[发明专利]一种可控冲击波与气体压裂联合致裂增产装置及方法

说明书

一种可控冲击波与气体压裂联合致裂增产装置及方法，装置包括注气管、空压机、致裂室、冲击波发生器及封隔器，注气管上设有压力传感器、流量传感器和若干阀门，致裂室侧壁上设有致裂孔，冲击波发生器位于致裂孔所在处致裂室内部，封隔器位于致裂孔上下两侧的致裂室与钻孔内孔壁之间环向空间内。方法为：布孔；钻孔；将装配有冲击波发生器和封隔器的致裂室送入钻孔；向封隔器的环向封隔气囊内充气，由膨胀的环向封隔气囊完成封隔；向冲击波发生器加载脉冲高电压大电流产生可控冲击波，由可控冲击波反复作用矿体或储层岩体；向环向封隔段内加载高压气体，进一步致裂矿体或储层岩体以扩展裂缝；废气回收并卸压；环向封隔气囊排气完成解封。

技术领域

本发明属于露天矿和油气开采技术领域，特别是涉及一种可控冲击波与气体压裂联合致裂增产装置及方法。

背景技术

露天采矿是一个移走矿体上的覆盖物以得到所需矿物的过程，一般包括剥离、爆破、采装等作业流程，爆破过程是影响矿体开采的质量、安全及经济效益的关键环节。传统的爆破方式是利用炸药在钻孔中爆炸所产生的爆生气体达到致裂岩石的目的，但传统爆破方式存在诸多安全隐患，炸药在存储、运输过程中易造成安全事故，炸药在使用时会引起较大的空气冲击波，不仅会带来噪声、环境污染，而且较大的地震波还会影响边坡稳定，进而带来了严重的次生灾害。另外，在露天煤矿开采的爆破过程中高温爆生气体极易损耗钻孔内的煤体，造成了大量的资源浪费。

另外，煤层气、页岩气、页岩油等非常规油气开采已经成为全球焦点，非常规油气开采往往需要对油气储层进行压裂改造，并形成复杂的裂隙网络，用以提高渗透率，进而提高油气产量。目前，非常规油气储层改造方式主要包括静力学方式和动力学方式。其中，水力压裂为代表的静力学方式已经在储层改造方面取得了一定成效，但是，水力压裂在压裂过程中会使储层中的黏土矿物膨胀，堵塞运移通道，降低孔隙度和渗透性，反而会导致油气产量降低。此外，水力压裂会浪费大量水资源，从而成本较高，同时压裂液还会污染地层环境。随着开采深度的增加，水力压裂等静力学压裂技术存在效果差、裂缝网络单一、产量较低的缺点。再有，以高能气体压裂、深孔预裂爆破为代表的动力学方式在储层改造方面的效果较为明显，但是，由于需要采用雷管炸药的起爆方式，存在整体性、单次作用于储层的特点，若要提高单次和整体作用效果，需增大冲击波力度，将对将对井孔结构的强度产生不利影响，同时危险性较大且压力不可控。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可控冲击波与气体压裂联合致裂增产装置及方法，将可控冲击波技术与气体压裂技术相结合，应用于露天矿开采和非常规油气储层压裂中，解决了传统炸药爆破技术和深孔预裂爆破存在的危险性大、压力不可控、爆破效果差等技术问题，同时解决了水力压裂储层压裂存在的水锁效应、成本高、污染环境等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可控冲击波与气体压裂联合致裂增产装置，包括注气管、空压机、致裂室、冲击波发生器及封隔器；所述空压机位于钻孔外部，所述致裂室位于钻孔内部；在所述致裂室的侧壁上开设有致裂孔，致裂室内腔通过致裂孔与钻孔相连通；所述冲击波发生器设置在致裂孔所在位置处的致裂室内部；所述封隔器设置在致裂孔上下两侧的致裂室与钻孔内孔壁之间的环向空间内；所述空压机与注气管一端相连通，注气管另一端分两路输出，第一路与致裂室内腔相连通，第二路与封隔器相连通。

所述致裂室可采用单级结构或多级串联结构；当所述致裂室采用单级结构时，致裂室的上下两端筒口分别通过顶部堵头和底部堵头进行封堵；当所述致裂室采用多级串联结构时，上数第一级致裂室的上端筒口通过顶部堵头进行封堵，相邻致裂室之间通过螺接方式进行串联连接，下数第一级致裂室的下端筒口通过底部堵头进行封堵。