国外油气井_层内爆炸_增产技术概述及分析_李传乐
国外油气井“层内爆炸”增产技术概述及分析
李传乐 王安仕 李文魁
(西安石油学院高能气体压裂中心,陕西西安 710065)
液体药用于油气井增产技术时,其组分是NH4NO3(氧化剂)、甘油(燃烧剂)、水(溶剂)。由于其自身燃烧特性,如果先经雾化过程后再燃烧,相对于固体药燃烧缓慢,燃烧过程持续时间长,可以加大药量,提高压裂效果。固体发射药,国内一次施工最多装填100kg,需采用分段延迟燃烧,最高压力100MPa,压力持续时间最长只能达1s,裂缝长度为2～8m;而液体药却能装填500～1000kg,最高压力60MPa,压力持续时间可达40s左右;液体药压裂的裂缝长度可达25～50m。由于液体药压裂裂缝长度大,油气增产效果显著。
根据原苏联专家实验室试验,以上组分的液体药在直径小于14mm的孔眼中不能持续燃烧。由于我国现时使用的射孔弹在套管上的射孔孔径都小于14mm,因此该液体药不能通过射孔孔眼在地层裂缝中燃烧。尽管形成的裂缝为对开的2条垂直裂缝,长度较长(25～50m),但地质效果仍受到一定影响。
如果研究一种敏感液体药,使其通过射孔孔眼压入地层裂缝,如天然裂缝和水力压裂形成的裂缝,可以通过射孔孔眼连续燃烧爆炸,即在地层裂缝中燃烧爆炸,爆炸形成的压力在水力压裂形成的垂直裂缝上压成多条水平裂缝,将极大地增加地层的导流能力。
一、应用基本情况
液体药在地层裂缝中燃烧爆炸技术最早始于1946年,是美国用硝化甘油进行的,药量9t,但由于提前引爆,未获增产。之后,在洛克斯芳林格斯油页岩油田找到了可注入液态炸药的地层,在其中注入了5t硝化甘油,爆炸后油井产量增加了8倍。
在20世纪70年代,有人用硝基甲烷作为主要成分(60%～80%),加入TNT、RDX、硝化纤维素等辅料做液体药,挤入地层,在层内燃烧爆炸。在1口油层深约731.5m的停产井,注入1814kg上述液体药,在层中爆炸后产量约提高10倍。另1口井,深1219m,该井注入上述配方炸药272kg,计算表明约80%的炸药被挤入地层,爆炸后,产量由0.2t/d升至6.40t/d。其它应用情况见下表。
美国和加拿大油田应用层内爆炸的结果表
工作地区油层岩性深度/m增产系数矿产类型路易斯安那州盘阿连得(美国)白垩3002.2油
阿尔伯达省浪路布斯太克(加拿大)海绿石18003.5气斯品塞尔福巴砂岩6407.0油阿尔伯达省加加里(加拿大)砂岩3006.0气俄岩俄州龙干(美国)致密砂岩6009.4气勘沙斯州拉依斯克(美国)石灰岩12001.5油俄岩俄州龙干(美国)砂岩8001.5～5.0气新墨西哥州龙考布斯(美国)石灰岩,白云岩12003.0～14.0气
由表可看出,层内爆炸使油井产量增加1.5～7.0倍,气井产量增加1.5～14倍。在开采砂岩储层的浅井中获得了较好的结果,证明层内爆炸在提高油井产量中具有较高效率。
二、原理研究
渗透性孔隙介质裂缝尺寸与炸药充满程度相关。在孔隙孔道平均水力半径为2.2～2.9μm时,以硝化甲烷为基础的炸药,在孔隙度为28%及以上时能稳定引爆;若孔道半径减到1.3μm,则爆炸逐渐熄灭。以硝化甘油及其衍生物MG-E GDN及EL-389 -B为主的炸药在砂岩的孔隙被吸收(可达岩石体积的11%～13%),以3～5km/s的速度稳定起爆。
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石油钻采工艺 2001年(第23卷)第5期DOI:10.13639/j.od pt.2001.06.023
此时,在孔隙介质中,压力上升到104MPa,促使其强烈破坏;即使在吸收8.2%的情况下,此类炸药仍能稳定起爆。硝化甘油炸药能有效地在0.8mm的裂缝内起爆,并进一步在较大的空间内发展。模型的成功研究,给予工业性试验以新的推进。
三、配方
1.硝化甘油(丙三醇三硝酸酯) 外观为无色或淡黄色液体,本身是一种猛炸药。感度极大,冲击感度2kg,落锤在10次试验中至少有1次爆炸的最低高度为15cm,摩擦感度100%。因为感度大,运输困难,难于形成商品,之后发现能用硝化棉吸收,才广泛地用于发射药推进剂胶质炸药。硝化甘油用于油井爆炸压裂,由于运输危险,几乎不可能推广。
2.硝化甘油基液体炸药 是一种用硝化甘油、二硝基甲苯、TNT和降低冲击感度添加剂组成的混合炸药EL-389-B。美国科学家用此炸药在聚甲基丙烯酸酯模型上进行的试验表明,充满炸药裂缝的大小和形状影响爆速和爆炸效率。例如:在0.6×0.8m的直角模型中,平均爆速为5.3km/s,而在0.3×2.4m的模型中,则为1.55km/s。将裂缝改变为三角形爆速降低了8.5%。
3.水基的稠化液化炸药 文献[13]提出了水基的悬浮的粒状硝基化合物稠化的液态爆炸混合物,如环三甲基四硝酸酯,环甲基四硝酸酯。炸药颗粒小于0.8mm,以便进入地层裂缝,悬浮炸药占液体重量的25%～75%。
4.硝基烷烃基液体炸药 即在硝基烷烃化合物中溶解一定量高性能炸药,以便使直径敏感程度降低,置于地层裂隙中时,能在其中传播爆炸。推荐加入足量的TNT或当量的有机硝基化合物,以确信炸药是雷管不敏感的,能可靠地引爆;可加入研细的金属,以增加炸药的猛度。最好能加入稠化剂以保持未溶的固体处于稳定、均匀的悬浮状态。
用作溶剂的硝基烷烃化合物,特别是硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷或它们的混合物,都是爆炸性的,不易为井内液体溶解或降低其敏感度。
四、下井工艺过程
上述液态炸药组成的一个优点是硝基甲烷或其它硝基烷烃溶剂能使这些成分独立于油、水、酸类油井液体。而这些液体对多数含硝酸铵的液态炸药有副作用。可是,如上所述,当穿过井筒液体而下入井中时,液态炸药与井筒液体相混合形成珠滴,在井筒内不能形成连续相的炸药,这可能是油井压裂时引爆失败或不可靠的原因之一。因此,液态炸药通过注入管线注入到承压地层附近一段,防止了下入井筒的过程中液态炸药与油井液体接触和混合。
1.井口配料 在井附近设有1个大槽,槽下有2个接口,1个与井口油管相连,1个与泵相连。从槽上端口注入液体药各组分,搅拌均匀后备用。
2.原料进井 先在井口油管部位放1个橡胶胶塞,再将井口油管上端面与大槽注水管线相连,从大槽另一个管线加压,此时,液体药组分顺油管下降,
液体药泵入油管后,再从井口泵入顶替液,使液体药完全进入油层部位。此时距井口100～500m的部位,在油管和套管的环套上坐封,在井口通过油管加压,根据油管泵入液的多少,可知有多少液体药进入地层,待油井液体平衡后,在油层部位进行引燃引爆。
五、分析与展望
20世纪70年代以后,液体药在缝中爆炸燃烧未能得到很快的发展,其原因可能是所用硝化甘油感度过大,在没有发现硝化棉吸收硝化甘油形成一种稳定的火炸药前,单独的硝化甘油几乎不能运输和使用。以后,所使用的以硝基甲烷为基的液体炸药,虽然有增产的井例,但一是价格昂贵,二是加入固体添加剂、稠化剂后,粘度加大,往井内泵送比较困难,所以没有得到更广泛的推广。
随着科技的发展和人们认识水平的提高,国内外专家又提出了一些层内爆炸燃烧的新设想,尽管用于现场试验还没有提到“议事日程上来”,但基本原理和小型模拟试验是可行的。相信在不久的将来,液体药在层内爆炸一定会得到实质性的突破。
参 考 文 献
1 美国专利No.3747679(1973)
2 美国专利No.3797570(1974)
3 法国专利No.2163812(1973)
4 美国专利No.3561532(1971)
5 美国专利No.3630279(1971)
6 美国专利No.3602309(1971)
7 美国专利No.3659652(1972)
8 美国专利No.3690379(1972)
9 美国专利No.3771600(1973)
10 美国专利No.4038112(1977)
11 美国专利No.399609(1976)
12 美国专利No.4039030(1977)
13 大不列颠专利No.1286646(1972)
(收稿日期 2001-04-13)
〔编辑 郑秀娟〕
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