高压气体也能把地层劈开缝

2025-08-19 14:49:00

高能气体压裂是利用气体把地层压开,如何使气体产生使地层破裂的能量呢?高能气体压裂是利用火药或火箭推进剂在井筒中快速燃烧,产生大量的高温高压气体进入地层,从而压出裂缝,改善近井地带的储层渗流能力,实现提高油气井产量或注水井注入量的目的。

高能气体压裂起源于井筒大爆炸事故,20世纪70年代中期后,石油科学家研究了事故的机理和产生的后续影响,发明了高能气体压裂增产技术。

高能气体压裂与传统水力压裂有哪些区别呢?水力压裂是通过压裂车组从地面注入压裂液,在高于岩石破裂压力下,将地层压开而形成一条窄而长的裂缝,这种裂缝长度从几十米到上百米不等,裂缝垂直于岩石最小主应力方向。高能气体压裂使用火药在井底产生爆燃,所产生的压力脉冲比水力加载强得多,因而在井壁形成多裂缝体系,但裂缝长度一般小于10米,可有效改善近井地带的渗流能力。

高能气体压裂裂缝是如何起裂的呢?气体发生器在井下压裂目的层段引燃后,药柱以优化燃烧方式进行可控燃烧,迅速产生高温高压气体,对井壁形成脉冲加载,使井筒周围的岩石受到压缩,当井筒内的压力超过对应加载速率下地层岩石的破裂压力时,即在井筒周围形成多条径向裂缝,在这个过程中产生机械、振荡、热力、化学等多种作用。

机械作用,火药燃烧造成的升压速率在103105兆帕/秒,比水力压裂强得多,在压力超过岩石破裂压力的条件下,岩石就会产生裂缝。所产生的裂缝不足以释放井内压力,势必就会产生第二条裂缝。如果第二条裂缝仍然不能释放井内压力就要产生第三条裂缝,由此在井筒附近产生多条径向裂缝。

水力振荡作用,高温、高压气体的产生将推动井中液柱向上运动,而随着体积增大,气体压力又会下降,从而引起液柱向下运动。液柱向下运动压缩火药燃烧产生的气体,除部分流入地层外,会造成压力升高,又把液柱推上去,如此产生压力周期的衰减波动。这种压力周期波动有利于裂缝形成和清理油层堵塞。

热力作用,高能气体压裂施工后的井温测量表明,在火药弹点燃后一段时间内,井温可升温到500700℃,温度开始下降很快,以后在几个小时内变慢,足以熔化沉淀在油井附近的石蜡与沥青,同时降低油的黏度,增强流动性。

化学作用,火药燃烧后的产物主要是CO2N2和部分HCl,这些气体在高压下都会溶于原油,从而起到降低原油黏度和表面张力的作用,达到提高油气井产量的目的。

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