高能气体压裂技术.ppt

1、a，1。高能气体压裂是一种增产增注的新措施。它利用特定的推进剂或推进剂在井的目标层段内高速燃烧，产生高温高压气体压裂储层，从井眼中心形成多个放射状裂缝。由于这些裂缝的自支撑作用，形成了具有一定导流能力的通道，消除了井筒附近的堵塞，达到了提高储层产能的目的。高能气体压裂更多用于井区附近的储层解堵。高能气体压裂的概念高能气体压裂的方法是利用火药或火箭推进剂燃烧产生的高温高压气体压出多个径向裂缝，达到增产的效果。高能气体压裂技术分为三个阶段：井内增压、造缝和裂缝延伸。在井加压期间，井内发生弱变形，地层中的天然裂缝暴露在高压下。推进剂产生的气体的简单作用就像是在一个封闭的室内。此时，压力随着时间线性增

2、加。高能气体压裂增产原理一般来说，炸药爆炸增产的效果远不如火药燃烧增产。爆炸产生的尖锐压力脉冲的增产效果远小于平缓压力脉冲，也就是说，爆炸的增产效果远小于火药燃烧的增产效果。炸药的燃烧速度按km/s计算，点火后会形成爆轰波；火药燃烧速度以毫米/秒为单位，最大不超过10米/秒.炸药的燃烧速度与环境条件无关，但火药的燃烧速度受环境温度和压力的影响。火箭燃料(推进剂)类似于火药。4、高能气体压裂增产原理，常用的火药是硝化棉和火药枪。硝化纤维是由致密的硝化纤维制成的。很少残留溶剂和水。火药，也叫推进剂，是硝化纤维素在不挥发溶剂(通常是硝化甘油)中的固溶体。火药的能量比硝化纤维素高，通常含有钝化剂和稳定

3、剂以降低燃烧温度。A、5、高能气体压裂增产原理，虽然火药的燃烧速度比炸药慢得多，但火药燃烧引起的压力上升速度比水力压裂快得多；水力压裂的增压时间以分钟计，而高能气体压裂的增压时间以毫秒计。随着井筒中压力上升速率的增加，不仅在最小地应力的垂直方向上产生两个裂缝，而且在井筒附近产生多个径向裂缝，并且这些径向裂缝仍然在远离井筒的最大主应力的方向上延伸。裂缝的数量主要取决于压力上升速率(峰值压力除以达到峰值压力所需的时间)。如果压力上升速度太高，很容易造成地层伤害，如果压力上升速度太低，只会在水力压裂容易产生裂缝的方向形成裂缝。6、高能气体压裂增产原理，2.1.2高能气体压裂的效果1。火药或推进剂在机

4、械作用下燃烧产生的高压气体，在超过岩石破裂压力的情况下，在井附近产生多个径向裂缝。因为裂缝并不都在垂直于地层最小主应力的方向上，所以裂缝表面上的剪切应力不是零，并且一旦破裂，它将错位并且不会闭合。其次，当压力超过一定极限时，岩石会产生塑性变形，因此压力下降后仍有残余裂纹。一，7，高能气体压裂增产原理，2。推进剂压力发生器在液压振荡作用下，在井内液柱条件下点火。随着高温高压气体的产生，井内的液柱将向上移动，随着体积的增加，气体压力将再次下降，从而导致井内压力下降4.化学火药燃烧的产物主要是CO2、N2和部分氯化氢，在高压下溶解在原油中，从而降低原油的粘度和表面张力，达到增产的效果。高能气体压裂增

5、产原理2.1.3高能气体压裂的优点1。由于裂缝穿过受损区域并到达未受损区域，因此消除了井区附近的损害效应；2.提供连接整个待处理层的通道，使该层适合注入增产液(如酸液等)。)；3.在一个或多个薄层上进行选择性增产操作，而不压裂不需要的层，例如含水水层；4.在水力压裂或液体注入之前压裂地层，并在常规压裂可能无效的井中使用。A，10，高能气体压裂设备，2.2.1粉末压力发生器目前使用三种类型的压力发生器：壳粉末压力发生器、壳粉末压力发生器和液体粉末。1.壳体粉末压力发生器装置见图2-1。谷物的外部由金属外壳保护，金属外壳由电缆传输，点火位置由磁定位确定，点火由电缆在地面上进行。它具有施工安全、成本

6、低、周期短、易于下井等优点。11，12，高能气体压裂设备，2。无壳粉末压力发生器无壳粉末压力发生器的典型结构如图2-2所示。整个表面涂有防水层，外表面涂有耐磨保护层的颗粒安装在铝中心管上。中心管的两端有螺纹，通过螺纹接头将谷物连接在一起。塞子拧在最底层的底部。电缆头装有点火箱，中心管内装有一些火药。点火盒点燃后，点燃点火粉末以加热中心管，然后点燃谷物。因为中心管由铝制成，具有良好的导热性，所以每个颗粒几乎同时燃烧。A，13，A，14，对于用于高能气体压裂的设备，如果使用油管输送炸弹，则使用冲击点火器代替电缆头，使用投掷杆点火代替电缆点火。另一种无壳粉末压力发生器如图2-3所示，它没有密封外壳，

7、由钢丝绳通过颗粒外表面的轴向槽连接。谷物下面有一个托盘。一些颗粒有一个中心孔，而另一些没有中心孔。它们都被密封的电阻丝加热和点燃。带中心孔的底部还装有点火器。谷物从燃烧结束开始，然后完全燃烧。这种火药压力发生器的一次剂量比带中心孔的无壳压力发生器高20 40%。15，用于高能气体压裂的设备，3。由于固体推进剂性能的限制，液体推进剂的药量不能太大，整体增产效果不如水力压裂，而液体推进剂压裂技术与无壳推进剂压力发生器相比，具有成本低、能量高、燃烧时间长、压裂效果显著等优点。液体推进剂由氧化剂、燃烧剂和水按一定比例配制而成。这种液体粉末具有很强的抗冲击、静电、摩擦和热稳定性，在正常情况下不会引爆，只

8、能用点火炸弹点燃。在施工期间，准备好的液体粉末将由泵车注入井内。在注入液体推进剂前后，必须打入间隔器或降低隔离器，用电缆车通过磁定位将点火炸弹降到射孔段，地面控制电源点火。A，16，高能气体压裂设备，2.2.2高能气体压裂动态测试仪1。井下储压测试仪由地面仪器和井下仪器组成。地面仪器包括微型计算机和专用接口，主要实现数据恢复和处理任务；井下仪器由冲击传导机构、电子电路、电池组、点火系统、压力传感器和机械外壳组成。高能气体压裂过程结束后，井下仪器通电，仪器井下数据采集部分包括压力传感器、压力变送器及其辅助电路。接地记录部分包括输入阻抗放大器、转换器、89C51单片机、打印机和点火直流高压发生器。

9、当压裂弹和压力测试仪降到目标层位时，按下点火系统，启动89C51单片机控制系统开始数据采集。18、高能气体压裂的适用范围，2.3.1适用于高能气体压裂的岩性1。由于加载速率高，高能气体压裂确定适用的岩层为脆性地层，但不适用于塑性地层，但可能对泥岩地层产生“压实效应”。2.适用于高能气体压裂技术的岩性包括低页岩含量(小于10%)的石灰岩、白云石和砂岩。高能气体压裂技术不适用于泥岩、泥质含量高(20%以上)的泥灰岩和砂质泥岩等。另外，胶结疏松的砂岩地层受压后可能会产生严重的出砂，应谨慎处理。A，19，高能气体压裂的应用范围，3。由于高能气体压裂只能降低渗流阻力，因此只适用于地层压力高、含油饱和度高

10、的油层。4.由于注水井井底经常处于高压状态，高能气体压裂增注效果优于油井。A，20，高能气体压裂的应用范围，2.3.2高能气体压裂选井选层1。如果油层在钻井过程中被钻井液或完井液污染，高能气体压裂比水力压裂和酸化更方便、更便宜。国内外实践证明，无论探井遇到何种岩性和储层物性，都可以使用高能气体压裂技术。2.生产井特别适用于处理具有高地层能量、高含油饱和度和井底附近损害的油气藏。它也适用于物理性能差的低产层，甚至停产层。A，21，高能气体压裂的应用范围，3。在水井中使用高能气体压裂，一方面可以消除近井地带的污染堵塞，另一方面产生的径向多裂缝系统改善了水驱前缘，调整了层间差异造成的不合理注水剖面，

11、从而提高了油藏的整体开发和注水效果。4.与已开发的油气藏相比，高能气体压裂产生的径向多裂缝系统得到了改善，增加了与天然裂缝沟通的机会，从而可以利用地层的天然裂缝获得更好的增产效果。22，高能气体压裂的应用范围，5。水敏性和酸敏性油气藏的改造由于地层的岩性特征，该油气藏不适合水力压裂和酸化处理。然而，高能气体压裂对地层几乎没有损害，也不会产生这样的负面影响。6.增加戈壁、沙漠、海滩等地区的油气井产量。这些地区道路、井场、水源等建设条件相对有限，不适合工艺复杂、建设规模大的增产措施。然而，高能气体压裂技术简单，施工容易，对设备要求少，便于在这些领域发挥作用。23，高能气体压裂的应用范围，7。在地层

12、破裂压力异常高的地区进行水力压裂和酸化预压裂，由于高能气体压裂产生的最高压力远高于地层破裂压力，且压力上升率高，容易在这些地层中造成多个径向裂缝，降低破裂压力，从而提高水力压裂和酸化的成功率和施工效果。高能气体压裂、水力压裂和酸化的结合在许多油田获得了成功。24、高能气体压裂的应用范围，2.3.3高能气体压裂效果的影响因素1。断裂长度与密封压力成反比，与岩石的杨氏模量成正比。2.减少套管损坏主要依靠增加射孔孔眼和增加然而，为了形成残余裂缝，必须有足够的流体进入裂缝，并且压力上升时间应该尽可能长。结构设计的基本参数是：最大压力、压裂弹燃烧时间、进入裂缝的流体和气体量。在井底附近形成未闭合裂缝的条

13、件是火药燃烧产生的压力不应小于岩石压力，且压力应小于套管的内压强度。27、高能气体压裂设计。高能气体压裂设计的基本任务是在不损坏套管的情况下，尽可能地增加药量，以压出长裂缝，消除污染，提高产量。炸药装药和火药燃烧产生的最大压力与被挤压到地层中的流体体积之间的关系必须用一个微分方程组来模拟，该微分方程组由火药燃烧定律方程、考虑可压缩性和液压阻力的井流体运动方程、孔口节流方程、将液体驱替到地层中的方程以及推进剂气体流入随其形成和延伸的裂缝中的方程组成。通过模拟火药炸弹的工作过程，可以得到不同地质条件和不同剂量产生的最大压力所产生的裂缝的长度和宽度随时间变化的规律。一、28、高能气体压裂现场施工技术

14、，2.5.1钢丝绳进料、水泥塞封堵和地面点火施工技术。该技术见图2-4，用钢丝绳将气体发生器和点火引线送入设计的施工井段，并打在气体发生器上方3 5m处。如果施工段下面的口袋很长，在降低气体发生器之前，应先打一个水泥塞。a、29、a、30、高能气体压裂现场施工工艺中，水泥塞高度的计算公式如下：H=KsPD/4C H=139G1/3，其中H水泥塞高度，cm；Ks抗滑安全系数，取KS=3 4；P最大气体压力，MPa；D孔径，厘米；C抗剪强度，MPa；G火药用量，公斤。水泥塞封堵法安全可靠，但深井和套管井施工困难，施工麻烦，周期长。因此，该工艺仅适用于低产能的中深井。A、31、高能气体压裂现场施工技

15、术、2.5.2电缆进线、液柱封堵和地面点火施工技术。该技术利用多孔电缆将气体发生器输送到目标层段，利用液柱(水、油或压井液)封堵地面并通电点火。如图2-5和图2-6所示。A、32、A、33、高能气体压裂现场施工技术，通过理论分析保压液柱高度对火药气体峰值压力、各特征时间、压裂长度、液柱举升位移等的影响。考虑到保压液柱的高度不应小于500米，考虑到气体发生器壳体的承压和密封，保压液柱的高度不应大于1500米，建议在实际施工中保持在1000米。该技术适用于中深裸眼井和套管完井的解堵。它具有设备少、施工时间短、安全可靠的优点，是目前国内外应用最广泛的方法。它的缺点是消耗了部分火药气体能量来使液柱移动

16、。A、34、高能气体压裂现场施工技术、2.5.3油管运输、封隔器和液柱复合加压、冲击点火施工技术。该技术见图2-7。在此过程中，气体发生器、监测器、冲击起爆器和封隔器通过油管运输至设计井段。首先坐封封隔器，然后在套管环空中增加10 20兆帕的平衡压力，最后在井口将一根杆扔进油管中，并撞击先导气体发生器。该工艺适用于各种生产井、水井和气井。分层和多层压裂也很容易实施。结构简单、可靠安全的冲击点火技术。2.5.4综合比较三种高能气体压裂堵漏施工技术：钢丝绳脱扣、水泥塞封堵、地面点火施工技术、电缆脱扣、液体封堵、地面点火施工技术、油管运输、封隔器加环压复合封堵、冲击点火施工技术。井筒内液柱的高度和性能符合设计要求；3.根据井筒和地层条件，选择压裂弹性体的类型、规格、组成、药量、承压和峰值压力，设计高能气体压裂。37、高能气体压裂现场施工，2.6.2施工程序1。拔出原井中的生产管柱；2.使用小于套管内径(2 4毫米)的通径规到达人工井底。漂移规大端长度不小于1.5m，壁厚3