爆燃压裂技术介绍

爆燃压裂技术介绍-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII爆燃压裂技术介绍目录1、爆燃压裂技术研究及应用现状 (3)2、爆燃压裂增产机理 (9)3、产品规格及技术参数 (14)4、爆燃压裂设计 (15)5、爆燃压裂施工作业程序（以LF13-1油田6井为例） (21)6、爆燃压裂联作技术 (25)7、爆燃压裂测试 (28)8、海上爆燃压裂酸化联作技术 (31)1、爆燃压裂技术研究及应用现状爆燃压裂技术也称为气动力造缝、气动力脉冲压裂、热化学处理、推进剂压裂等。

它是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体，使油气水井增产增注的新技术。

它形成的缝长可达到5~8m，并顺着射孔孔眼随机形成3~8条裂缝。

它起源于19世纪60年代，向水井中开枪产生振动可以增加水量，但由于炸药的燃烧速度过快(以km/s计)，破坏井身结构，岩石破碎带半径不大，且会在破碎带之外，形成压实带，增产效果不显著，所以逐渐被淘汰。

在当代，把推进剂用于油气井增加产量，美国约起源于20世纪70年代，这一时期主要是在研究岩石力学，提出气驱裂缝是岩石力学的重要基础。

进入20世纪80年代，美国开展把推进剂用于在压裂油气井进行增产的研究，还对各种推进剂的压裂性能进行了研究，在前苏联把这项技术称为热气化学处理，在美国也叫做脉冲压裂、多裂缝压裂。

表1-1是1980年美国人Schmidt在内华达核试验基地坑道内针对水平套管井所做的试验结果。

试验结果和理论计算都证明，裂缝的条数取决于井筒内的升压速率。

爆燃压裂在油层中造成的是多条径向缝。

表1-1 压力特性与裂缝性质实验名称峰压(MPa)升压速率(MPa/ms)脉冲时间(ms)裂缝性质GF1 13 0.6 900GF2 95 140 9GF3 >～200 >10,000 ～1安近代化学所在国内开展爆燃压裂的研究与推广以来，最初将之统称为爆燃压裂技术，国内爆燃压裂技术经过近三十年的研究与推广，已经发展为一项基本成熟的、在各油田应用中取得了良好经济效益的、正在向综合性压裂发展的油气层改造增产新技术。

爆燃压裂已经发展有有壳弹，无壳弹，液体药，可控脉冲等新技术，其中无壳弹爆燃压裂技术在全国各油田均得到了推广应用。

近年爆燃与射孔，水力压裂，酸化等联作技术，在各个油田都得到了较普遍的推广。

在火药应用方面，也由最初的炸药发展为单基药（主要成分为硝化纤维素、安定剂、缓燃剂）、双基药（硝化纤维素、硝化甘油、安定剂、增塑剂）、三基药（基础上在加入固体含能材料，如黑索金），这些火药在成分上也添加了部分炸药成分，并且存在燃速、火药力和温度等方面受限范围，近十年来，由于我国航天技术的发展，需要寻求一种更大爆燃气体推力、更耐高温的高能燃料，复合推进剂因此孕育而生，随后在国内开始采用复合推进剂进行爆燃压裂，在名称称谓上也多称之为“爆燃压裂”，它属于爆燃压裂的一个分支，在爆燃压裂常规复合推进剂基础上，还发展了多脉冲复合推进剂，可通过火药控制，达到多次起爆效果，单次起爆火药用量更少，具有更安全、效果更佳的特点。

此外总装药量大，但是多脉冲中每个脉冲药量少，对套管损伤更小；对储层产生机械振动次数增加，可以冲刷射孔压实污染物。

在使用上可放置于射孔枪外部，与射孔进行联作，称之为袖套式射孔技术，克服了常规外套式复合射孔，用量少、容易炸枪等缺点。

在未来，该项技术还在不断的发展创新，从火药来说，火药量越来越多，燃烧速度越来越慢；从应用范围来说，从直井发展为水平井，从油井到注水井，再到气井，目前也在浅层气井中应用；此外也和其它技术不断复合，例如与水力压裂技术复合、与酸化技术复合、与射孔技术复合；此外从井筒也逐渐扩展到地层中，发展为爆燃压裂的另一个分支“层内爆炸”技术。

（1）爆燃压裂技术普遍应用效果情况爆燃压裂起初应用于美国、俄罗斯和中国，现在应用的地域逐步扩大，以俄罗斯为中心，扩大到土库曼、越南、乌克兰、乌兹别克斯坦、哈萨克斯等；以美国为中心，扩大到加拿大、委内瑞拉，爆燃压裂技术在国内大庆、长庆、胜利、辽河、大港、吉林、中原、青海、吐哈、塔里木、塔河、新疆、江苏、普光、南海东部等油田上万口井中进行了应用。

例如近三年，该技术已在长庆油田、延长油田、吉林油田服务1000余井次，取得了明显的效果，应用有效率达到80%。

部分井应用情况如表1-2所示。

表1-2扶余采油厂老油井施工效果日，在南海东部LF13-1油田26H井进行首次爆燃压裂作业； 2015年4月28日-29日，LF13-1油田6井再次进行爆燃压裂作业。

这两口井作业情况，如表1-3所示。

特别是LF13-1油田6井，作业后，产油量为原产油量约3倍，含水保持不变，作为低渗油井一跃成为陆丰油田产量最高的生产井。

表1-3 爆燃压裂酸化技术在南海东部油田应用情况（截至15年6月底）（2）近水储层改造爆燃压裂应用情况例如，长庆底水油层油藏具有边底水活跃，天然能量充足，且以弹性水驱为主的特点，之前采取的措施手段有：深穿透负压射孔、挤活性水解堵、小型水力压裂和酸化等，这些工艺虽然在一定程度上解决了底水油藏的投产和增产问题，但存在一定的局限性，2000年5月，对吴起油田20口底水油帽油层油井进行爆燃压裂试验，施工成功率100%，并在胜利山、寨子河、铁边城、长官庙等油区推广，截止2008年底累计施工1238井次，措施增油占总日产量的52.4%，工艺成功率95%，2009年在长庆油田的Y8，长3，长2，长9层底水油藏（油藏埋深1700-2900m，储层上部为油藏，中间为油水层，底部位水层，仅有少部分在油层底部有0.5m左右的粉、细砂岩或低渗致密砂岩，对水力压裂无法形成有效的遮挡），共实施爆燃32井次，其中探井12井次，生产井20井次，最高产液53.29方/日，最高产油量14.3方/日，控制底水有效率81.25%，见效率93.75%。

控制底水措施情况如表1-4所示，爆燃压裂在陇东地区的底水油藏进行了14口井的应用试验，除过一口扩边井（城47-8井）和两口井的产层为含油水层以外，其余11口井，爆燃压裂平均试油日产油22.07t/d，产水0m3/d；试采平均日产液15.44m3/d，日产油11.84t/d，含水11.3，有效率达78.6%，与临井对比，爆燃压裂改造井的试采产量较负压射孔投产井平均日增原油4.05t，提高38.1%。

在油层条件相近条件下，梁18井经爆燃压裂后日产油13.2t，较水力压裂的梁19井日产油提高2.35t，含水低9.8%。

同时爆燃压裂对底水油藏的薄层改造效果也是明显的。

如元西7-2井，油水层2.8m，改造后初产油2.32t/d，含水35.7%，而其邻井的元西7-3井和元西7-5井分别经压裂和负压射孔投产、试油、试采产油量均为零，含水100%。

表1-4 陇东地区的底水油藏爆燃压裂施工情况（3）深井中爆燃压裂应用情况如表1-5所示，爆燃压裂技术曾在500~6000m 井深中应用，例如塔里木的QL-101井，实施层位5669.5~5672.5m，5.5″套管5141.25-5727.71m，实测地层压力系数为0.94，射孔时的压井液为清水，比重为1.02g/cm3。

该井油层上下均有水层，油层上部水层离油层顶部只有2.5m，底部水层离油层底部只有17.5m。

进行爆燃压裂之前，该井曾进行过两次射孔。

第一次，采用102枪射孔再配合酸化，作业后日产油为0.27m3/d，措施作业后，主要出水；第二次，对出水层进行封堵后，采用102枪进行超深穿透补孔，作业后日产油0.5 m3/d。

进行爆燃压裂作业时，同时采用86枪再进行补孔，作业后日产油5.89 m3/d，不含水，措施作业显著，产油效果是前两次作业的12~22倍。

该井实施满足深井、近水两方面的条件。

表1-5 国内部分深井爆燃压裂实施情况（4）气井中爆燃压裂应用情况国内爆燃压裂在气井中应用井例较少，曾在吉林油田2000m左右气井、中原油田3000-3300m气井，川南油田1500~3800m中应用，部分井应用情况，如表1-6所示。

表1-6 国内部分气井爆燃压裂实施情况序号油田井号井段井别施工日期火药用量/kg爆燃前产量/m3/d爆燃后产量/m3/d1 川南合303827-38313139-3289气井1995-10 50 无显示10002 川南合253217-32203234-3238气井1996-12 70 无显示120003 川西南威922964-3010气井1997-9 100 无产量90004 川西南威1112483-2900气井1995-1 60 1200 20005 川西南清1井3239-33123238-3296气井1997-24860170 122116川西南威2 2842-2980气井1996-8 94.6 无气3000 2、爆燃压裂增产机理（1）增产机理爆燃压裂是采用特制火药在井筒中燃烧产生的动态高压气体对地层进行压裂，动态压力的形成过程依靠特殊设计的点火方式、装药结构和火药的增面燃烧机理，在井筒中形成的压力相比水力压裂具有压力上升速度快、压力峰值高的特点，该压力作用于地层会在井筒附近地层形成不受第应力影响的辐射状多条主裂缝，并穿透近井堵塞污染与原始地层沟通，形成沿井筒周向的多裂缝油流通道，解除堵塞污染，实现增产的目的。

（2）爆燃压裂燃烧原理及与爆炸区别爆燃压裂p-t曲线图爆燃压裂是利用火药或火箭推进剂在储层部位燃烧产生的高温高压气体压出多条径向裂缝以取得增产、增注的方法。

在表述燃烧过程，首先阐述一下燃烧和爆炸两者的概念。

燃烧：可燃物（燃烧剂）与助燃物（氧化剂）发生的剧烈的一种发光、发热的氧化反应。

爆炸：某一物质系统在有限空间和极短时间内，迅速释放大量能量或能量急剧转化的物理、化学过程。

物理爆炸、核爆炸、化学爆炸。

爆燃压裂是火药的燃烧，是平缓的压力脉冲波，燃烧时间是几百毫秒级，燃烧速度受环境温度、压力影响。

而常规的爆炸是尖脉冲波，作用时间是毫秒级甚至更快，且作用速度与环境无关。

例如常规的射孔弹，如RDX-黑索金；HMX-奥克托金；HNS-六硝基二苯基乙烯；TACOT-塔柯特；HNDS-六硝基二苯砜都是爆炸机理。

而爆燃压裂所采用的火药，如下：单基药-硝化纤维素、安定剂、缓燃剂；双基药-硝化纤维素、硝化甘油、安定剂、增塑剂；三基药-基础上在加入固体含能材料，如黑索金；复合推进剂-高分子粘合剂、固体粉末氧化剂（高氯酸盐、硝酸盐）、粉末金属燃料、聚硫橡胶、聚胺酯等。

则是爆燃原理。

（3）爆燃压裂主要作用主要包括机械作用、水力振荡、高温热和化学作用四项。

①机械作用（造缝）：裂缝不都是垂直于最小主应力方向，裂缝面上切应力不为0，裂缝两侧产生相对移动，再加上岩石剥落颗粒的支撑，一旦裂开就会不会完全闭合。