高能氣體壓裂技術(shù)

關(guān)于高能氣體壓裂技術(shù)第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理2.1.1高能氣體壓裂的概念

高能氣體壓裂利用火藥或火箭推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體壓出多條徑向裂縫以取得增產(chǎn)效果的方法。

高能氣體壓裂工藝分為井內(nèi)增壓、造縫和裂縫延伸三個(gè)階段。在井眼增壓期間，井內(nèi)發(fā)生弱性變形同時(shí)地層內(nèi)的自然裂縫受到高壓。推進(jìn)劑產(chǎn)生的氣體的簡(jiǎn)單作用就象在一個(gè)密閉腔內(nèi)一樣。此時(shí)壓力隨時(shí)間線性增加。

第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理一般來說，炸藥爆轟的增產(chǎn)效果遠(yuǎn)小于火藥燃燒。爆炸產(chǎn)生的尖壓力脈沖的增產(chǎn)效果遠(yuǎn)小于平緩的壓力脈沖，也就是說炸藥爆轟的增產(chǎn)效果遠(yuǎn)小于火藥燃燒。炸藥的燃燒速度以km/s計(jì)，點(diǎn)火后會(huì)形成爆轟波；火藥的燃燒速度以mm/s計(jì)，最大也不超過10m／s。炸藥的燃燒速度與環(huán)境條件無關(guān)，而火藥的燃燒速度受環(huán)境溫度和壓力的影響?；鸺剂希ㄍ七M(jìn)劑）近似于火藥。第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理常用的火藥是硝化棉和炮藥。硝化棉由致密的硝化纖維。極少量殘留溶劑和水組成。炮藥也叫發(fā)射藥是硝化纖維在不易揮發(fā)溶劑（一般是硝化甘油）中的固體溶液。炮藥比硝化棉的能量高，一般含有降低燃燒溫度的鈍化劑及穩(wěn)定劑。第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理火藥的燃燒速度雖然遠(yuǎn)較炸藥慢，但火藥燃燒造成的升壓速率比水力壓裂要快得多；水力壓裂的升壓時(shí)間以分計(jì)，而高能氣體壓裂的升壓時(shí)間以毫秒計(jì)。隨著井筒內(nèi)升壓速率的增高，在井附近不僅僅是在垂直最小地應(yīng)力方向產(chǎn)生兩條縫，而是產(chǎn)生多條徑向縫，在離井筒較遠(yuǎn)處，這些徑向縫仍按最大主應(yīng)力方向延伸。裂縫條數(shù)主要取決于升壓速率（峰值壓力除以達(dá)到峰值壓力所需的時(shí)間），升壓速度太高易引起地層傷害，而太低則只能在水力壓裂易于產(chǎn)生裂縫的方向形成裂縫。

第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理2.1.2高能氣體壓裂的作用

1．機(jī)械作用

火藥或推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的高壓氣體，在超過巖石的破裂壓力的條件下，在井附近產(chǎn)生多條徑向裂縫。由于裂縫不都是在垂直于地層的最小主應(yīng)力方向，裂縫面上的切應(yīng)力不為零，一旦裂開就會(huì)錯(cuò)動(dòng)而不會(huì)閉合。其次，壓力超過一定限度后，巖石會(huì)產(chǎn)生塑性變形，所以當(dāng)壓力下降后仍有殘余裂縫。第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理2．水力振蕩作用

火藥壓力發(fā)生器是在井中存在液柱條件下引燃的，隨著高溫、高壓氣體的產(chǎn)生將會(huì)推動(dòng)井中液柱向上運(yùn)動(dòng)，而隨著體積增大，氣體壓力又會(huì)下降，從而引起液柱向下運(yùn)動(dòng)。液柱向下運(yùn)動(dòng)壓縮火藥燃燒產(chǎn)生的氣體，除部分流入地層外，會(huì)造成壓力升高，又把液柱推上去，如此產(chǎn)生壓力周期的衰減波動(dòng)。這種壓力周期波動(dòng)有助于裂縫形成和清理儲(chǔ)層堵塞。第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理3．高溫?zé)嶙饔?/p>

高能氣體壓裂施工后的井溫測(cè)試表明，在火藥彈點(diǎn)燃后的一段時(shí)間內(nèi)，井溫可升高到500～700℃，開始下降很快，以后在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)變慢，足以熔化沉淀在油井附近的石蠟與瀝青，同時(shí)降低油的粘度。4．化學(xué)作用火藥燃燒后的產(chǎn)物主要是C02、N2和部分HCl，這些氣體在高壓下都會(huì)溶于原油，從而起到降低原油粘度和表面張力的作用，達(dá)到增產(chǎn)效果第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的增產(chǎn)原理2.1.3高能氣體壓裂的優(yōu)點(diǎn)1．由于裂縫穿過傷害區(qū)域達(dá)到未傷害區(qū)域,消除了近井地帶傷害影響；2．供了連到整個(gè)待處理層的通道,使地層適于注入增產(chǎn)液體（如酸液等）；3．對(duì)一個(gè)或多個(gè)薄層的局部進(jìn)行選擇性增產(chǎn)作業(yè)而不壓裂不希望作業(yè)的層位,如含水水層；4．在水力壓裂或注液體前使地層破裂，用于常規(guī)破裂可能無效的井。第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂使用的設(shè)備2.2.1火藥壓力發(fā)生器

目前使用的壓力發(fā)生器有三種類型：有殼火藥壓力發(fā)生器、無殼火藥壓力發(fā)生器和液體火藥。

1．有殼火藥壓力發(fā)生器裝置見圖2—1。藥柱外面有金屬外殼保護(hù)，用電纜傳輸，磁定位確定點(diǎn)火位置，通過電纜地面點(diǎn)火。具有施工安全、成本低、周期短、易下井等優(yōu)點(diǎn)。第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日第11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂使用的設(shè)備2．無殼火藥壓力發(fā)生器無殼火藥壓力發(fā)生器的典型結(jié)構(gòu)如圖2—2所示。

全部表面都涂以防水層，外表覆以防磨損的保護(hù)層的藥柱裝在鋁制中心管上，中心管的兩端有螺紋可以通過短節(jié)將藥柱連在一起，在最下部藥柱的底部擰死堵頭，電纜頭內(nèi)裝點(diǎn)火盒，在中心管內(nèi)裝有點(diǎn)火藥，點(diǎn)火盒點(diǎn)燃后，引燃點(diǎn)火藥，加熱中心管，再引燃藥柱。由于中心管為鋁質(zhì)，導(dǎo)熱性很好，各藥柱幾乎同時(shí)燃燒。第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂使用的設(shè)備如果用油管送彈，則用撞擊點(diǎn)火器代替電纜頭，用投棒點(diǎn)火代替電纜點(diǎn)火。

另一類型的無殼火藥壓力發(fā)生器如圖2—3，沒有密封外殼，靠藥柱外表面軸向槽用鋼絲繩連接，藥柱下面有托盤托住，有的藥柱有中心孔，有的無中心孔，二者都用密封的電阻絲加熱點(diǎn)火，有中心孔的底部還裝有點(diǎn)火器。藥柱開始是端面燃燒，隨后變成全面燃燒。這類火藥壓力發(fā)生器一次用藥量比裝有中心孔的無殼壓力發(fā)生器高20～40%。第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂使用的設(shè)備3．液體火藥

由于受固體火藥性質(zhì)的限制裝藥量不能太大，其總的增產(chǎn)效果不及水力壓裂，而液體火藥壓裂技術(shù)，與無殼火藥壓力發(fā)生器比具有成本低、能量高、燃燒時(shí)間長(zhǎng)，壓裂效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。

液體火藥是由氧化劑、燃燒劑和水按一定的比例配制而成。這種液體火藥抗沖擊、靜電、摩擦及熱穩(wěn)定性非常強(qiáng)，通常條件下不會(huì)起爆，只有用點(diǎn)火彈才能引燃，施工時(shí)用泵車將配制好的液體火藥注入井內(nèi)。液體火藥注入前后，需打入隔離液或下入隔離器，用電纜車通過磁定位把點(diǎn)火彈下到射孔段，地面控制電源點(diǎn)火。第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂使用的設(shè)備2.2.2高能氣體壓裂動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器1．井下存儲(chǔ)式p～t測(cè)試儀

測(cè)試儀由地面儀器和井下儀器兩部分組成。地面儀器包括一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和一個(gè)專門接口，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回收和處理任務(wù)；井下儀器則由撞擊導(dǎo)電機(jī)構(gòu)、電子線路、電池組、點(diǎn)火系統(tǒng)、壓力傳感器和機(jī)械外殼等組成。高能氣體壓裂下彈過程結(jié)束后，給井下儀器通電，儀器控制模塊使點(diǎn)火頭與點(diǎn)火電源相連，引爆壓裂彈，同時(shí)啟動(dòng)采集與記錄模塊，將火藥點(diǎn)燃后造成的井筒內(nèi)壓力變化過程記錄下來。壓裂結(jié)束后，將測(cè)試儀器提出井筒，與地面儀器專用接口相連接，讀出并處理電子記錄模塊中的p～t過程數(shù)據(jù)。第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂使用的設(shè)備2．地面直錄式p～t測(cè)試儀。該儀器分為井下數(shù)據(jù)采集部分與地面記錄部分。井下數(shù)據(jù)采集部分包括壓力傳感器、壓力變送器及其附屬電路；地面記錄部分包括輸入阻抗放大器、轉(zhuǎn)換器、89C51單片機(jī)、打印機(jī)與點(diǎn)火直流高壓發(fā)生器等。當(dāng)壓裂彈及p～t測(cè)試儀下到目的層位后按下點(diǎn)火系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)開始數(shù)據(jù)采集工作第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日

高能氣體壓裂的適用范圍2.3.1高能氣體壓裂適用巖性

1．高能氣體壓裂由于加載速率較高，從而決定了其適用的巖層是脆性地層，對(duì)于塑性地層則不甚適用，而對(duì)泥巖地層，反而可能產(chǎn)生“壓實(shí)效應(yīng)”。

2．適用于高能氣體壓裂技術(shù)的巖性有石灰?guī)r、白云巖和泥質(zhì)含量較低（小于10％）的砂巖。高能氣體壓裂技術(shù)不適用于的巖層有泥巖、泥質(zhì)含量較高（大于20％）的泥灰?guī)r和砂質(zhì)泥巖等。此外，膠結(jié)疏松的砂巖地層，壓后可能引起嚴(yán)重的出砂問題，應(yīng)慎重對(duì)待。第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的適用范圍3．由于高能氣體壓裂只能降低滲流阻力，所以只適用于地層壓力高、含油飽和度高的油層。4．由于注水井井底經(jīng)常處于高壓狀況，高能氣體壓裂增注效果優(yōu)于油井增產(chǎn)效果。第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的適用范圍2.3.2高能氣體壓裂選井選層1．探井試油探井在鉆井過程中如果由于鉆井液或完井造成油層污染，此時(shí)高能氣體壓裂比水力壓裂和酸化都方便、便宜。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明，不論探井鉆遇的巖性、油層物性好與壞，都可運(yùn)用高能氣體壓裂技術(shù)。2．產(chǎn)井特別適用于處理地層能量高、含油飽和度高、井底附近被傷害的油氣層。也適用于物性差的低產(chǎn)層，甚至停產(chǎn)層。

第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的適用范圍3．水井利用高能氣體壓裂，一方面可解除近井地帶的污染堵塞，另一方面，產(chǎn)生的徑向多裂縫體系改善了注水驅(qū)替前沿，調(diào)節(jié)由層間差異造成的不合理注水剖面，從而增強(qiáng)油藏整體開發(fā)及注水效果。4．天然裂縫較發(fā)育油氣層改造高能氣體壓裂產(chǎn)生的徑向多裂縫體系，增加了與天然裂隙溝通的機(jī)會(huì)，從而可以利用地層的天然裂隙，獲得較好的增產(chǎn)效果。第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的適用范圍5．水敏、酸敏油氣層改造由于地層巖性的特征，決定了此種油氣層不適合于進(jìn)行水力壓裂和酸化處理。而高能氣體壓裂對(duì)地層幾乎沒有傷害，不會(huì)產(chǎn)生這種負(fù)作用。6．戈壁、沙漠、海灘等區(qū)域油氣井增產(chǎn)在這些地區(qū)，道路、井場(chǎng)、水源等施工條件比較受限制，不適合工藝復(fù)雜、施工規(guī)模很大的增產(chǎn)措施。而高能氣體壓裂工藝簡(jiǎn)單，施工方便，設(shè)備要求少，便于在這些地區(qū)發(fā)揮作用。第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的適用范圍7．地層破裂壓力異常高地區(qū)的水力壓裂和酸化預(yù)壓裂高能氣體壓裂由于其產(chǎn)生的最高壓力遠(yuǎn)高于地層破裂壓力，且升壓速率高，極易在這些地層中造成多條徑向裂縫，降低破裂壓力，從而提高水力壓裂和酸化的成功率和施工效果。高能氣體壓裂和水力壓裂、酸化相結(jié)合的施工已在多個(gè)油田取得成功第23頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的適用范圍2.3.3高能氣體壓裂效果影響因素1．裂縫長(zhǎng)度與封閉壓力成反比，與巖石的楊氏模數(shù)成正比。2．降低套管傷害主要靠增加射孔孔徑，增加射孔數(shù)量也可實(shí)現(xiàn)其目的。3．無論井內(nèi)有無液體，其裂縫的幾何形狀都相同。第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂設(shè)計(jì)形成不閉合殘留垂直裂縫的條件是：(P-Pf)/σh=E2/(E2-E1)

式中P——藥柱燃燒產(chǎn)生的壓力；

Pf——地層壓力；

σh——水平地應(yīng)力；

E1—巖石加載彈性模量；

E2一巖石卸載彈性模量。第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂設(shè)計(jì)一般E2/E1=3～10，只要藥柱燃燒產(chǎn)生的壓力等于巖石壓力就可以壓開地層。但要形成殘余縫還必須有足夠的流體進(jìn)入裂縫，壓力升高時(shí)間盡量長(zhǎng)才行。施工設(shè)計(jì)的基本參數(shù)是：最大壓力、壓裂彈燃燒時(shí)間、進(jìn)入裂縫的流體、氣體數(shù)量。在井底附近形成不閉合裂縫的條件是火藥燃燒產(chǎn)生的壓力應(yīng)不小于巖石壓力，同時(shí)應(yīng)保證這個(gè)壓力小于套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度。第26頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂設(shè)計(jì)高能氣體壓裂設(shè)計(jì)的根本任務(wù)是在不破壞套管的情況下，盡量提高裝藥量以壓出長(zhǎng)裂縫、解除污染、提高產(chǎn)量。

藥量與火藥燃燒產(chǎn)生的最大壓力及擠入地層的流體體積的關(guān)系，必須用火藥燃燒規(guī)律方程、考慮了壓縮性和水力阻力的井內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方程、孔眼節(jié)流方程、驅(qū)替液體進(jìn)入地層和火藥氣流入隨之形成并延伸的裂縫的方程等組成的微分方程組來模擬。模擬火藥彈的工作過程，可獲得不同地質(zhì)條件、不同藥量產(chǎn)生的最大壓力所壓出的裂縫長(zhǎng)度和寬度隨時(shí)間變化的規(guī)律第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝2.5.1鋼絲繩送入，水泥塞封堵，地面引燃施工工藝這種工藝見圖2—4，它是用鋼絲繩把氣體發(fā)生器和引燃導(dǎo)線送入設(shè)計(jì)的施工井段，在氣體發(fā)生器以上3～5m打水泥塞封堵。若施工段以下口袋較長(zhǎng)時(shí)，就要在氣體發(fā)生器下入之前先打一個(gè)水泥塞。第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝水泥塞高度計(jì)算公式如下：H=KsPD/4CH=139G1/3式中H——水泥塞高度，cm;Ks——抗滑安全系數(shù)，取Ks=3～4；p——最高燃?xì)鈮毫Γ琈Pa；D——井徑，cm;C——抗剪切強(qiáng)度，MPa；G——火藥用量，kg。

水泥塞封堵方式安全可靠，但對(duì)深井及套管完成的井難度較大，而且施工麻煩，周期較長(zhǎng)。因此，這項(xiàng)工藝僅適用于產(chǎn)能低的中深井。第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝2.5.2電纜送入，液柱壓擋，地面引燃施工工藝

這項(xiàng)工藝是用射孔電纜車把氣體發(fā)生器送至目的層段，采用液柱（水、油或壓井液）壓檔，地面通電引燃。如圖2—5、圖2—6所示。第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝通過壓檔液柱高度對(duì)火藥燃?xì)獾姆逯祲毫?、各特征時(shí)間、造縫長(zhǎng)度、液柱舉升位移等影響的理論分析認(rèn)為：壓檔液柱的高度不得小于500m，同時(shí)考慮到氣體發(fā)生器外殼承壓及密封等問題，壓檔液柱高度不應(yīng)大于1500m，實(shí)際施工建議保持在1000m左右。此項(xiàng)工藝適用于中深裸眼井及套管完成井的解堵。它具有動(dòng)用設(shè)備少、施工時(shí)間短，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外采用最多的一種方法。其缺點(diǎn)是部分火藥燃?xì)饽芰肯脑谑箟簷n液柱運(yùn)動(dòng)上。第33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝2.5.3油管輸送、封隔器加液柱復(fù)合壓檔，撞擊引燃施工工藝

這種工藝見圖2—7。此項(xiàng)工藝是用油管把氣體發(fā)生器、監(jiān)測(cè)儀、撞擊起爆器及封隔器等輸送到設(shè)計(jì)井段。首先坐封封隔器，之后在油套環(huán)空加10～20MPa的平衡壓力，最后在井口向油管內(nèi)投棒，撞擊引燃?xì)怏w發(fā)生器。此工藝適合于各類生產(chǎn)井、水井和氣井。它還易于進(jìn)行分層及多層壓裂。施工簡(jiǎn)便，撞擊引燃技術(shù)可靠安全。第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝2.5.4三種高能氣體壓裂解堵施工工藝的綜合對(duì)比施工工藝鋼絲繩起下，水泥塞封檔，地面引燃施工工藝電纜起下，液體壓擋，地面引燃施工工藝油管輸送，封隔器加環(huán)壓復(fù)合壓擋，撞擊引燃施工工藝第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.1施工準(zhǔn)備1．根據(jù)壓裂設(shè)計(jì)要求進(jìn)行通井、洗井、沖砂、替換壓井液，降液面作業(yè)；2．井筒內(nèi)壓井液柱高度及性能滿足設(shè)計(jì)要求；3．根據(jù)井眼及地層情況選擇壓裂彈體型號(hào)、規(guī)格、彈體組成、裝藥量、承壓、峰值壓力等，并做好高能氣體壓裂設(shè)計(jì)。第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.2施工工序1．起出原井內(nèi)的生產(chǎn)管柱；2．用小于套管內(nèi)徑（2～4mm）的通徑規(guī)通至人工井底，通徑規(guī)大端長(zhǎng)度不小于1.5m，壁厚3～4mm；3．洗井、測(cè)井；4．下高能氣體壓裂管柱，引爆；5．起出高能氣體壓裂管柱；6．下生產(chǎn)管柱試生產(chǎn)；第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.3注意事項(xiàng)1．為了避免液體噴出井口，施工時(shí)井內(nèi)液面離井口50～60m為宜。2．操作人員應(yīng)經(jīng)高能氣體壓裂技術(shù)培訓(xùn)，身著防靜電衣服及鞋。3．現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)操作人員不超過3名，輕拿輕放，不碰撞或敲打鐵器。施工時(shí)井場(chǎng)不許有煙火，同時(shí)井場(chǎng)內(nèi)應(yīng)有相應(yīng)的防火設(shè)施。4．裝配時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢查壓裂彈及其配件質(zhì)量，不符合施工要求的堅(jiān)決不用。第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工5．采用電纜輸送式點(diǎn)火工藝，最后連接發(fā)火裝置前，應(yīng)先放去電纜上靜電，并檢查電纜是否有漏電現(xiàn)象，電發(fā)火器的安全電流小于0.24A，發(fā)火電流大于1.5A.6．棒點(diǎn)火未燃時(shí)，應(yīng)先打撈投棒，分析原因后再進(jìn)行處理。7．施工結(jié)束后如有剩余壓裂彈及配套器材應(yīng)嚴(yán)格回收。8．雷電、雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣情況下嚴(yán)禁施工。9．高能氣體壓裂應(yīng)不造成對(duì)套管的損壞，如縮徑、變形等。第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.4質(zhì)量要求2.6.4.1有彈殼高能氣體壓裂技術(shù)要求：1．壓裂彈體要求嚴(yán)密不漏;點(diǎn)火裝置要求靈敏、可靠、安全；2．現(xiàn)場(chǎng)管柱丈量準(zhǔn)確，管柱內(nèi)暢通無阻；3．控制下鉆速度，嚴(yán)禁頓、碰、砸；井口嚴(yán)禁任何落物入井。第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.4.2無彈殼高能氣體壓裂技術(shù)1．電纜傳輸①壓裂彈型號(hào)、規(guī)格、組合、裝藥量、壓擋方式等與設(shè)計(jì)相符；②電纜載荷（除自重外）不小于500kg，通電電流大于1.5A,絕緣值大于700MΩ，點(diǎn)火電源電壓小于200V；③彈體連接牢靠、電發(fā)火裝置導(dǎo)線短路后連接無殼彈體；第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工④保證電纜電源切斷，將電纜放電后與電發(fā)火裝置連接，保證點(diǎn)火電路和壓井液有良好的絕緣性能；⑤用磁定位或轉(zhuǎn)速器計(jì)量深度，下放速度不大于600m/min;下入深度確認(rèn)無誤后，所有人員撤離井口30m以外，通電點(diǎn)火；壓裂過程結(jié)束后，切斷電源，起出電纜第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2．油管傳輸①油管絲扣完好、無變形、內(nèi)部暢通、下鉆過程中要用油管內(nèi)徑規(guī)逐根通過，長(zhǎng)度準(zhǔn)確，油管伸長(zhǎng)量每千米按0.7m算；②彈體連接牢固，引爆系統(tǒng)要作實(shí)驗(yàn)，確保無誤；控制下鉆速度，嚴(yán)禁頓、碰、砸井口；下鉆過程中油管內(nèi)嚴(yán)禁任何落物入井；③井筒液面要符合設(shè)計(jì)要求；彈體下入深度準(zhǔn)確；投撞擊棒后要準(zhǔn)確記錄引爆時(shí)間；如未引爆要先撈出撞擊棒，查明原因再?zèng)Q定方案；第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.4.3施工中其它技術(shù)要求1）施工前應(yīng)洗井、沖砂、清除井壁結(jié)蠟及套管壁上的水泥。最好進(jìn)行一次試井，求得表皮系數(shù)、地層滲透率及產(chǎn)液（吸水）剖面。2）最好先進(jìn)行酸處理或酸浸。3）射孔段以上200m以內(nèi)用地層水或NaCl、CaCl2、CaBr2、ZnCl2表面活性劑溶液頂替井中液體。4)若油層為裂縫性碳酸鹽巖地層，建議在射孔段替入油酸乳化液，其體積分?jǐn)?shù)為：鹽酸（濃度為18～22％）占40～60％；柴油占8～59％；乳化劑——穩(wěn)定劑占1～2％。乳化液的用量為每次5～6m3。若為砂巖油層，也可在射孔段替入鹽酸或土酸，用量同前。第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工5）井口安裝射孔閘門（電纜點(diǎn)火）。6）孔徑為10mm的射孔密度應(yīng)達(dá)到20～30孔／m，不足的應(yīng)補(bǔ)孔；孔徑為16mm的射孔密度也應(yīng)在10孔／m以上。7）高能氣體壓裂產(chǎn)生的裂縫多在彈下2～4m處靠近地層界面或物性好處生成，所以最好將彈布在處理層上方2～4m處。8）如果有底水，在水泥環(huán)膠結(jié)良好的情況下，彈底距射孔段底部至少5m第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.5資料錄取2.6.5.1電纜輸送高能氣體壓裂1．爆壓時(shí)間、層位、層號(hào)、層段、深度值；高能氣體壓裂彈類型、數(shù)量、峰值壓力及引爆方式；壓井液名稱、密度、用量、配方。2．起出電纜描述油氣顯示情況。第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工2.6.5.2油管傳輸高能氣體壓裂1．爆壓時(shí)間、層位、層號(hào)、層段、深度值；高能氣體壓裂彈類型、性能、數(shù)量、設(shè)計(jì)峰值壓力及引爆方式；投棒尺寸、投棒點(diǎn)火時(shí)間。2．壓井液名稱、密度、用量、配方。3．油管型號(hào)、內(nèi)徑，完成深度、壓裂彈位置及裝配情況，并畫出草圖和井下鉆具結(jié)構(gòu)圖。4．起出電纜描述油氣顯示情況第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日

高能氣體壓裂測(cè)試

高能氣體壓裂過程中的峰值壓力和壓力時(shí)間過程是研究壓裂機(jī)理、判斷套管是否受損和評(píng)價(jià)壓裂效果的重要數(shù)據(jù)。測(cè)試方法可分為靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試1．靜態(tài)測(cè)試（峰值壓力測(cè)試）

該方法是利用裝在測(cè)壓器內(nèi)的銅柱的塑性變形來測(cè)定壓裂過程中的峰值壓力，因而又稱銅柱測(cè)壓。銅柱測(cè)壓因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，然而該方法只能近似地測(cè)出峰值壓力，而無法獲得壓裂過程中的壓力—一時(shí)間剖面，具有一定的局限性。第49頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試1）測(cè)壓蛋結(jié)構(gòu)

如右圖所示為測(cè)壓蛋的結(jié)構(gòu)如圖2—8。2）測(cè)壓銅柱測(cè)定銅柱在壓裂過程中的變形，即可確定峰值壓力，因而對(duì)銅柱材料、機(jī)械性能、尺寸、形狀都有嚴(yán)格的要求。目前油田壓裂過程中常用的銅柱有圓柱形和圓錐形兩種10個(gè)規(guī)格.第50頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日第51頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試當(dāng)井深L＜2000m時(shí)，選用圓錐形銅柱φ5×8.1；當(dāng)2000m＜L＜4500m時(shí)，選用圓柱形銅柱φ6×9.8；當(dāng)L＞4500時(shí)，選用圓柱形銅柱φ8×13。

2．動(dòng)態(tài)測(cè)試（井下壓力～時(shí)間過程測(cè)試）為了檢查高能氣體壓裂設(shè)計(jì)的正確性，分析壓裂效果，必須測(cè)定井內(nèi)壓力隨時(shí)間的變化。這一切都基于井下壓力～時(shí)間過程數(shù)據(jù)的取得，即p～t過程測(cè)試。主要利用井下存儲(chǔ)儀或地面直讀式測(cè)試儀第52頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2.8復(fù)合射孔高能氣體壓裂技術(shù)2.8.1復(fù)合射孔高能氣體壓裂的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式1.復(fù)合射孔高能氣體壓裂技術(shù)的特點(diǎn)它是一項(xiàng)新的油層改造增產(chǎn)技術(shù)，它的基本原理是把射孔技術(shù)和高能氣體壓裂技術(shù)有機(jī)融合，綜合改善油層，達(dá)到增產(chǎn)的目的。。第53頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試該技術(shù)主要作用特點(diǎn)是：在油層目的層首先進(jìn)行射孔，射開地層隨即進(jìn)行高能氣體壓裂，使地層產(chǎn)生裂縫，兩種工藝合二為一，一次完成，一般能加深射孔孔眼2～5倍，加大射孔孔徑0.5～1倍，在地層產(chǎn)生2～8m的裂縫，提高了地層滲透導(dǎo)流能力，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)增加油氣井產(chǎn)量的目的。它較單一的射孔或高能氣體壓裂技術(shù)疏通地層半徑效果更為明顯。如圖2—9所示。第54頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日第55頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2.復(fù)合射孔高能氣體壓裂技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式：1)混合組裝型射孔彈與推進(jìn)劑藥同裝在一個(gè)槍身里，一般射孔彈鑲嵌在做成柱狀發(fā)射藥團(tuán)的彈架上，可制成整體藥芯或分段式藥芯，使用時(shí)插到配套的射孔槍身里，形成復(fù)合射孔槍，如目前較常用的深穿透復(fù)合射孔技術(shù)裝置。第56頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2)二是分體組裝型在常規(guī)的射孔槍尾部或上下聯(lián)裝高能氣體壓裂裝置，目前最常見的是射孔槍尾部下掛無殼彈，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，即被稱作射孔——高能氣體壓裂聯(lián)作技術(shù)。3)三是加載組裝型在第一種混合組裝型復(fù)合槍身尾部或上下再聯(lián)裝高能氣體壓裂裝置，如目前的深穿透復(fù)合射孔技術(shù)裝置，尾部下掛無殼彈第57頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2.8.2作用原理及效果分析

1.作用原理

射孔技術(shù)與高能氣體壓裂技術(shù)相結(jié)合對(duì)地層進(jìn)行連續(xù)復(fù)合作用，一般通過電纜或油管下到油井設(shè)計(jì)目的層，通電或投棒引爆底火，底火引爆導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索引爆射孔彈，射孔彈引爆后產(chǎn)生高溫金屬流，穿透槍身、套管射開地層，在地層產(chǎn)生0.4～1m長(zhǎng)的射孔孔眼，幾乎同時(shí)高能氣體壓裂藥被引燃，產(chǎn)生大量高溫高壓氣體對(duì)地層進(jìn)行壓裂，產(chǎn)生多條徑向裂縫，大大提高了地層滲透導(dǎo)流能力，增加了油氣井的產(chǎn)量。第58頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2．作用效果分析1)混合組裝型結(jié)構(gòu)，由于射孔彈與推進(jìn)劑或發(fā)射藥混合裝在復(fù)合射孔槍內(nèi)，其特點(diǎn)是發(fā)射射孔彈后，射孔彈被引爆產(chǎn)生的金屬熱粒子引燃發(fā)射藥團(tuán)，發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，從所射開的射孔孔眼高速噴出，直接噴入剛射開的地層射孔孔眼，對(duì)射孔孔眼進(jìn)行很強(qiáng)沖刷作用，能迅速解除或改善因射孔而產(chǎn)生的孔眼壓實(shí)帶，并能產(chǎn)生微小裂縫，返排清除孔眼內(nèi)的殘?jiān)?，疏通孔眼道，加大加深射孔孔眼，高壓氣體不斷泄入射孔孔眼，壓開地層，并快速擴(kuò)展，沿孔眼尖端產(chǎn)生多條徑向垂直裂縫，綜合作用效果好，但其藥芯制作程序復(fù)雜，槍身材質(zhì)要求高。第59頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2)在混合組裝型下端聯(lián)裝無殼彈或其上下聯(lián)裝高能氣體壓裂裝置就成為加載組裝型，由于高能氣體壓裂藥量大，作用時(shí)間延長(zhǎng)，能產(chǎn)生更長(zhǎng)的裂縫，可明顯改善地層的壓裂效果，是較理想的發(fā)展方向。3)分體組裝型結(jié)構(gòu)其作用過程是在完成常規(guī)射孔功能后，直接進(jìn)行高能氣體壓裂作用，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，綜合成本低，但作用效果不如前兩種結(jié)構(gòu)。第60頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2.8.3結(jié)構(gòu)配置及技術(shù)參數(shù)

與高能氣體壓裂技術(shù)聯(lián)作，可在其尾部配用無殼彈，也可在其上下端配用有殼彈，下端配用無殼彈，但目前常用的是在其下部配用無殼彈，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。第61頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2.8.4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1．選井選層一般用于地層巖性比較堅(jiān)硬，泥質(zhì)含量較低的地層，如石灰?guī)r、砂巖等，對(duì)低滲油藏或特低滲油藏、地層水敏性或酸敏性較強(qiáng)的油井，也可使用該技術(shù)；而且地層應(yīng)具備一定的能量，這樣使用效果才能更為明顯。該技術(shù)適用性較強(qiáng)，適用于探井、生產(chǎn)井、開發(fā)井等，尤其在低滲油層或特低滲油層使用，將會(huì)以較少的投入，取得較好的效果。

第62頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2．施工中應(yīng)注意的問題1)

槍身連接不能太長(zhǎng)，尤其是混合組裝和加載組裝結(jié)構(gòu)，整層施工一般不能超過12～15m.2)

采用一級(jí)引爆工藝時(shí),適當(dāng)調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu),如采用夾層槍時(shí)，跨隔不能太長(zhǎng)，一般不能超過15～20m，整體槍長(zhǎng)不能超過25～30m。3)

傳爆設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，使用爆炸器材一定要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以保證傳爆的安全可靠性。第63頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試3.下井工藝主要為電纜傳輸工藝和油管傳輸工藝兩種。1）電纜輸送工藝作業(yè)時(shí)間短，施工效率高，定位準(zhǔn)確，但每次施工聯(lián)接槍身不能太長(zhǎng)，要在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)不同結(jié)構(gòu)和具體情況而定。在射孔槍身與高能氣體裝置聯(lián)作施工時(shí)要注意電纜的防沖，使用中應(yīng)盡量避免加載組裝型和分體組裝型使用電纜施工工藝。第64頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂測(cè)試2）油管輸送工藝一次槍身聯(lián)接可適當(dāng)加長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)跨層連續(xù)施工，在加載組裝型和分體組裝型施工時(shí)更加安全和可靠，裝藥量大，脈沖作用時(shí)間長(zhǎng)，壓裂效果更好，但其施工作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)第65頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的發(fā)展趨勢(shì)及前景

高能氣體壓裂自20世紀(jì)60年代研究以來，已經(jīng)過幾十年的機(jī)理探索和試驗(yàn)研究。實(shí)踐證明，該技術(shù)不僅可以應(yīng)用于裸眼井中，而且也可安全地用于套管井中，是一項(xiàng)極為有效的增產(chǎn)技術(shù)。然而由于高能氣體壓裂受多種因素制約（如壓裂彈結(jié)構(gòu)、藥型、套管承載能力、井身結(jié)構(gòu)、地層性質(zhì)等）使其壓裂效果受到一定限制。因此，高能氣體壓裂的發(fā)展方向可以概括為自身技術(shù)的改進(jìn)，以及與其他增產(chǎn)措施或完井措施的配套復(fù)合應(yīng)用。第66頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的發(fā)展趨勢(shì)及前景2.9.1高能氣體壓裂技術(shù)的改進(jìn)1．新型壓裂彈——液體火藥彈

液體火藥壓裂工藝是高能氣體壓裂技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和深入，用于油井高能氣體壓裂的液體火藥分為自燃和非燃系統(tǒng)。前者是當(dāng)火藥與井層內(nèi)的液體（水）接觸時(shí)立即起作用，自燃點(diǎn)火；后者是由點(diǎn)火系統(tǒng)提供外部能量點(diǎn)火。第67頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的發(fā)展趨勢(shì)及前景自燃系統(tǒng)不受井層的高含水和漏失的影響，若加適量的緩燃劑，可控制其延遲自燃的時(shí)間，能有效地將自燃液體火藥注人目的層，實(shí)現(xiàn)液體火藥在油層內(nèi)爆炸燃燒，使液體火藥的能量充分作用于油層。這不僅改善了現(xiàn)有高能氣體壓裂的效果，而且將從根本上排除了對(duì)井內(nèi)套管的損壞，因此自燃液體火藥壓爆是一項(xiàng)先進(jìn)的發(fā)展前景可觀的油層壓裂技術(shù)。目前，我國(guó)的壓裂彈產(chǎn)品還不很完善，還需要對(duì)其裝藥結(jié)構(gòu)、點(diǎn)火系統(tǒng)等作進(jìn)一步研究，研制出更適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的發(fā)生器產(chǎn)品。第68頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的發(fā)展趨勢(shì)及前景２．泡沫液及稠化凝膠壓擋

采用泡沫液柱壓擋，增加了井筒流體表現(xiàn)粘度，可控制液體漏失，有利于裂縫延伸及壓裂中所產(chǎn)生的巖屑在裂縫中的運(yùn)移，易于洗井，不對(duì)地層造成污染。稠化凝膠壓擋可增加垂向壓擋力量，有利于增加裂縫系數(shù)和裂縫幾何尺寸，減少對(duì)井壁的傷害。第69頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的發(fā)展趨勢(shì)及前景３．多層段壓裂工藝

在油氣井的多層段或厚層段壓裂過程中，由于以前壓裂的開啟裂縫將吸收大量的能量，因而降低了多次重復(fù)壓裂的有效性。第70頁，共77頁，2023年，2月20日，星期日高能氣體壓裂的發(fā)展趨勢(shì)及前景A．R．Jennings介紹了一項(xiàng)多層段壓裂技術(shù)：施工時(shí)首先在較深的層段進(jìn)行氣體壓裂，然后在該層段充填可固化的凝膠，再在其上部的層段進(jìn)行第二次氣體壓裂，再一次充填凝膠井使之與第一段凝膠成為一體后，即可在其上部進(jìn)