[发明专利]一种适用于页岩气蒸汽压裂方法的可控闪爆压裂套管

说明书

技术领域

本发明涉及一种页岩气增产压裂套管，特别是涉及一种适用于页岩气蒸汽闪爆压裂增产方法的可控压裂套管，属于油藏开采领域。

背景技术

页岩气在全球范围内分布广泛，开发潜力巨大，但是由于其渗透率低，难以开采，90％以上的页岩气井需要采用有效的压裂增产措施。目前，在国内外采用较多的压裂方法有可钻桥塞分段压裂、封隔器分段压裂和水力喷射分段压裂技术，其中水力喷射分段压裂由于射孔定位准确、对于改造层段控制性高、对地层的适应性强等优点成为近年来的在各大油气井中使用最为广泛、压裂效果最好的压裂方法。

但是，水力压裂技术对能源、淡水资源等的消耗巨大，据数据统计，每口井最低的用水量也要4000吨，最高可达50000吨；此外，压裂中需要加入少组分的化学添加剂，但是由于耗水总量巨大，每口井所用的化学添加剂的总量也超过百吨，这些化学添加剂对地下环境的污染十分严重。近年来，水力压裂对地质结构、生态环境和人居环境的影响日益显现，例如油井地区及附近的地下水污染、自来水自燃等。

近年来，研究发现气体由于其渗透性好于液体，使用气体压裂能降低压裂压力，从而高能气体压裂技术、超临界二氧化碳及液氮压裂技术、LPG(液化石油气)压裂技术等新型气体压裂技术被开发出来，但以上技术存在着各种各样的问题，如高能气体压裂技术难以控制，超临界二氧化碳及液氮压裂技术由于诸多难题长期停留在实验室阶段，LPG(液化石油气)压裂技术存在爆炸隐患。

专利CN 105134157 A公开了一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置，利用电磁感应加热水产生高温高压蒸汽的方法压裂岩层，但在该专利中未提及具体可行的压裂装置，因此仍未实际解决页岩岩层的“高效、绿色、安全”压裂问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种适用于页岩气蒸汽压裂方法的可控闪爆压裂套管，该套管利用电磁感应加热腔体内的水，产生高温高压的超临界水蒸气，当达到一定压力后，高温高压水蒸气携带少量无污染支撑剂产生“闪爆”效果，即瞬间定点、定向喷射，压裂套管和岩层形成射孔；并且，在建压过程、压裂过程及裂缝延伸过程中，可以测得压裂套管腔内压力的变化情况，从而控制电磁感应加热温度以控制压裂压力，实现对整个压裂作业周期的高效、安全调控。

为实现上述功能，本发明采用的技术方案是：一种适用于页岩气蒸汽压裂方法的可控闪爆压裂套管，压裂套管整体呈圆柱形，由压裂套管主体、感压腔、限位螺钉、建压块、压裂喷嘴、线圈绕组、隔热层、压力活塞、压力活塞定位件、弹性元件、预紧弹簧、测压腔、位移传感器和输送管组成。

其中，压裂套管主体后部连接感压腔前部，感压腔后部连接测压腔，压力活塞通过压力活塞定位件安装在感压腔，预紧弹簧位于压力活塞与压裂套管主体之间，预紧弹簧向压力活塞提供合适大小的预紧力，压力活塞可以沿压力活塞定位件的轴向产生移动，当其一端受到腔体内压力的推动便会挤压弹性元件，并使其产生微小位移，从而将压力信号转变为位移信号，通过测压腔内安装的位移传感器测量压力活塞另一端的位移，可以实时测量压力腔内的压力大小，从而实现测压功能。

压裂套管主体上开有若干压裂口，压裂喷嘴放入压裂口，通过限位螺钉对压裂喷嘴限位，建压块卡在压裂喷嘴底部，保证建压块将压裂喷嘴的喷气口堵住，当压裂喷嘴底部受到一定推力时，其整体沿轴向上移顶住井筒壁并与井筒壁紧密贴合，形成局部密封，建压块的压裂强度远远高于开采地层的页岩压裂强度。在压裂套管主体上内部为存放压力液的空腔，压裂套管主体外壁分别包覆有隔热层和线圈绕组，线圈中可接高频交流电，利用电磁感应加热原理，短时间内产生高温，加热压裂套管内的压力液，压裂套管腔内压力随之升高，推动压裂喷嘴顶住井筒壁，建压块在未达到“闪爆”压力之前将压裂喷嘴堵住，使压裂套管腔内可以快速建立起很高压力，当达到“闪爆”压力后，高温高压水蒸气压裂建压块，水蒸气携带一定量的支撑剂在瞬间定点、定向从压裂口喷射，压裂套管和岩层形成射孔。输送管与测压腔或感压腔连接，输送管将整套装置输送到水平井筒的需要爆裂的位置。