第四講 油氣井燃燒爆破

油氣井燃燒爆破一、油氣井井身結(jié)構(gòu)及爆破特點(diǎn)二、聚能射孔井下施工爆破方法三、油氣井壓裂方法山東大學(xué)工程力學(xué)系2014年濟(jì)南市爆破作業(yè)人員培訓(xùn)一、油氣井井身結(jié)構(gòu)及爆破特點(diǎn)工程爆破在地震勘探、測井、射孔、完井、壓裂增產(chǎn)改造、油氣井整形修復(fù)等工程中具有不可替代、舉足輕重的作用，特別是油氣井射孔技術(shù)是關(guān)系到油氣井產(chǎn)油、氣多少的關(guān)鍵技術(shù)。1959年發(fā)現(xiàn)大慶油田以后，油氣井燃燒爆破技術(shù)也隨著眾多油田的開發(fā)獲得了迅速發(fā)展，規(guī)劃建設(shè)了8個(gè)射孔彈生產(chǎn)廠和8個(gè)震源藥柱生產(chǎn)廠，可以生產(chǎn)、供應(yīng)品種比較齊全的油氣井燃燒爆破用起爆器材、爆破器材和燃燒器材，我國科技人員已能很好地根據(jù)油田開發(fā)的需要，獨(dú)立設(shè)計(jì)、自主實(shí)施聚能射孔技術(shù)、高能氣體壓裂技術(shù)、爆炸切割技術(shù)、套管爆炸整形、焊接技術(shù)、井壁取芯技術(shù)和橋塞藥包施放技術(shù)等，較好地滿足了陸地和海洋油田開發(fā)的需要。1.油氣井燃燒爆破技術(shù)概況2.油氣井井身結(jié)構(gòu)一、油氣井井身結(jié)構(gòu)及爆破特點(diǎn)3.油氣井爆破與一般工程爆破相比有以下特點(diǎn)：——外部環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)安全性要求高：陸上油井周圍有高壓電網(wǎng)，有各種施工設(shè)備、機(jī)械和車輛，常常伴有感應(yīng)電流和雜散電流等不安全因素；海上油井，還受到海洋氣候的影響，安全性要求更高?！獙Ρ破鞑牡哪蜏啬蛪盒阅苡泻芨咭螅河途畲蠖荚?000~4000m深處，井溫很高，泥漿壓力也很高，所以要求爆破器材有耐高溫耐高壓的性能?！蒲b置要有良好的密封性能：由于油井有油和水等液體，因此必須采用密封良好的爆破裝置?！鸨夹g(shù)必須安全可靠：除了常規(guī)的電起爆和導(dǎo)爆索起爆外，可應(yīng)用安全雷管、撞擊起爆、壓差起爆、定時(shí)起爆等新技術(shù)。一、油氣井井身結(jié)構(gòu)及爆破特點(diǎn)二、聚能射孔井下施工技術(shù)將射孔器用專用儀器設(shè)備輸送到井下預(yù)定深度，對準(zhǔn)目的層引爆射孔器，穿透套管及水泥環(huán)，構(gòu)成目的層至套管內(nèi)連通孔道的一項(xiàng)工藝技術(shù)。用專用射孔器射穿套管及水泥環(huán)，并在巖體內(nèi)產(chǎn)生孔道，建立地層與井筒之間的連通渠道，以促使儲層流體進(jìn)入井筒的工藝過程。什么是射孔？？？射孔技術(shù)二、聚能射孔井下施工技術(shù)套管射孔裸眼射孔為什么要射孔？？？油氣生產(chǎn)酸壓預(yù)處理穿孔、切割、二次固井二、聚能射孔井下施工技術(shù)聚能射孔原理裝藥帶有錐形凹槽，爆炸后凹槽附近的爆轟產(chǎn)物飛散時(shí)將在裝藥軸線處匯聚，形成一股高溫、高速、高密度的氣流，這股氣流作用在靶板上較小的區(qū)域內(nèi)，形成較高的能量密度，致使炸坑較深。這種利用裝藥一端空穴以提高爆炸后的局部破壞作用的效應(yīng)稱為聚能效應(yīng)。二、聚能射孔井下施工技術(shù)將火藥充填至錐形金屬彈體內(nèi)，利用火藥爆炸時(shí)具有方向性的特點(diǎn)，經(jīng)金屬錐斗的反射聚能作用，將火藥瞬間爆炸能量轉(zhuǎn)換成高溫、高壓、高速的爆轟金屬粒子射能，可在瞬間穿透套管和水泥環(huán)。聚能射孔彈射孔彈殼起爆藥主裝藥藥型罩二、聚能射孔井下施工技術(shù)射孔槍用來裝載射孔彈、導(dǎo)爆索、雷管與爆炸器材，使它們在井下不受鉆井液壓力的影響，實(shí)現(xiàn)聚能射孔的目的。有槍身射孔槍無槍身射孔槍有盲孔射孔槍無盲孔射孔槍可回收不可回收重復(fù)使用一次性使用二、聚能射孔井下施工技術(shù)起爆器起爆裝置是在油管輸送射孔中，在外界能量作用下，首先發(fā)生爆炸，用以起爆傳爆管或?qū)П鞯幕鸸て方M合件，有激發(fā)源、起爆器、特殊部件和連接件構(gòu)成。二、聚能射孔井下施工技術(shù)射孔過程t=0t=6×10-6t=9×10-6t=1.1×10-5t=2×10-5二、聚能射孔井下施工技術(shù)射孔對油氣井產(chǎn)能的影響二、聚能射孔井下施工技術(shù)施工簡便、速度快、周期短定位方便、準(zhǔn)確能及時(shí)檢查射孔彈發(fā)射情況電纜傳輸射孔優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)正壓污染儲層一次作業(yè)射孔長度較短射孔后易發(fā)生井噴不適于斜井、水平井和高壓油氣井二、聚能射孔井下施工技術(shù)射孔彈受高溫影響時(shí)間長無法及時(shí)檢驗(yàn)射孔發(fā)射率油管傳輸射孔優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓射孔一次射開較長井段與地層測試器聯(lián)作1.爆炸壓裂法：把炸藥置于井筒中使之爆炸，利用爆轟壓力和沖擊波壓力壓裂油層的一種方法。三、油氣井壓裂方法特點(diǎn)：在井筒周圍形成一破碎層，裂縫短2.水力壓裂法：用壓裂車對壓裂段輸入強(qiáng)大的壓力，將巖石壓開形成兩條很長的裂縫。三、油氣井壓裂方法特點(diǎn)：裂縫長，曾產(chǎn)幅度大；施工時(shí)間長、成本高油氣層水力壓裂示意圖S1S2S3S4壓裂壓裂3.高能氣體壓裂技術(shù)定義這是利用內(nèi)裝發(fā)射藥或火箭推進(jìn)劑的特殊裝藥結(jié)構(gòu)，在油氣井中按一定規(guī)律燃燒爆炸壓裂油氣層，使油氣井增產(chǎn)的方法。三、油氣井壓裂方法三、油氣井壓裂方法①三種壓裂力方法的壓力時(shí)間關(guān)系壓裂方法縫值壓力（MPa）升壓時(shí)間（s）加載速度（MPa/s)總過程

(s)爆炸壓裂10410-7106~10710-6高能氣體壓裂10210-3103~104101水力壓裂10110210-1~10-2104三、油氣井壓裂方法三種壓裂方法的p-t過程高能氣體壓裂的過程是一種劇烈的化學(xué)反應(yīng)過程，是火藥或推進(jìn)劑的燃燒或爆燃反應(yīng)過程，在幾毫秒或幾百毫秒內(nèi)就能完成。所以不同于水力壓裂壓裂，也不同于井筒爆炸壓裂(在幾微秒內(nèi)完)。因此能在地層中形成多條隨機(jī)裂縫而又不傷害井筒或套管。

2)不論哪種類型的高能氣體壓裂，均有成本低廉、工藝簡便、動(dòng)用設(shè)備少、對施工場地?zé)o特別要求、工藝時(shí)間短、增產(chǎn)增注效果好、經(jīng)濟(jì)效益好、對油層傷害小、對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。三、油氣井壓裂方法1）增產(chǎn)原理（1）氣體發(fā)生器內(nèi)的發(fā)射藥和固體推進(jìn)劑被點(diǎn)火后，在幾個(gè)毫秒內(nèi)迅速爆燃，并產(chǎn)生壓力近100MPa、溫度為2500℃(很快下降)的高速氣流，使井壁地層產(chǎn)生多條徑向裂縫，其中長裂縫的長度為井徑的50~100倍或200倍。裂縫中的一條或幾條可能和垂直于最小主應(yīng)力的油層天然裂縫相溝．達(dá)就大大改善了油層的滲流能力，因此增產(chǎn)作用是明顯的，而水力壓裂產(chǎn)生的一條裂縫卻與天然裂縫走向一致、不會溝通。②高能氣體壓裂的增產(chǎn)機(jī)理三、油氣井壓裂方法（2）由于高能氣體壓裂形成的多條徑向裂縫(2~5條)的方向是隨機(jī)的，基本上都不垂直于最小主應(yīng)力方向。根據(jù)巖石的力學(xué)規(guī)律，巖石破裂時(shí)，裂縫的方向總是垂直于最小主應(yīng)力軸。這樣，在地居巖石的應(yīng)力控制下，就會對高能氣體壓裂產(chǎn)生的隨機(jī)裂縫造成剪切、錯(cuò)動(dòng)效應(yīng)，使兩縫面產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)位移，兩個(gè)縫面上凹凸處相互交錯(cuò)，形成不會閉合的自行支撐的裂縫。三、油氣井壓裂方法（3）高能氣體壓裂的高溫、高壓、高頻沖擊氣流會使多條裂縫縫面處的巖石產(chǎn)生少量崩垮，剝落的碎屑，其硬度與巖石完全一致，它們也會變成自行支撐裂縫的支撐物。形成不可回復(fù)的殘余變形裂縫，要滿足右式：三、油氣井壓裂方法1）電纜起下，液柱壓擋，地面引燃施工工藝用射孔電纜將氣體發(fā)生器下到目的層段，采用液柱壓擋，通過地面通電引