油田層內爆炸處理方法
2023-05-28 03:44:11
專利名稱：油田層內爆炸處理方法
技術領域：
本發明提供一種爆炸技術，特別是指一種油田層內爆炸處理方法。
截止1994年末，我國低滲油田的儲量大約為40億噸，而且新增儲量中大部分屬於低滲油田。例如，1995年新探明油田中，低滲油田的儲量佔70％。所以，如何提高低滲油田的採收率是我國石油工業面臨的亟待解決的問題。低滲油田開採最常用的技術為水力壓裂。用炸藥提高低滲油田採收率的辦法通常有爆炸壓裂和高能氣體壓裂等。
在1860年，美國Dennis H.H.首先利用爆炸方法激勵了油井。在此之前有過用步槍射擊井筒使附近水層裂開恢復產水的事例。這期間使用的炸藥為黑火藥。1864年11月，美國Roverts E.A.L.申請了一項以槍用火藥使油井增產的專利，在1867年又用液態硝化甘油對油井進行了刺激，因其效果良好而取代了黑火藥。本世紀二三十年代，幾個美國的爆炸公司為了提高安全、方便和便於操作又發明了凝膠炸藥和包裝的硝化甘油炸藥以替代液體硝化甘油。四五十年代則採用了裝在硬紙管裡的抗水膠質硝化甘油炸藥。杜邦公司為了提高炸藥激勵油井的安全性和可靠性，同時為了適應不同地層的需要，研製了低感度的硝化甘油炸藥、固態硝化甘油炸藥、爆膠和油井特種炸藥等。從上世紀60年代到本世紀50年代，井筒爆炸(well shooting)幾乎成為主要油氣生產者的標準完井技術，解決了曾用直接蒸氣法、化學法沒有解決的石蠟堵塞等問題，帶來了比較顯著的增產效益。
井筒爆炸指的是化學能在井筒內的快速釋放，使近井儲層巖石破裂來提高產量。它包括炸藥(固態、液態和氣態)在井筒內的爆轟和推進劑在井筒內的爆燃。對於油氣井來說，井筒爆炸用來在井筒周圍產生多條裂縫。產生的多條裂縫能夠消除在鑽井過程中造成的表皮損害，同時將已存在的裂縫體系與井筒連通。
井筒爆炸總有不盡人意的地方。一般炸藥爆轟壓力比巖石的屈服應力高10～50倍。爆炸裝置在井筒內爆炸時，井筒損害難以避免，而且井筒周圍的巖石會發生不可恢復的塑性變形，使巖石的滲透率反而下降了。但是，爆炸壓裂有時可以解堵，使連接井筒與塑性區外油層的徑向滲流通道得以形成，從而提高產量。因結果不可預知、井筒損害等問題長期得不到解決，高能炸藥激勵油氣井工藝令人頭痛。本世紀四五十年代，水力壓裂興起，逐漸取代了古老的爆炸壓裂。
高能氣體壓裂(High Energy Gas Fracturing)，又叫裁剪脈衝壓裂(Tailored Pulse Fracturing)或可控脈衝壓裂(Controlled PulseFracturing)，是在以前爆炸壓裂的基礎上發展起來的。在本世紀六七十年代，用爆炸法壓裂油層重新興起。但與以前爆炸壓裂不同的是，以前在井筒內用高能炸藥，而現在在井筒內使用火藥或推進劑。利用火藥或推進劑在井筒內快速燃燒產生的大量高溫、高壓氣體從井筒經射孔對地層進行作用，從而在井筒周圍產生多條輻射狀的裂縫，使井筒周圍油層導流能力大大提高，進而提高產量和最終採收率。因造縫機制主要是高溫高壓氣體的鍥入機制，所以稱之為高能氣體壓裂。同時，因為可以控制壓力峰值以滿足不同地質條件和儲層的需要，所以又稱為可控脈衝壓裂。
由巖石力學的理論可知，脆性材料在遭受外力破壞時，其破裂形態隨外力的加載速率即壓力上升時間的變化而變化。理論研究指出，當地層內壓力上升時間大於10-2s時，地層將沿垂直於最小主應力的方向產生一條對稱裂縫；當地層內壓力上升時間小於10-3s時，地層將沿井筒產生多條對稱裂縫；但當壓力上升時間小於10-7s時，井筒周圍的地層將遭受粉碎性破壞或產生密實圈。所以高能氣體壓裂的技術關鍵是控制壓力上升速度。
高能氣體壓裂的壓力峰值首先應大於當地圍壓下的巖石抗拉強度。同時，為了在井筒內燃燒時不會毀壞井筒，要求其壓力峰值不得高於井筒所能承受的內壓的極限。
高能氣體壓裂並不攜帶支撐劑，那麼，由高能氣體產生的裂縫能否保持？回答是肯定的。這裡面存在兩種機制，一是高能氣體在裂縫表面造成一些破碎顆粒可能起到支撐劑的作用。二是對於非主應力方向的裂縫，由於在裂縫的兩表面之間有剪應力使得裂縫的兩表面發生相對錯動，又因裂縫的表面不規則，從而使裂縫不可能閉合。裂縫的寬度一般在15～30mil(1mil=10-3英寸)之間。
高能氣體壓裂壓出的裂縫，一般徑向長約5～10米，沿井筒方向寬約2～3米或更大一些。根據前蘇聯爆燃地球物理研究所尼古拉耶維奇等人的研究，徑向滲流壓降的1/2消耗在距井壁3～5米的範圍內。西安石油學院開發系的研究表明，70％的能量消耗在以井筒為中心3米為半徑的圓周內。因此，高能氣體壓裂雖然作用範圍不大，但卻能取得較好的效果。在用液體藥進行壓裂時，因用藥量大(可達1000千克)，燃燒緩慢，所以能形成20～50米長的徑向裂縫。
現有技術的缺點為，藥量有限，壓出裂縫長度有限。
本發明的目的在於，提供一種油田層內爆炸處理方法，其可避免炸藥在井筒內爆炸毀壞井筒的可能；用藥量大；同時炸藥爆炸的能量直接作用於含油巖層，其效果優於高能氣體壓裂；二是遙控點火；三是可以利用現有壓裂設備作業，工藝可行且能降低新設備投入。
本發明一種油田層內爆炸處理方法，其特徵在於，包括如下步驟a、首先在井筒作業的油層下底部固定一封隔器；b、再用壓力設備將炸藥壓入巖石裂縫；c、將火藥也用壓力設備壓入巖石裂縫，讓它與特種炸藥相接並留一部分在井筒中；d、在火藥的上面封堵一封隔器；e、在壓裂管柱的下端，火藥的中間安裝一遙控點火具；f、引燃火藥進而引爆炸藥，將巖石爆破出裂縫。
其中所說的火藥和炸藥的比例為1∶8-1∶15。
其中所說的火藥和炸藥的埋藏深度為油層的深度。
為進一步說明本發明的方法和特徵，以下結合實施例和附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖1為本發明的實施結構圖，顯示火藥和炸藥在井筒的位置。
本發明利用水力壓裂的現有設備，提出了關於低滲油田層內爆炸的處理方法，包括如下步驟(請結合參閱圖1)a、首先在井筒1作業的油層下部固定一封隔器3；b、再用壓力設備(該壓力設備為已有技術)將炸藥6壓入巖石裂縫8(該巖石裂縫同為油層裂縫)；c、將火藥5也用壓力設備壓入巖石裂縫8，讓它與炸藥6相接並留一部分在井筒1中；d、在火藥5的上面封堵一封隔器3；e、在壓裂管柱2的下端，火藥5的中間安裝一遙控點火具4；f、引燃火藥5進而引爆炸藥6，將巖石爆破出裂縫9。其中所說的火藥5和炸藥6的比例為1∶8-1∶15；其中所說的火藥和炸藥的埋藏深度為油層的深度。
當起爆巖石裂縫8內炸藥6，從而在巖石裂縫8附近(幾倍裂縫寬度)產生碎裂帶的裂縫9，提高巖層滲透性，增加產油量。與水力壓裂產生少數長裂縫相比，「層內爆炸」會使巖石裂縫8周圍產生大量短裂縫9。
它可作為水力壓裂的後繼增產措施，形成一種與水力壓裂配套的含油構造深部改造技術。
本發明的特點一是井筒內火藥燃燒，巖石裂縫內特種炸藥爆炸，這就避免了炸藥在井筒內爆炸毀壞井筒的可能，而且薄層炸藥爆炸不會象集中藥包那樣在巖石中產生密實圈；同時，炸藥爆炸的能量直接作用於含油巖層，其效果優於高能氣體壓裂；二是遙控點火；三是可以利用現有壓裂設備作業，工藝可行且能降低新設備投入。
權利要求
1.一種油田層內爆炸處理方法，其特徵在於，包括如下步驟a、首先在井筒作業的油層下底部固定一封隔器；b、再用壓力設備將炸藥壓入巖石裂縫；c、將火藥也用壓力設備壓入巖石裂縫，讓它與特種炸藥相接並留一部分在井筒中；d、在火藥的上面封堵一封隔器；e、在壓裂管柱的下端，火藥的中間安裝一遙控點火具；f、引燃火藥進而引爆炸藥，將巖石爆破出裂縫。
2.根據權利要求1所述的一種油田層內爆炸處理方法，其特徵在於，其中所說的火藥和炸藥的比例為1∶8-1∶1 5。
3.根據權利要求1所述的一種油田層內爆炸處理方法，其特徵在於，其中所說的火藥和炸藥的埋藏深度為油層的深度。
全文摘要
一種油田層內爆炸處理方法,包括如下步驟:a．首先在井筒作業的油層下底部固定一封隔器;b．再用壓力設備將炸藥壓入巖石裂縫;c．將火藥也用壓力設備壓入巖石裂縫,讓它與特種炸藥相接並留一部分在井筒中;d．在火藥的上面封堵一封隔器;e．在壓裂管柱的下端,火藥的中間安裝一遙控點火具；f．引燃火藥進而引爆炸藥,將巖石爆破出裂縫。
文檔編號E21B43/263GK1324979SQ9912637
公開日2001年12月5日 申請日期1999年12月17日 優先權日1999年12月17日
發明者丁雁生, 陳力, 張盛宗, 劉先貴, 楊業敏, 謝燮 申請人:中國科學院力學研究所, 中國石油天然氣總公司中國科學院滲流流體力學研究所