷燃爆压裂的物模实验。

6、进一步地，所述充装头、所述主管和所述泄能管的外径相同；

7、所述主管和所述泄能管的内径相同。

8、进一步地，所述充装头上设有螺纹管，螺纹管外接所述充装阀，且通过所述充装通道与主管中的储气腔连通。

9、进一步地，所述充装阀通过kze闭式液压快速接头与气瓶连接实现快速充气。

10、进一步地，所述定压泄能片的厚度为2～6mm，对应的压力范围为90～270mpa，用于隔绝储气腔和泄能孔。

11、进一步地，所述泄能孔的数量和分布依据实验中井筒射孔的孔密和相位而定。

12、进一步地，所述导线孔的一端设有内六角螺纹堵头，另一端设有六角堵头；所述六角堵头设于所述储气腔内。

13、本专利技术的另一个方面提供一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂方法，应用如所述的用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统实现，包括如下步骤：

14、s1：将所述用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统的各个部件组装好；

15、s2：打开充气阀向储气腔内充入氧气，检查致裂系统的气密性；

16、s3：致裂系统气密性确认完好之后，关闭充气阀；将所述用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统下放至井筒套管中，使得所述泄能管上的泄能孔与井筒套管上的射孔位置对应；

17、s4：打开充气阀，使用不同的充气管将充装系统的氧气和甲烷依次通过充装通道充入主管内的储气腔中；

18、s5：将起爆器起爆，使储气腔中的甲烷在高温下与氧气发生燃爆生成高温高压气体，当储气腔内压力达到或超过定压泄能片的压力范围时，停止充气，定压泄能片破裂，能量通过泄能管上的泄能孔迅速向外喷出，通过井筒的射孔通道作用在岩石上。

19、进一步地，步骤s1中将所述用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统的各个部件组装好，包括：将充装头上导线孔远离主管的一端安装内六角螺纹堵头，另一端安装六角堵头；

20、将点火头与导线连接，将导线另一端依次穿过六角堵头、导线孔、内六角螺纹堵头与起爆器连接；

21、将充装头上充装通道远离主管的一端安装螺纹管，在螺纹管上安装充气阀；将充气阀与充装系统的气瓶连接；

22、将压力传感器连接电缆线，并固定在电缆孔上靠近主管的一端，将电缆线另一端穿过电缆孔与数据采集仪连接；

23、将充装头和主管连接，将充装头上的充气阀与气瓶连接，将主管连接泄能管。

24、进一步地，步骤s5中所述定压泄能片的厚度为2～6mm，对应的压力范围为90～270mpa。

25、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

26、本专利技术的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统及方法，通过将充装头、主管和泄能管之间设为可拆卸连接，使得现场操作拆卸方便，可实现重复使用，经济成本低；通过在泄能管上设多个根据井筒射孔的孔密和相位进行设计的泄能孔，使得所述致裂系统能够灵活应用于不同射孔参数的井筒物模；工作时，使用不同的充气管将氧气和甲烷依次通过充装通道充入主管内的储气腔中；将起爆器起爆，使储气腔中的甲烷在高温下与氧气发生燃爆生成高温高压气体，当储气腔内压力达到或超过定压泄能片的压力范围时，定压泄能片破裂，能量通过泄能管上的泄能孔迅速向外喷出，通过井筒的射孔通道作用在岩石上；整体安全性高；本专利技术能够用于开展大量的甲烷燃爆压裂技术的物模实验，研究燃爆压裂作用下岩石的成缝规律与压力特征，能够为甲烷燃爆压裂技术未来的实际应用提供实验数据和技术指导。

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【技术保护点】

1.一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：用于开展甲烷燃爆压裂技术的物模实验，包括由左向右依次可拆卸连接的充装头(10)、主管(20)和泄能管(30)；其中，

2.根据权利要求1所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述充装头(10)、所述主管(20)和所述泄能管(30)的外径相同；

3.根据权利要求2所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述充装头(10)上设有螺纹管(14)，螺纹管(14)外接所述充装阀(13)，且通过所述充装通道(15)与主管(20)中的储气腔(23)连通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述充装阀(13)通过KZE闭式液压快速接头与充装系统的气瓶连接实现充气。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述定压泄能片(27)的厚度为2～6mm，对应的压力范围为90～270Mpa，用于隔绝储气腔(23)和泄能孔(31)。

6.根据权利要求1-3

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述导线孔(11)的一端设有内六角螺纹堵头(16)，另一端设有六角堵头(24)；所述六角堵头(24)设于所述储气腔(23)内。

8.一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂方法，其特征在于，应用如权利要求1-7中任一项所述的用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统实现，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂方法，其特征在于，步骤S1中将所述用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统的各个部件组装好，包括：将充装头(10)上导线孔(11)远离主管(20)的一端安装内六角螺纹堵头(16)，另一端安装六角堵头(24)；

10.根据权利要求8所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂方法，其特征在于，步骤S5中所述定压泄能片(27)的厚度为2～6mm，对应的压力范围为90～270Mpa。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述充装头(10)、所述主管(20)和所述泄能管(30)的外径相同；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述充装阀(13)通过kze闭式液压快速接头与充装系统的气瓶连接实现充气。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于甲烷燃爆压裂物模实验的致裂系统，其特征在于：所述定压泄能片(27)的厚度为2～6mm，对应的压力范围为90～270mpa，用于隔绝储气腔(23)和泄能孔(31)。

6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：江堃，邓守春，李宜宣，李海波，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：

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