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國外低滲透油藏開發(fā)---層內(nèi)爆炸增產(chǎn)技術(shù)

[加入收藏][字號: ] [時間:2009-04-14 振威石油網(wǎng) 關(guān)注度:0]
摘要:  中科院力學(xué)研究所專家丁雁生等人于2001年在“石油勘探與開發(fā)”雜志上發(fā)表了一篇題為“低滲透油氣田層內(nèi)爆炸增產(chǎn)技術(shù)研究”的文章,提出了一種全新的壓裂概念:利用水力壓裂技術(shù)將適當(dāng)?shù)谋ㄋ帀喝霂r石裂縫,點(diǎn)燃那里的爆燃藥,從而在主裂縫周圍產(chǎn)生大...
  中科院力學(xué)研究所專家丁雁生等人于2001年在“石油勘探與開發(fā)”雜志上發(fā)表了一篇題為“低滲透油氣田層內(nèi)爆炸增產(chǎn)技術(shù)研究”的文章,提出了一種全新的壓裂概念:利用水力壓裂技術(shù)將適當(dāng)?shù)谋ㄋ帀喝霂r石裂縫,點(diǎn)燃那里的爆燃藥,從而在主裂縫周圍產(chǎn)生大量裂縫,達(dá)到提高地層滲透率的目的。這項技術(shù)如能成功,對提高低滲透油田的產(chǎn)量和采收率將有重大意義。

  深部地層造縫的特征是壓力高、能量大、加載空間狹窄,同時,力學(xué)原理是再大的靜水壓力也不能壓裂巖石,只有偏應(yīng)力足夠大才能壓裂巖石。水力壓裂技術(shù)滿足這些特征,爆破工程經(jīng)驗表明,炸藥爆炸也能滿足這些基本特征。

  炸藥釋放能量有三種形式:爆轟、爆燃和燃燒,前兩種統(tǒng)稱為爆炸。爆炸時每千克炸藥可瞬間釋放約5×106 J 能量,使它有能力在狹窄環(huán)境做功。水力壓裂時的注入壓力一般為50-100MPa(比相應(yīng)深度巖層的平均靜水壓力要高一定值),其造縫功率約為1×106-1×107  W 。炸藥爆轟的壓力峰值高達(dá)10 GPa量級,功率約為1×10 11W;爆燃壓力可控制在10-100MPa量級,功率約為1×10 7-1×10 10W。據(jù)此估計,炸藥爆轟、爆燃的壓力和功率高于或相當(dāng)于水力壓裂時的注液壓力和功率。

  通常認(rèn)為地層深部水力壓裂形成的縫寬約2-3mm,裂縫容積約2-3 L/m2,可注入約2-3kg炸藥。爆破工程中爆轟破碎單位體積巖石的耗藥量約1 kg/m3,按此估計,“層內(nèi)爆炸”在爆轟時可破碎約2-3m3巖石,耗藥量顯著低于核爆法。由于爆轟壓力上升太快且遠(yuǎn)大于巖石強(qiáng)度,可能使巖石產(chǎn)生密實圈(即應(yīng)力籠),而爆燃壓力即大于巖石強(qiáng)度,壓力上升快慢又適度,因此選擇爆燃作為“層內(nèi)爆炸”炸藥釋放能量的主要形式較為合適。用爆燃形式進(jìn)行層內(nèi)爆炸,只會在巖石中造成多條分支裂縫,且分支裂縫向主裂縫兩側(cè)延伸的長度大于2m,如果巖石破碎新增表面耗能大體為常數(shù),則巖層開裂體積至少會大于2m3。

  高能氣體壓裂的經(jīng)驗表明:井筒內(nèi)瞬態(tài)壓力不超過100MPa時不會損壞井筒;同時,造成剪切裂縫兩側(cè)巖石有不可恢復(fù)的錯動,壓裂縫內(nèi)因存在巖屑而有自支撐效應(yīng)。根據(jù)這些經(jīng)驗,“層內(nèi)爆炸”要把井筒瞬態(tài)壓力控制在100MPa量級,并且可以依靠自支撐效應(yīng)維持油層的滲透能力。

  層內(nèi)爆炸技術(shù)從原理上可行,但能否實現(xiàn),存在三方面技術(shù)問題: (1)藥品能否壓入含油氣巖層的裂縫中; (2)壓入裂縫后能否發(fā)生爆炸; (3)爆炸后對巖石產(chǎn)生怎樣的效果?偨Y(jié)成理論問題即:(1)含顆粒黏性流體在狹縫中的運(yùn)動;(2)爆炸藥在狹縫中的爆炸;(3)巖石的強(qiáng)動載破碎和滲流強(qiáng)化。目前看來,關(guān)鍵問題是爆燃藥在狹縫中的爆炸和爆炸后對巖石產(chǎn)生的效果。

  目前,小尺度模擬實驗已取得了成功。實驗結(jié)果表明,層內(nèi)爆炸通過熱傳導(dǎo)實現(xiàn)點(diǎn)火并傳爆,爆燃的過程緩慢。通過模擬實驗,至少找到了一組層內(nèi)爆炸用特種火藥基本配方:在200mm和1000mm尺度上實現(xiàn)了特種火藥的擠注、點(diǎn)火和爆燃的基本過程,其峰值壓力在1OOMPa左右。該特種火藥的經(jīng)濟(jì)、安全可達(dá)到生產(chǎn)要求,從而證實層內(nèi)爆炸原理基本可行。產(chǎn)出液后處理安全性問題也得到了解決。

  層內(nèi)爆炸增產(chǎn)技術(shù)是一項具有戰(zhàn)略性、前瞻性的創(chuàng)新技術(shù),要將該技術(shù)實際應(yīng)用于低滲透油田,今后主要有以下四方面工作: (1)實驗室放大試驗與相關(guān)理論研究;(2)安全技術(shù)研究;(3)現(xiàn)場試驗用工藝設(shè)備研究;(4)現(xiàn)場井下試驗。
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