專(zhuān)利名稱(chēng)：一種通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增加頁(yè)巖氣采收率的方法及裝置，特別涉及通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的方法及裝置。
背景技術(shù)：
頁(yè)巖氣是一種新興的潔凈能源，因其儲(chǔ)量大、開(kāi)采周期長(zhǎng)等特點(diǎn)而倍受關(guān)注。然而作為儲(chǔ)氣載體的頁(yè)巖體因其天然孔隙率小，滲透率低，95%的頁(yè)巖氣井需要通過(guò)人工致裂的方式增加頁(yè)巖體滲透率，方可有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值。目前，人工致裂的方法主要包括兩類(lèi)一是水力壓裂方法、二是泡沫壓裂方法。水力壓裂方法主要通過(guò)向鉆孔中注入高壓液體達(dá)到致裂巖層的目的。按照具體的壓裂工藝， 水力壓裂方法包括多級(jí)壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂等三種。多級(jí)壓裂是利用封堵球或限流技術(shù)分隔儲(chǔ)層不同層位進(jìn)行分段壓裂的技術(shù)。清水壓裂是利用大量清水注入地層誘導(dǎo)產(chǎn)生導(dǎo)流裂縫的壓裂技術(shù)。水力噴射壓裂是利用高速和高壓流體攜帶砂體進(jìn)行射孔并打開(kāi)裂縫的壓裂技術(shù)。泡沫壓裂方法主要通過(guò)向鉆孔內(nèi)注入高壓的液氣混合體達(dá)到致裂巖層的目的。根據(jù)氣體成分的不同，泡沫壓裂方法可以分為氮?dú)馀菽瓑毫鸭岸趸寂菽瓑毫训葍煞N。水力壓裂方法及泡沫壓裂方法在頁(yè)巖層壓裂過(guò)程中均存在難以克服的缺點(diǎn)一是壓裂液中均配備有大量化學(xué)藥劑，對(duì)地層損害大；二是壓裂后期主裂縫貫通后，壓裂液的漏失較為嚴(yán)重；三是壓裂液的反排較慢。最主要的，頁(yè)巖氣的賦存形式以吸附氣為主，只有通過(guò)破碎的方法增加頁(yè)巖體的比表面積，才能增加吸附氣體的解析量，而上述兩類(lèi)壓裂方法主要通過(guò)貫通巖體中的天然裂隙達(dá)到增產(chǎn)的目的，這與頁(yè)巖氣自身的賦存特性是不一致的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種通過(guò)粉碎頁(yè)巖體提高頁(yè)巖氣采收率的方法及裝置。一種通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，所述裝置設(shè)置在頁(yè)巖氣井裸眼中， 包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置用于將其周?chē)捻?yè)巖崩裂，氣體輸送裝置將由被崩裂的頁(yè)巖中滲出的頁(yè)巖氣輸送到地面。進(jìn)一步，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、輸藥管、起爆電路和起爆裝置；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過(guò)高強(qiáng)度連接柱連接，在下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過(guò)設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過(guò)地面控制裝置控制起爆裝置的起爆； 輸藥管用于向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)中輸入炸藥。進(jìn)一步，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、起爆電路、起爆裝置和側(cè)壁；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過(guò)高強(qiáng)度連接柱連接，所述側(cè)壁與下隔離裝置和中隔離裝置組成一個(gè)封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過(guò)設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過(guò)地面控制裝置控制起爆裝置的起爆。進(jìn)一步，所述高強(qiáng)度連接柱的數(shù)量為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。進(jìn)一步，所述起爆裝置的數(shù)量為可為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。進(jìn)一步，所述氣體輸送裝置包括中隔離裝置、上隔離裝置、油氣管、孔狀進(jìn)氣管； 上隔離裝置與中隔離裝置之間設(shè)置有孔狀進(jìn)氣管，孔狀進(jìn)氣管的一端設(shè)置在中隔離裝置的通孔中，另一端設(shè)置在上隔離裝置上的通孔中；孔狀進(jìn)氣管為帶有若干進(jìn)氣孔的管，油氣管的一端設(shè)置在上隔離裝置的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連。進(jìn)一步，所述下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、上隔離裝置、輸藥管、油氣管、孔狀進(jìn)氣管均采用金屬材料。進(jìn)一步，所述起爆裝置包括電雷管、數(shù)碼雷管；所述起爆方式包括電起爆、數(shù)碼起爆；所述炸藥包括液體炸藥、固體炸藥。一種通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的方法，在頁(yè)巖氣富集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置設(shè)置爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)；兩區(qū)相臨，但相互隔離，將所述爆炸至裂區(qū)內(nèi)的炸藥引爆后，將所述裸眼井側(cè)壁崩裂；頁(yè)巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過(guò)裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。進(jìn)一步，在裸眼井壁的爆炸致裂區(qū)預(yù)設(shè)裂縫，爆炸致裂區(qū)爆炸后導(dǎo)致所述預(yù)設(shè)裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展并迅速貫通形成頁(yè)巖破碎帶，破碎帶內(nèi)的頁(yè)巖碎片解析出頁(yè)巖氣，頁(yè)巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過(guò)裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)改變爆炸致裂區(qū)的藥量，可以增加頁(yè)巖體破碎區(qū)域的范圍；通過(guò)改變高強(qiáng)度連接柱的長(zhǎng)度，可以增加爆炸致裂區(qū)的裝藥量；通過(guò)改變帶孔進(jìn)氣管的長(zhǎng)度，可以增加氣體采集區(qū)的范圍。與水力壓裂及泡沫壓裂相比，爆炸致裂可以產(chǎn)生一定區(qū)域的頁(yè)巖體破碎帶，增加頁(yè)巖體的總比表面積，從而增加了頁(yè)巖氣的解析速率。


圖1為爆炸增加頁(yè)巖氣采收率的總體裝置圖； 圖2為輸藥、起爆裝置側(cè)視圖3為輸藥、起爆裝置正視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的方法在頁(yè)巖氣富集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，在裸眼井的指定位置隔離出爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)，兩區(qū)相鄰，并相互隔離開(kāi)。在爆炸至裂區(qū)范圍內(nèi)的裸眼井側(cè)壁上設(shè)置若干預(yù)設(shè)裂縫。引爆爆炸致裂區(qū)內(nèi)的炸藥，炸藥爆炸后產(chǎn)生的高壓氣體作用于裸眼井壁的預(yù)設(shè)裂縫，裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展并迅速貫通形成頁(yè)巖破碎帶，破碎帶內(nèi)的頁(yè)巖碎片解析出頁(yè)巖氣，頁(yè)巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過(guò)裸眼井側(cè)壁的巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并通過(guò)氣體采集裝置輸送至地表。本發(fā)明中所公開(kāi)的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置為 實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明所公開(kāi)的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置包括下隔離裝置1、高強(qiáng)度連接柱2、中隔離裝置3、輸藥管6、起爆電路12和起爆裝置13。氣體輸送裝置包括中隔離裝置3、上隔離裝置4、油氣管7、孔狀進(jìn)氣管8。如圖1、2、3所示，本實(shí)施例中的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置設(shè)置在頁(yè)巖氣井裸眼5中。輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置中的下隔離裝置1、中隔離裝置3和上隔離裝置4為截面形狀與頁(yè)巖氣井裸眼5截面相同，具有一定厚度的柱狀結(jié)構(gòu)；并且中隔離裝置 3和上隔離裝置4上均帶有沿軸向貫穿的通孔。輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置分別在頁(yè)巖氣井鉆孔中分別對(duì)應(yīng)的是爆炸致裂區(qū)10及氣體采集區(qū)14。輸藥起爆裝置中的下隔離裝置 1和中隔離裝置3通過(guò)高強(qiáng)度連接柱2連接，高強(qiáng)度連接柱2的數(shù)量可為3-6個(gè)，優(yōu)選的為 4個(gè)。在下隔離裝置1的上表面與中隔離裝置3下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置13，起爆裝置的數(shù)量為可為3-6個(gè)，優(yōu)選的為4個(gè)。起爆裝置13通過(guò)設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱2內(nèi)的起爆電路12與地面控制裝置連接。并通過(guò)地面控制裝置控制起爆裝置13的起爆。氣體輸送裝置中上隔離裝置4與中隔離裝置3之間設(shè)置有孔狀進(jìn)氣管8，孔狀進(jìn)氣管8的一端設(shè)置在中隔離裝置3的通孔中，另一端設(shè)置在上隔離裝置4上的通孔中?？谞钸M(jìn)氣管8為帶有若干進(jìn)氣孔9的管，油氣管7的一端設(shè)置在上隔離裝置4的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連。輸藥管6通過(guò)油氣管7及孔狀進(jìn)氣管8插入到輸藥起爆裝置中，通過(guò)輸藥管6向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)10中輸入炸藥。工作時(shí)，使用鉆孔工具，在頁(yè)巖氣采集位置鉆孔，形成頁(yè)巖氣井裸眼5，并在輸藥起爆裝置范圍內(nèi)的裸眼5的側(cè)壁上設(shè)置若干預(yù)設(shè)裂縫11。將通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置設(shè)置在頁(yè)巖氣井裸眼5中并定位，定位后，通過(guò)輸藥管6向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)10中輸入炸藥，炸藥的輸入量可根據(jù)周?chē)鷰r體強(qiáng)度，所需裂縫深度等采集區(qū)的實(shí)際情況確定。炸藥加入后，將輸藥管6抽出，并關(guān)閉中隔離裝置3上的通孔，此時(shí)，爆炸致裂區(qū)10 及氣體采集區(qū)14相互隔離，不連通。啟動(dòng)地面起爆控制裝置，起爆設(shè)置在下隔離裝置1的上表面與中隔離裝置3下表面上設(shè)置的若干個(gè)起爆裝置13，起爆裝置爆炸后，將爆炸致裂區(qū)10中的炸藥引爆，爆炸后形成的沖擊應(yīng)力波及高壓氣體導(dǎo)致爆炸致裂區(qū)10周?chē)?yè)巖體沿用預(yù)設(shè)裂縫11發(fā)生碎裂性破壞，碎裂狀的頁(yè)巖體解析出大量吸附頁(yè)巖氣，氣體由中隔離裝置3側(cè)壁的巖體縫隙進(jìn)入氣體采集區(qū)14，并通過(guò)孔狀進(jìn)氣管8進(jìn)入油氣管7中，并通過(guò)油氣管7輸送到地面，完成吸附頁(yè)巖氣的采集。采用電雷管起爆增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，如圖1、2、3所示。下隔離裝置1、中隔離裝置3及上隔離裝置4的主體材料為4340型合金鋼，上述3個(gè)隔離裝置的內(nèi)徑均為 27. 9cm,高lm。用4根高強(qiáng)度連接柱2連接下隔離裝置1及中隔離裝置3，高強(qiáng)度連接柱2 采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制作，外徑5cm，高lm。用一根孔狀進(jìn)氣管8連接中隔離裝置3及上隔離裝置4，孔狀進(jìn)氣管8采用HP9-4-25型不銹鋼管制作，內(nèi)徑8cm，高lm?？谞钸M(jìn)氣管8的進(jìn)氣口 9孔徑為1cm，每環(huán)設(shè)3個(gè)進(jìn)氣口 9，等間距設(shè)置4環(huán)。輸藥管6采用無(wú)縫鋼管制作，內(nèi)徑 4cm0炸藥10選用TNT，裝藥密度為1100kg/m3，起爆雷管13為電雷管，起爆方式為電起爆。 預(yù)設(shè)裂縫11采用射孔彈完成。采用數(shù)碼雷管起爆增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，如圖1、2、3所示。下隔離裝置1、中隔離裝置3及上隔離裝置4的主體材料為D6AC型合金鋼，上述3個(gè)隔離裝置的內(nèi)徑均為 27. 9cm,高an。用4根高強(qiáng)度連接柱2連接下隔離裝置1及中隔離裝置3，高強(qiáng)度連接柱2 采用17-7PH型不銹鋼制作，外徑7cm，高2m。用一根孔狀進(jìn)氣管8連接中隔離裝置3及上隔離裝置4，孔狀進(jìn)氣管8采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制作，內(nèi)徑10cm，高an?？谞钸M(jìn)氣管8的進(jìn)氣口 9 孔徑為2cm，每環(huán)設(shè)3個(gè)進(jìn)氣口 9，等間距設(shè)置4環(huán)。輸藥管6采用不銹鋼管制作，內(nèi)徑6cm。 炸藥10選用硝化甘油，裝藥密度為1200kg/m3，起爆雷管13為數(shù)碼雷管，起爆方式為數(shù)碼起爆。預(yù)設(shè)裂縫11采用機(jī)械割縫完成。實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1中所限定的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置的結(jié)構(gòu)和使用方法基本相同。其不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例中的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置中不包括輸藥管6，并且中隔離裝置3上不設(shè)置通孔，但可在上表面設(shè)置盲孔以便于孔狀進(jìn)氣管8的定位；輸藥起爆裝置為封閉結(jié)構(gòu)，即在下隔離裝置1與中隔離裝置3之間設(shè)置側(cè)壁結(jié)構(gòu)，將下隔離裝置1與中隔離裝置3之間用于裝炸藥的空間封閉起來(lái)。并在制作通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置時(shí)，預(yù)先將炸藥放入到輸藥起爆裝置中，然后再將整個(gè)裝置設(shè)置在頁(yè)巖氣井裸眼5中。本發(fā)明所公開(kāi)的通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置中的下隔離裝置1、高強(qiáng)度連接柱2、中隔離裝置3、上隔離裝置4、輸藥管6、油氣管7、孔狀進(jìn)氣管8均采用金屬材料，例如，不銹鋼或合金鋼等。預(yù)設(shè)裂縫11的實(shí)現(xiàn)方式可以采用射孔彈，也可以采用機(jī)械割縫或水力割縫.起爆裝置包括電雷管、數(shù)碼雷管等，起爆方式包括電起爆、數(shù)碼起爆等；所述炸藥包括液體炸藥、固體炸藥等。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述裝置設(shè)置在頁(yè)巖氣井裸眼中，包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置用于將其周?chē)捻?yè)巖崩裂， 氣體輸送裝置將由被崩裂的頁(yè)巖中滲出的頁(yè)巖氣輸送到地面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、輸藥管、起爆電路和起爆裝置；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過(guò)高強(qiáng)度連接柱連接，在下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過(guò)設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過(guò)地面控制裝置控制起爆裝置的起爆；輸藥管用于向輸藥起爆裝置的爆炸致裂區(qū)中輸入炸藥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述輸藥起爆裝置包括下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、起爆電路、起爆裝置和側(cè)壁；所述下隔離裝置和中隔離裝置通過(guò)高強(qiáng)度連接柱連接，所述側(cè)壁與下隔離裝置和中隔離裝置組成一個(gè)封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；下隔離裝置的上表面與中隔離裝置下表面上間隔設(shè)置若干個(gè)起爆裝置，起爆裝置通過(guò)設(shè)置在高強(qiáng)度連接柱內(nèi)的起爆電路與地面控制裝置連接；并通過(guò)地面控制裝置控制起爆裝置的起爆。
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述高強(qiáng)度連接柱的數(shù)量為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述起爆裝置的數(shù)量為可為3-6個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述氣體輸送裝置包括中隔離裝置、上隔離裝置、油氣管、孔狀進(jìn)氣管；上隔離裝置與中隔離裝置之間設(shè)置有孔狀進(jìn)氣管，孔狀進(jìn)氣管的一端設(shè)置在中隔離裝置的通孔中，另一端設(shè)置在上隔離裝置上的通孔中；孔狀進(jìn)氣管為帶有若干進(jìn)氣孔的管，油氣管的一端設(shè)置在上隔離裝置的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3和6中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述下隔離裝置、高強(qiáng)度連接柱、中隔離裝置、上隔離裝置、輸藥管、油氣管、孔狀進(jìn)氣管均采用金屬材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3中所述的增加頁(yè)巖氣采收率的裝置，其特征為，所述起爆裝置包括電雷管、數(shù)碼雷管；所述起爆方式包括電起爆、數(shù)碼起爆；所述炸藥包括液體炸藥、固體炸藥。
9.一種通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的方法，其特征為，在頁(yè)巖氣富集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置設(shè)置爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)；兩區(qū)相臨，但相互隔離，將所述爆炸至裂區(qū)內(nèi)的炸藥引爆后，將所述裸眼井側(cè)壁崩裂；頁(yè)巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過(guò)裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述方法，其特征為，在裸眼井壁的爆炸致裂區(qū)預(yù)設(shè)裂縫，爆炸致裂區(qū)爆炸后導(dǎo)致所述預(yù)設(shè)裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展并迅速貫通形成頁(yè)巖破碎帶，破碎帶內(nèi)的頁(yè)巖碎片解析出頁(yè)巖氣，頁(yè)巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過(guò)裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的裝置及方法，所述方法為在頁(yè)巖氣采集區(qū)內(nèi)設(shè)置裸眼井，并在裸眼井中的指定位置設(shè)置爆炸致裂區(qū)和氣體采集區(qū)；兩區(qū)相臨，但相互隔離，將所述爆炸至裂區(qū)內(nèi)的炸藥引爆后，將所述裸眼井側(cè)壁崩裂；頁(yè)巖氣從爆炸致裂區(qū)經(jīng)過(guò)裸眼井側(cè)壁巖體縫隙進(jìn)入到氣體采集區(qū)，并輸送至地表。所述裝置設(shè)置在頁(yè)巖氣井裸眼中，包括輸藥起爆裝置和氣體輸送裝置，其中輸藥起爆裝置用于將其周?chē)捻?yè)巖崩裂，氣體輸送裝置將由被崩裂的頁(yè)巖中滲出的頁(yè)巖氣輸送到地面。
文檔編號(hào)E21B43/248GK102168543SQ20111006427
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者馮春, 劉曉宇, 李世海 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所