第四讲 油气井燃烧爆破

油气井燃烧爆破一、油气井井身结构及爆破特点二、聚能射孔井下施工爆破方法三、油气井压裂方法山东大学工程力学系2014年济南市爆破作业人员培训一、油气井井身结构及爆破特点工程爆破在地震勘探、测井、射孔、完井、压裂增产改造、油气井整形修复等工程中具有不可替代、举足轻重的作用，特别是油气井射孔技术是关系到油气井产油、气多少的关键技术。1959年发现大庆油田以后，油气井燃烧爆破技术也随着众多油田的开发获得了迅速发展，规划建设了8个射孔弹生产厂和8个震源药柱生产厂，可以生产、供应品种比较齐全的油气井燃烧爆破用起爆器材、爆破器材和燃烧器材，我国科技人员已能很好地根据油田开发的需要，独立设计、自主实施聚能射孔技术、高能气体压裂技术、爆炸切割技术、套管爆炸整形、焊接技术、井壁取芯技术和桥塞药包施放技术等，较好地满足了陆地和海洋油田开发的需要。1.油气井燃烧爆破技术概况2.油气井井身结构一、油气井井身结构及爆破特点3.油气井爆破与一般工程爆破相比有以下特点：——外部环境复杂，作业安全性要求高：陆上油井周围有高压电网，有各种施工设备、机械和车辆，常常伴有感应电流和杂散电流等不安全因素；海上油井，还受到海洋气候的影响，安全性要求更高。——对爆破器材的耐温耐压性能有很高要求：油井井深大都在1000~4000m深处，井温很高，泥浆压力也很高，所以要求爆破器材有耐高温耐高压的性能。——爆破装置要有良好的密封性能：由于油井有油和水等液体，因此必须采用密封良好的爆破装置。——起爆技术必须安全可靠：除了常规的电起爆和导爆索起爆外，可应用安全雷管、撞击起爆、压差起爆、定时起爆等新技术。一、油气井井身结构及爆破特点二、聚能射孔井下施工技术将射孔器用专用仪器设备输送到井下预定深度，对准目的层引爆射孔器，穿透套管及水泥环，构成目的层至套管内连通孔道的一项工艺技术。用专用射孔器射穿套管及水泥环，并在岩体内产生孔道，建立地层与井筒之间的连通渠道，以促使储层流体进入井筒的工艺过程。什么是射孔？？？射孔技术二、聚能射孔井下施工技术套管射孔裸眼射孔为什么要射孔？？？油气生产酸压预处理穿孔、切割、二次固井二、聚能射孔井下施工技术聚能射孔原理装药带有锥形凹槽，爆炸后凹槽附近的爆轰产物飞散时将在装药轴线处汇聚，形成一股高温、高速、高密度的气流，这股气流作用在靶板上较小的区域内，形成较高的能量密度，致使炸坑较深。这种利用装药一端空穴以提高爆炸后的局部破坏作用的效应称为聚能效应。二、聚能射孔井下施工技术将火药充填至锥形金属弹体内，利用火药爆炸时具有方向性的特点，经金属锥斗的反射聚能作用，将火药瞬间爆炸能量转换成高温、高压、高速的爆轰金属粒子射能，可在瞬间穿透套管和水泥环。聚能射孔弹射孔弹壳起爆药主装药药型罩二、聚能射孔井下施工技术射孔枪用来装载射孔弹、导爆索、雷管与爆炸器材，使它们在井下不受钻井液压力的影响，实现聚能射孔的目的。有枪身射孔枪无枪身射孔枪有盲孔射孔枪无盲孔射孔枪可回收不可回收重复使用一次性使用二、聚能射孔井下施工技术起爆器起爆装置是在油管输送射孔中，在外界能量作用下，首先发生爆炸，用以起爆传爆管或导爆索的火工品组合件，有激发源、起爆器、特殊部件和连接件构成。二、聚能射孔井下施工技术射孔过程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术射孔对油气井产能的影响二、聚能射孔井下施工技术施工简便、速度快、周期短定位方便、准确能及时检查射孔弹发射情况电缆传输射孔优点

缺点正压污染储层一次作业射孔长度较短射孔后易发生井喷不适于斜井、水平井和高压油气井二、聚能射孔井下施工技术射孔弹受高温影响时间长无法及时检验射孔发射率油管传输射孔优点

缺点可实现负压射孔一次射开较长井段与地层测试器联作1.爆炸压裂法：把炸药置于井筒中使之爆炸，利用爆轰压力和冲击波压力压裂油层的一种方法。三、油气井压裂方法特点：在井筒周围形成一破碎层，裂缝短2.水力压裂法：用压裂车对压裂段输入强大的压力，将岩石压开形成两条很长的裂缝。三、油气井压裂方法特点：裂缝长，曾产幅度大；施工时间长、成本高油气层水力压裂示意图S1S2S3S4压裂压裂3.高能气体压裂技术定义这是利用内装发射药或火箭推进剂的特殊装药结构，在油气井中按一定规律燃烧爆炸压裂油气层，使油气井增产的方法。三、油气井压裂方法三、油气井压裂方法①三种压裂力方法的压力时间关系压裂方法缝值压力（MPa）升压时间（s）加载速度（MPa/s)总过程

(s)爆炸压裂10410-7106~10710-6高能气体压裂10210-3103~104101水力压裂10110210-1~10-2104三、油气井压裂方法三种压裂方法的p-t过程高能气体压裂的过程是一种剧烈的化学反应过程，是火药或推进剂的燃烧或爆燃反应过程，在几毫秒或几百毫秒内就能完成。所以不同于水力压裂压裂，也不同于井筒爆炸压裂(在几微秒内完)。因此能在地层中形成多条随机裂缝而又不伤害井筒或套管。

2)不论哪种类型的高能气体压裂，均有成本低廉、工艺简便、动用设备少、对施工场地无特别要求、工艺时间短、增产增注效果好、经济效益好、对油层伤害小、对环境无污染等优点，因此具有广泛的应用前景。三、油气井压裂方法1）增产原理（1）气体发生器内的发射药和固体推进剂被点火后，在几个毫秒内迅速爆燃，并产生压力近100MPa、温度为2500℃(很快下降)的高速气流，使井壁地层产生多条径向裂缝，其中长裂缝的长度为井径的50~100倍或200倍。裂缝中的一条或几条可能和垂直于最小主应力的油层天然裂缝相沟．达就大大改善了油层的渗流能力，因此增产作用是明显的，而水力压裂产生的一条裂缝却与天然裂缝走向一致、不会沟通。②高能气体压裂的增产机理三、油气井压裂方法（2）由于高能气体压裂形成的多条径向裂缝(2~5条)的方向是随机的，基本上都不垂直于最小主应力方向。根据岩石的力学规律，岩石破裂时，裂缝的方向总是垂直于最小主应力轴。这样，在地居岩石的应力控制下，就会对高能气体压裂产生的随机裂缝造成剪切、错动效应，使两缝面产生错动位移，两个缝面上凹凸处相互交错，形成不会闭合的自行支撑的裂缝。三、油气井压裂方法（3）高能气体压裂的高温、高压、高频冲击气流会使多条裂缝缝面处的岩石产生少量崩垮，剥落的碎屑，其硬度与岩石完全一致，它们也会变成自行支撑裂缝的支撑物。形成不可回复的残余变形裂缝，要满足右式：三、油气井压裂方法1）电缆起下，液柱压挡，地面引燃施工工艺用射孔电缆将气体发生器下到目的层段，采用液柱压挡，通过地面通电引