高能气体压裂技术
煤层气高能气体压裂开发技术
煤层气高能气体压裂开发技术摘要：我国煤气层具有特低渗、低压、煤气层构造复杂等特征,煤气层地层环境复杂,开发难度较大,其中煤层气吸附性较强是煤层气开发的主要难点。
关键词：煤层气井高能气体压裂技术工艺设计煤层气存在于煤的双孔隙系统中，煤的双孔隙系统为基质孔隙和裂缝孔隙。
水力压裂是目前较常用的煤气层改造措施，由于在压裂过程中压力上升缓慢,产生的裂缝受到地层主应力约束，一般只能形成两翼对开的两条垂直裂缝。
而离主裂缝较远的煤气层中难以再产生裂缝,煤气层的渗透性和空隙度基本不受影响,地应力、温度基本不改变，而压力变化仅限于主裂缝附近，难以在离主裂缝较远的煤气层中形成煤层气解吸环境和条件，这部分煤层气也难以解吸出来，所以有些井水力压裂后衰减较快，重复压裂改造也难以改变。
如何有效提高煤气层渗透性和基质空隙的连通性，创造有利煤层气解吸的环境和条件，促进煤层气有效解吸的方法是研究问题的关键。
一、煤层气高能气体压裂开发技术1.高能气体压裂技术高能气体压裂技术是利用固态、液态火药或推进剂在目的层快速燃烧产生的大量高温高压气体，对地层脉冲加载压裂，使地层产生并形成多裂缝体系,同时产生较强的脉冲震荡作用于地层基质，综合改善和提高地层渗透导流能力，扩大有效采油(气)范围，达到提高产量的目的。
其主要作用特点：①对地层无伤害，有利于储层保护；②能使地层产生和形成多裂缝体系及脉冲震荡作用，沟通了更多的天然裂缝，提高地层渗透性，扩大有效泄流范围；③起裂压力高，产生的起始裂缝不受地应力约束，地层产生剪切破坏形成的裂缝难以闭合，有利于泄流生产周期的延长；④与水力压裂技术复合应用,在产生较长多裂缝的同时，也有利于产生更长的主裂缝,大大提高油气层渗流能力；⑤综合成本低，有利于现场推广应用.其研究的主要方向是如何进一步在地层产生和形成更长的多裂缝体系，及层内或裂缝内产生和形成裂缝网络等。
2.作用机理高能气体压裂技术改造煤气层作用机理是通过高能气体压裂装置在煤气层产生大量高温、高压气体压裂煤气层，促使煤气层产生较长的多裂缝体系，并沟通更多的天然裂缝，以形成网络裂缝改善煤气层泄气通道；同时伴随较强的多脉冲震荡作用，提高和改善了煤气层基质空隙间的连通性和渗透性。
gaonengqitiyalie
详细内容：高能气体压裂技术，就是用固体火箭推进剂或液体的火药，在井下油层部位引火爆燃(而不是爆炸)，产生大量的高压高温气体，在几个毫秒到几十毫秒之内将油层压开多条辐射状，长达2～5m的裂缝，爆燃冲击波消失后裂缝并不能完全闭合，从而解除油层部分堵塞，提高井底附近地层渗透能力，这种工艺技术就是高能气体压裂。
高能气体压裂具有许多优点，主要的有以下几点，不用大型压裂设备；不用大量的压裂液；不用注入支撑剂；施工作业方便快速；对地层伤害小甚至无伤害；成本费用低等。
下面就高能气体压裂技术予以简单介绍。
一、高能气体压裂技术的基本原理高能气体压裂技术（HEGF）是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体，形成脉冲加载并控制压力上升速度，在井筒附近压开多方位的裂缝，沟通天然裂缝，从而使油气水井增产增注的技术。
在前苏联把高能气体压裂称热气化学处理，在美国也叫做脉冲压裂、多裂缝压裂。
国内高能气体压裂技术经过近二十年的研究与推广，已经发展为一项基本成熟的，在各油田广泛应用并取得了良好的经济效益，正在向综合性压裂发展的油气层改造增产新技术。
高能气体压裂已经发展有有壳弹、无壳弹、可控脉冲等高能气体压裂技术，其中无壳弹高能气体压裂技术在全国各油田均得到了大量的推广应用。
二、高能气体压裂技术的发展趋势火药量越来越多，燃烧速度越来越慢，单脉冲→可控多脉冲发展。
从应用地域上看，走向全球。
起初应用于美国、俄罗斯和中国，随着油气上游工业的发展，应用的地域逐步扩大，以俄罗斯为轴心，扩大到独联体各国；以美国为轴心，扩大到加拿大、委内瑞拉。
从应用的储层、井型看，应用范围扩大。
①从井的结构看，扩大到水平井、分支井；②从井的用途看，油井、注水井到气井，，应用于高温高压储层及多层含砂储层。
从应用的方式看，走向与其他多项技术综合运用。
HEGF技术一开始是单项运用，随着对该技术的研究与开发，逐步与其他技术结合运用，与射孔、水力压裂、酸化、控砂等相结合。
浅析高能气体压裂技术在油水井中的应用
术 。Ｈ Ｇ 技术是利用火药或火箭推进剂 ， ＥＦ 通过特殊的装药结构 ， 在井筒 中预压裂层段内有控制地
燃烧 产生 高温 高压 气体 经 过射 ： ：，￣ ｆ ｆ Ｉ 进入 地层 给地 层加 压 ， Ｌ ｌ１ ｔ 当压 力 大 于地 层压 力 时 ， 近井 地带 地 将
层压 开多条 径 向裂 缝 。这 一过 程 同时伴 有对 地层热 物理 和化学 作用 ， 由此改 善 了近 井地带 的渗透 条
２１ 年 第４期 ０１
甘 肃 石 油 和 化 工
２１ 年 １ ０１ ２月
浅析高能气体压裂技术在油水井 中的应用
潘祖 跃
（ 肃省化工研究院 ， 甘 甘肃 兰州 ７ ０ ２ ） ３００
摘要 ： 高能 气体 压 裂 （ 简称 ＨＥ Ｆ 技 术是 一 种新 型 的 油 井增 产 、 井 增 注 的技 术 ， 水 力压 裂 下降 速 度最快 。
２ １２ 裂缝 的 闭合 ．．
Ｈ Ｇ Ｅ Ｆ过 程不 带支 撑剂 ， 开 的裂缝 在 高 闭合 压 力下 为什 么会保 持 张 开 ？实验 证 实裂缝 的宽 度 压
确 实存 在 ， 这个 宽 度一 般 为 ０３ １ ． ２ｍ 通过 实验 观察 到 ， 生在 裂 缝 面 的窜槽 和 表 面切割 现 ．８ ～０７ ｍ， ６ 发 象 是 由于不在 主压 力方 向裂缝 的 两面产 生 了相对 位移 ， 造成 永久 性错 位 ， 就是 岩石 发生 塑性变形 。 也 同时高 压气 流 冲刷 裂缝 面 ， 地 层 中剥 落下 来 的颗粒 物 质进 入 裂缝 中 ， 成 天然 支撑 剂 。虽然 这种 从 形 砂 粒 不像 压 裂砂 那 么 圆 ， 它 们 的硬 度却 和压 裂砂 硬 度一 样 ， 起 到 和 支撑 剂 一样 的效 果 ， 岩石 但 能 使
高能气体压裂技术从井筒到地层-层内爆炸技术
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
起爆前压力 （MPa） 31.81 41.18 39.85 39.66 38.52 37.76 21.42
20.28
起爆后压 压力突变值 传爆情况 备注 力（MPa） （MPa）
41.0
9.19
全爆
46.12
4.14
全爆
52.96
13.11
全爆
53.53
13.87
未全爆
二、以液体火药压裂与水力压裂工艺相结合，应可成 功的进行层内爆炸施工，其关键是要一方面保证传爆 的可靠性，另一方面要尽量保证井身结构不被破坏；
三、该配方在地面运输、施工泵送及反应后的处理均 是安全可靠的；
四、该技术的理论计算模型、具体施工过程中的监测 均有待完善，这也包括施工本身。
44
4
3.0
炸药质量 炸药的质量比
（g）
（％） 粘稠性、流动性外观
3.5
70%
可成团
3.0
60%
可成团
2.0
50%
牙膏状
2.0
40%
较牙膏状稀，可挤动
20
微裂缝悬浮 爆燃技术
以氧化剂、可燃剂含能成分为主分散 于水中，将其作为液相，添加炸药敏化剂 组成悬浮药，用有机玻璃沟槽进行了常温 常压下实验。发现主炸药含量低于85%时 不可能可靠传爆，但在高温高压条件下主 炸药含量可低于20%。
早在上世纪70年代，美国就在美国和加拿大进行
了Tal-1005C药的层内爆炸实验，层内爆炸可时油井
增产1.5～7.0倍，气井增加产量1.5～14倍，平均为
5.6倍（见表4）。
TAL-1005C的炸药配方是以火箭燃料为基础，基本数
煤层气高能气体压裂技术简介
煤层气高能气体压裂技术简介目录1．前言 (1)2．煤层气高能气体压裂原理 (2)3．煤层气多级脉冲加载压裂技术 .................................... 1..0 4．工艺设计研究. (11)5. 现场试验...................................................... 1..2. 6．技术服务费（基本费用） ........................................ 1..3/ 、八1．前言我国是世界上煤炭生产和消费大国 ,煤层气资源储量非常丰富。
但煤气层为低渗透率、低压力、低含水饱和度，富含煤层气的煤田大都具有构造复杂、煤体破坏严重、软煤发育、高塑性和煤层渗透率极低等特点，开发难度较大。
目前提高煤层渗透率主要有洞穴法和水力压裂法，主要包括：垂直井套管射孔完井、清水加砂压裂、活性水加砂压裂、洞穴完井等工艺；应用空气钻井,氮气泡沫压裂 ,清洁压裂液、胶加砂压裂 ,注入二氧化碳，以及欠平衡钻井、欠平衡水平钻井和多分支水平井钻井完井技术等技术[1-5]，以提高煤层气井产量和采收率，积累了很多经验。
但从煤层气改造看，至目前还缺少适合我国煤层气有效开发的较成熟的技术。
针对煤气层的地质特点及开发现状，在分析了高能气体压裂技术研究的基础上，提出并开展了煤层气多级脉冲加载压裂开发技术的试验研究与应用。
高能气体压裂技术是利用固态、液态火药或推进剂在油层目的层快速燃烧产生的大量高温高压气体，对地层脉冲加载压裂，使地层产生并形成多裂缝体系，同时产生较强的脉冲震荡作用地层基质，综合改善和提高地层渗透导流能力，扩大有效采油（气）范围，以达到提高产量的目的。
其特点是 :能在地层产生不受地应力约束的多裂缝体系，有利于沟通天然裂缝，扩大泄流面积，同时产生较强的脉冲震荡传播作用有利于改变地层岩性基质微错动变化，沟通基质通道，延伸地层深处，提高了地层渗透性，提高了油气井产量。
高能气体压裂技术
高能气体压裂技术摘要：文章介绍了高能气体压裂技术的基本原理，与普通压裂进行对比描述了裂缝特征。
就高能气体压裂过程的作用说明增产机理，分析了高能气体压裂技术的优缺点，针对高能气体压裂措施工艺的设计内容和设计方法做了具体描述，并对胜利油田现河、东辛采油厂、中原油田的应用效果进行了评估分析。
认为高能气体压裂是油田的生产开发中一个有效的增产增注手段,能获得良好的经济效益。
关键词：高能气体压裂;增产增注; 装药参数，工艺设计引言以经济而有效的技术获得地层中更高的油气产量,是油田开发的目标。
在地层中产生人工裂缝有利于油气的产出。
最先应用的爆炸压裂技术,虽然产生了比较显著的经济效益,但其损害井筒、难以控制、形成近井压实带等技术问题难以解决,逐渐被水力压裂取代。
目前,水力压裂已成为一项成熟而完善的技术,在油田开发中起着重要作用。
但其产生的裂缝受地应力限制,对一些油层的改造效果不尽人意,急需其它技术补充和完善。
高能气体压裂技术就是一种较为有效的井底处理新技术。
1 高能气体压裂技术1.1 基本原理高能气体压裂(HEGF) 是在爆炸压裂和聚能射孔的基础上发展起来的一种利用火药或火箭推进剂在井筒中高速燃烧产生大量的高温高压气体来压裂油气层的增产增注技术。
施工程序是将火药下至目的层,通过地面通电或投棒引燃,其技术关键是控制好高能气体的升压速度和最高压力。
要求这一升压速度慢于爆炸压裂而快于水力压裂,一般在1 毫秒到几百毫秒之间;同时,限制最高压力低于地层岩石的屈服压力, 一般在100MPa 以内。
这样,就能在井筒周围产生多条裂缝,并且无破碎/ 压实带,从而把天然裂缝与井筒沟通,提高油层导流能力,同时又增大了与天然裂缝沟通的机会,压裂过程中伴有压力冲击波及高温作用,因而对近井地带被污染及各种机械杂质、结腊堵塞的井具有很好的解堵作用,对中低渗透层亦有明显的改造作用,能有效降低表皮系数,并相应提高渗透率,从而达到增产增注的目的。
高能气体压裂技术
高能气体压裂技术高能气体压裂（HighEnergyGaFracture,简称HEGF）是利用火药或火箭推进剂在井筒中快速燃烧产生的大量的高温高压气体在产层上压出辐射状多裂缝体系，改善近井地带的渗透性能，从而增加油气井产量和注水井注入量的一项增产措施。
前苏联把高能气体压裂称为热气化学处理，在美国也称作脉冲压裂、多裂缝压裂。
一．高能气体压裂工艺技术1．高能气体压裂概况美国高能气体压裂是从一百多年前的井筒爆炸方法演变而来，本世纪70年代中期后，美国、前苏联等国家对爆炸压裂失败的机理作了深入的探讨而发展了高能气体压裂并在80年代中期使该项技术趋于成熟。
80年带中期，西安石油学院开始从事高能气体压裂的研究，吸取和借鉴了国外的一些先进成果，已研制和开发出自己的产品系列，如压裂弹、测试仪、设计软件等。
高能气体压裂不同于爆炸压裂和水力压裂。
爆炸压裂在井筒中产生的爆轰波作用于井壁，快速的压力脉冲把井筒周围很小范围的岩石破碎，不能形成多裂缝体系。
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宽而长的裂缝，这种裂缝长度从几十米到上千米不等，裂缝垂直于岩石最小主应力方向。
高能气体压裂火药产生的压力脉冲比爆炸压裂平缓而又远远快于水力加载，因而在井壁形成多裂缝体系，但裂缝长度一般小于10米（液体药高能气体压裂裂缝可超过30米），所以可用于改善近井地带的渗流环境（解堵或改造地层）。
三种压裂的区别见下表。
从表中看出，由于升压时间及加载速率的不同，高能气体压裂是明显区别与爆炸压裂和水力压力的增产措施。
表1三种压裂方法的主要参数2．高能气体的获得高能气体是通过固体药或液体药的快速燃烧产生的。
固体药有火药及火箭推进剂。
常用的火药有硝化棉和炮药，硝化棉是致密的硝化纤维和极少量残留溶液组成，炮药是硝化纤维在不易挥发溶剂（如硝化甘油）中的固体溶液，它比硝化棉的能量高，火药的燃烧时间以m计。
常温固体药每公斤产气量在1028升左右，爆燃温度不超过2600oC；高温固体药每公斤产气量不超过880升，爆燃温度在3000oC以上。
对高能气体压裂技术的看法与建议
对高能气体压裂技术的看法与建议一、基本情况1、概况：高能气体压裂是利用火药或火箭推进剂燃烧产生大量高温高压气体，在超过岩石破裂压力条件下，在井壁附近形成多条径向裂缝以增加油气产量的一种技术，在井下火药点燃后的一段时间内，压力峰值（液体火药）可达50－100MPA（即500～1000大气压）之间，井温升高可达500－700C。
在这种条件下，可以形成多条径向裂缝，但裂缝长度一般小于10米，而水力压裂形成的裂缝一般可达20－30米，有的高达100米以上。
高能气体压裂技术从1993～1996年已先后在辽河、中原、胜利、长庆等油田进行现场施工367井次，其中358次采用固体火药，即无壳火药压力发生器，九次为液体火药压裂，都取得了一定效果。
这项技术的主要优点是：不需要大型设备，施工简便、成本低、操作安全可靠。
2、火药压力发生器结构1〕、有壳火药压力发生器：药柱外面有金属外壳保护，采用电缆传输，用磁性定位确定点火位置，通过电缆地面点火。
此类发生器，由于有金属外壳，装药量少，一般为40～50公斤，现已很少采用。
2）、无壳火药压力发生器：每米药柱可达12公斤，比有壳火药压力发生器装药量多达2－3倍，10米药柱可达120公斤，全部药柱表面都涂以防水层，其外壳再覆以防磨损层，将药柱装在铝制的中心管上，中心管的两端有螺纹，可以通过短节将药柱连在一起。
采用电缆传输，电缆头内装有点火盒，在中心管内装有点火药，点火盒点燃后，引燃点火药，再引燃药柱。
如果油管传输，则用撞击点火器代替电缆头，用投棒点火代替撞击点火。
目前无壳火药发生器已广泛应用，但由于受固体火药性质的限制，装药量不能太大，增产效果不及水力压裂。
3）、液体火药压裂技术：液体火药与无壳火药压力发生器相比，具有能量高、成本低、燃烧时间长、增产效果显著等特点。
液体火药是由氧化剂、燃烧剂和水按一定比例配置而成。
施工时用泵车将配置的火药注入井内。
但在液体火药注入前后，需打入隔离液，用电缆车通过磁性定位、地面接通电源点火。
高能气体压裂技术发展
采用 2 3/4英寸，6孔/英尺超深穿透射孔枪在两个井中不 同的层（共5个层）进行射孔。对PIC-25井Naricual-5层深孔
缝同样起重要作用，高压气体进入裂缝对裂缝的延长起很大影响。 进入20世纪80年代，美国开展把推进剂用于压裂油气井，还对可
能应用于压裂的大量高能化学源,主要是各种推进剂的压裂性能进
行了研究[10]。我国研究与应用工作稍晚于美国，俄罗斯（包括前 苏联）的研究与应用大体上与美国同步。
20多年来，推进剂压裂技术在持续稳定发展。纵观推进
3
650到700Psi，与温度相应的密度为0.964和0.988g/cm ，孔隙
度23%~33%,渗透率为1.3到104md，基质渗透率很低，但裂缝 渗透率达几个达西。该油田储层非均质性极强，储层压力低， 且原油特性变化大，在储层内流体的数据也有变化，甚至在同 一井内，以常规法处理这些油也有困难。两个早期的高产井的
追根溯源，推进剂压裂起源于19世纪60年代，当时是向水井
中开枪产生振动可以增加水量。但在当代，是把推进剂用于油气
井，增加油气井产量。以当前可以看到的资料来分析，美国约起 源于20世纪70年代，这一时期主要是研究岩石力学，提出气驱裂 缝是岩石力学的重要基础。 在此基础上,N.R.Warpinski 等说明了在井筒爆炸中气驱裂
于是采用推进剂/射孔相结合射孔方法，采用4 5/8英寸、12孔/英
尺、深穿透过油管射孔枪与推进剂筒穿过7英寸、29磅/英尺套管 及400Psi地层欠压进行射孔。射孔后压力瞬态分析表明，井筒周 围确实经过了激励，表皮系数为-4.08，流动效率1.19；另一个井 RamlSW-2X采用4-5/8英寸、12孔/英尺、深穿透过油管射孔枪与
高能气体压裂技术
高能气体压裂技术摘要：文章介绍了高能气体压裂技术的基本原理，与普通压裂进行对比描述了裂缝特征。
就高能气体压裂过程的作用说明增产机理，分析了高能气体压裂技术的优缺点，针对高能气体压裂措施工艺的设计内容和设计方法做了具体描述，并对胜利油田现河、东辛采油厂、中原油田的应用效果进行了评估分析。
认为高能气体压裂是油田的生产开发中一个有效的增产增注手段,能获得良好的经济效益。
关键词：高能气体压裂;增产增注; 装药参数，工艺设计引言以经济而有效的技术获得地层中更高的油气产量,是油田开发的目标。
在地层中产生人工裂缝有利于油气的产出。
最先应用的爆炸压裂技术,虽然产生了比较显著的经济效益,但其损害井筒、难以控制、形成近井压实带等技术问题难以解决,逐渐被水力压裂取代。
目前,水力压裂已成为一项成熟而完善的技术,在油田开发中起着重要作用。
但其产生的裂缝受地应力限制,对一些油层的改造效果不尽人意,急需其它技术补充和完善。
高能气体压裂技术就是一种较为有效的井底处理新技术。
1 高能气体压裂技术1.1 基本原理高能气体压裂(HEGF) 是在爆炸压裂和聚能射孔的基础上发展起来的一种利用火药或火箭推进剂在井筒中高速燃烧产生大量的高温高压气体来压裂油气层的增产增注技术。
施工程序是将火药下至目的层,通过地面通电或投棒引燃,其技术关键是控制好高能气体的升压速度和最高压力。
要求这一升压速度慢于爆炸压裂而快于水力压裂,一般在1 毫秒到几百毫秒之间;同时,限制最高压力低于地层岩石的屈服压力, 一般在100MPa 以内。
这样,就能在井筒周围产生多条裂缝,并且无破碎/ 压实带,从而把天然裂缝与井筒沟通,提高油层导流能力,同时又增大了与天然裂缝沟通的机会,压裂过程中伴有压力冲击波及高温作用,因而对近井地带被污染及各种机械杂质、结腊堵塞的井具有很好的解堵作用,对中低渗透层亦有明显的改造作用,能有效降低表皮系数,并相应提高渗透率,从而达到增产增注的目的。
高能气体压裂技术.
验研究，从而为高能气体压裂的产能预测奠定基础。
四)高能气体压裂工艺及其设计
1．高能气体压裂的设计方法
高能气体压裂设计的合理与否是决定其成败的关健。在该
设计中，除考虑这各工艺的适用范围外，主要是设计p—t过 程。同时，在设计分析中还应包括高能气体压裂裂缝规模估 计，增产效果评价及预测等内容。
施工时首先在较深的层段进行气体压裂然后在该层段充填可固化的先在较深的层段进行气体压裂然后在该层段充填可固化的凝胶再在其上部的层段进行第二次气体压裂再一次充填凝胶再在其上部的层段进行第二次气体压裂再一次充填凝胶并使之与第一段凝胶成为一体后即可在其上部进行又凝胶并使之与第一段凝胶成为一体后即可在其上部进行又一次气体压裂连续进行作业直到处理完所有的层段为止
对污染半径为的井，则措施 前后的增产比为： 如近井地带无污染，措施 前后增产比 为：
2．现场施工工艺
国内外普遍采用的现场施工工艺主要有3种。
1)钢丝绳起下、水泥塞封堵、地面引燃施 工工艺
该施工工艺是，用钢丝绳将压裂弹下到设计的施工井段，在压裂弹以上 3～5m打水泥塞封堵。若施工井段以下口袋较长时，在下压裂弹之前要先打一 个水泥塞。水泥塞高度由下式计算 实际证明，该工艺安全 可靠，但对于深井及套管井 难度较大，且施工麻烦，周 期较长。因此，该工艺仅适 用于产能低的裸眼浅井。
火药的燃烧方式入人手。降低燃速，延长压力持续时间。
目前，有壳弹压力持续时间一般在100～200ms之间，无 壳弹则在200～400ms之间。
2）设计计算方法
①火药燃烧分析
火药的燃烧基于几何燃烧规律，即火药燃烧层由火药表面以平行层 的方式向垂直于火药的内部逐渐扩展。 在任意时刻，火药已燃部分与原始总量之比与火药颗粒形状和燃烧 方式有关，因而被称为形状函数（f）。 对带圆孔有壳弹，其形状函数为： 对于无壳弹，其形状函数为：
高能气体压裂技术与液体药
液态气动力压裂具有的优越性
一、燃烧时间长，压裂效果显著。 二、成本低，能量高。 三、安全可靠。 四、特别适用于气井的高能气体压裂，因为液体药本身就是 压挡液的一部分，同时还可减少压挡液对气层的污染。
液态气动力压裂的燃烧机理
液体药的主要组分为氧化剂、燃烧剂和水， 在溶剂（水）不沸腾的条件下，点火药燃烧产 生的热量，使液体药达到氧化剂和燃烧剂分解 的温度，在此温度下，燃烧剂和氧化剂分解， 并生成CO2，H20等大量气体，放出大量的热， 这就是液体药的燃烧。
2、 在斜井、丛式井中起下困难，实际上也很难产 生所需的升压过程；
3、 使用端面燃烧可以延长作用时间，但降低了升 压幅度，以致达不到增产目的.
高能气体压裂一般用药量小于100kg，缝长小于 10m。
因此从1986年起俄罗斯开发研制了液体药。 液体药必须满足的要求是：
能用无壳弹点火。 在很宽的压力、温度范围内能稳定燃烧。 粘度低，对地层有热作用。 原料及燃烧产物安全、无毒。 成本低。 能形成均匀水溶液。 火药力f≥4×105m2/s2 （T≥1300K）
二、HEGF技术
多脉冲气动力造缝技术
多脉冲气动力造缝作用机理
该技术对多种不同燃速的火药进行 优化匹配，通过特殊控制技术，使火 药燃烧有序燃烧，形成多个高压脉冲 波（多个峰值压力），对地层实施多 次连续高压脉冲波冲击加载压裂，使 地层产生和形成多条较长的裂缝体系， 并伴随大量的热化学作用于地层，以 提高地层渗透性能，解除地层堵塞， 达到提高油井产量、水井增注的目的。
井下工艺流程
由于液体药高能气体压裂涉及多单位， 多工种的合作、调配，由甲方人员担任现 场施工总指挥，乙方人员协助工作，便于 现场施工工作的顺利进行。
高能气体压裂名词解释
高能气体压裂名词解释
高能气体压裂 (High Energy Gas Fracturing) 是一种用于开采油气层的增产增注技术。
它利用火药或火箭推进剂在井筒中高速燃烧产生大量的高温高压气体，进而将油气层压裂，增加油气产量和注入流量。
这种技术主要应用于水平井和定向井中，以提高油气开采效率。
高能气体压裂的工作原理是，将高能气体产生剂 (如火药、火箭推进剂等) 下至油气层目的层，通过地面通电或投棒引燃，产生高温高压气体，在井筒中形成一股强大的气体流，将油气层压裂，形成更多的裂缝，从而增加油气产量和注入流量。
施工过程中，需要控制好高能气体的升压速度和最高压力，以确保压裂效果和施工安全。
高能气体压裂技术早在 20 世纪 60 年代就已经开始应用于美国等国家的油气开采中，经过多年的研究和试验，这种技术已经越来越成熟和普及。
高能气体压裂技术的优点在于，它能够在油气层中产生更多的裂缝，提高油气开采效率，同时还可以降低开采成本。
此外，高能气体压裂技术还可以应用于水平井和定向井中，提高油气开采的精度和效果。
第一章 高能气体压裂增产技术
Xi’an Shiyou University
第五节 高能气体压裂的压力监测及施工工艺
两种工艺对比
项目 井深(m) 井深 耐压(MPa) 耐压 耐温(℃ 耐温(℃) 完井方式 井类型 所用主要设备 施工周期(h) 施工周期 定深方式 电缆起下 2000~6000 55 150 套管井， 套管井，裸眼井 生产井、水井、 生产井、水井、探井 修井车、水泥车、 修井车、水泥车、射孔车 3~8 磁接箍定位 油管输送 <4000 45 150 套管井
第一节 高能气体压裂增产技术
高能气体压裂、层内爆炸压裂、 高能气体压裂、层内爆炸压裂、水力压裂的区别 1.高能气体压裂 高能气体压裂
第一章
利用脉冲加载并控制压力上升速度 利用脉冲加载并控制压力上升速度，使迅速释放的高温高压气体 脉冲加载并控制压力上升速度， 在井简附近压开多方位的径向裂缝 使储层中的天然裂缝能够与 在井简附近压开多方位的径向裂缝，使储层中的天然裂缝能够与 多方位的径向裂缝， 井筒连通，从而达到增产的目的。 井筒连通，从而达到增产的目的。 2.层内爆炸压裂 层内爆炸压裂 先生成一个水力裂缝,把固体炸药送入裂缝深处 然后点燃炸药, 先生成一个水力裂缝,把固体炸药送入裂缝深处,然后点燃炸药,在 送入裂缝深处, 点燃炸药 主裂缝附近生成压碎带或剪切裂缝 同时保持井筒完好无损, 主裂缝附近生成压碎带或剪切裂缝,同时保持井筒完好无损,达到 生成压碎带或剪切裂缝, 提高油井产能的目的. 提高油井产能的目的. 3.水力压裂 水力压裂 Xi’an Shiyou University
第一章
总过程 (s) 10-6 101 104
Xi’an Shiyou University
第三节 增产机理及理论研究
第一章
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高能气体压裂技术高能气体压裂（High Energy Gas Fracture ,简称HEGF）是利用火药或火箭推进剂在井筒中快速燃烧产生的大量的高温高压气体在产层上压出辐射状多裂缝体系，改善近井地带的渗透性能，从而增加油气井产量和注水井注入量的一项增产措施。
前苏联把高能气体压裂称为热气化学处理，在美国也称作脉冲压裂、多裂缝压裂。
一．高能气体压裂工艺技术1．高能气体压裂概况美国高能气体压裂是从一百多年前的井筒爆炸方法演变而来，本世纪70年代中期后，美国、前苏联等国家对爆炸压裂失败的机理作了深入的探讨而发展了高能气体压裂并在80年代中期使该项技术趋于成熟。
80年带中期，西安石油学院开始从事高能气体压裂的研究，吸取和借鉴了国外的一些先进成果，已研制和开发出自己的产品系列，如压裂弹、测试仪、设计软件等。
高能气体压裂不同于爆炸压裂和水力压裂。
爆炸压裂在井筒中产生的爆轰波作用于井壁，快速的压力脉冲把井筒周围很小范围的岩石破碎，不能形成多裂缝体系。
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宽而长的裂缝，这种裂缝长度从几十米到上千米不等，裂缝垂直于岩石最小主应力方向。
高能气体压裂火药产生的压力脉冲比爆炸压裂平缓而又远远快于水力加载，因而在井壁形成多裂缝体系，但裂缝长度一般小于10米（液体药高能气体压裂裂缝可超过30米），所以可用于改善近井地带的渗流环境（解堵或改造地层）。
三种压裂的区别见下表。
从表中看出，由于升压时间及加载速率的不同，高能气体压裂是明显区别与爆炸压裂和水力压力的增产措施。
表1 三种压裂方法的主要参数2．高能气体的获得高能气体是通过固体药或液体药的快速燃烧产生的。
固体药有火药及火箭推进剂。
常用的火药有硝化棉和炮药，硝化棉是致密的硝化纤维和极少量残留溶液组成，炮药是硝化纤维在不易挥发溶剂（如硝化甘油）中的固体溶液，它比硝化棉的能量高，火药的燃烧时间以ms计。
常温固体药每公斤产气量在1028升左右，爆燃温度不超过2600 o C；高温固体药每公斤产气量不超过880升，爆燃温度在3000 o C以上。
液体药由氧化剂、燃料及溶液组成，主要成分是硝酸铵、甘油和水，其燃烧时间以s计。
用液体药压裂后，其裂缝可达25～50米，可与一般的水力压裂媲美。
根据上述特点，可以制成不同的压力发生器。
（1）有壳压力发生器（有壳弹）该装置的药柱外面有金属外壳保护，施工时用电缆传输至预定位置，地面加电引燃。
由于有金属外壳，每米装药量仅3～4公斤，总装药量不超过40公斤，现以很少使用。
（2）无壳压力发生器该发生器的外面无沉重的金属壳体，直接用中心铝管和中接头将药柱串联而成，每米装药量可达12公斤，总装药量可多达100～120公斤。
也可根据油管的内径制造出过油管无壳压力发生器，即它可通过油管用电缆直接下到目的层而不用起出油管。
（3）液体火药它是将配好的液体直接注入目的层段，投入固体药让其静止反应引燃或地面加电点火引燃而释放高能气体。
3．高能气体压裂施工工艺根据压裂药下入及点火方式的不同，高能气体压裂工艺分为三种：（1）电缆下入高能气体发生器、地面加电引燃的工艺。
用中心铝管及电缆将压裂药柱串接在一起，中心铝管内装点火药柱，铝管上端装点火头，最下部药柱底端的铝管端部用堵头（堵头可承受药柱重量）拧死，电缆接在点火头上，用电缆车将其下至预定层位（磁定位），地面加电引燃点火头，点火头引燃铝管内引火药，加热中心管，再引燃药柱。
（2）油管下入高能气体发生器，投棒撞击点火引燃的工艺用中心铝管、中接头将压裂药柱串接在一起，中心管内装点火药柱，最下端用堵头拧死，最上端装击针座，击针座下面是发火药，用变扣将击针座连接在油管的末端，下到目的层后，地面投棒将压裂药柱引燃。
（3）用固体药点火引燃液体药的工艺从地面按比例配制设计需要量液体药，然后将液体药注入管柱内，用顶替液将液体替至目的层段，然后上提管柱到一定高度，从井口投入固体点火药等待其燃烧，或者是提出管串，用电缆下入点火药柱地面加电引燃液体药。
在施工过程中需放入隔离器材，如水泥塞、隔离塞等。
4．高能气体压裂压力检测技术（1）峰值压力静态测试该方法是把铜柱测试器固定在火药以上约20米处电缆上测定高能气体的最高压力值（即峰值）。
这种铜柱测试器是用不锈钢材料制成的活塞筒体，结构上在筒体的一端装有活塞，另一端装有垫柱及螺丝压盖，中间的空腔放铜柱，筒体内部用“O”环密封，如图1。
压力推动活塞作用在铜柱上，根据压力与铜柱压缩量的线性关系计算出峰值压力。
螺盖O环图1 铜柱测压器结构示意图计算公式为：P2=P1+100α(H1-H2)式中，P1－铜柱预压压力；H1－预压高度；P2－铜柱测得的峰值压力；H2－压后铜柱的高度；α－铜柱的硬度系数。
测出压裂前后铜柱的高度即可确定峰值压力。
（2）动态压力－时间过程测试压力、时间的动态测试是通过井下压力传感器而进行的，该装置类似于电子压力计，但是由于高能气体压裂过程极短所以其数据录取间隔远远小于电子压力计。
该装置分为两种。
一种是井下储存式p-t测试仪，由撞击导电机构、电子线路、电池组、点火系统、压力传感器和机械外壳等部分组成，地面加电时，仪器控制模块使点火头与点火电源相连，引燃压裂弹，同时启动系统与记录模块，将火药点燃后造成的井筒内压力变化过程记录下来，仪器取出后在地面用计算机回放数据。
另一种是地面直录式p-t测试仪，其井下部分包括压力传感器、压力变送器及其附属电路，地面部分包括输入阻抗放大器、转换器、单片机、打印机及点火直流高压发生器等。
当压裂弹及p-t测试仪下到目的层位后按下点火系统，同时启动单片机控制系统开始采集数据。
二．高能气体压裂的作用机理及增产原理1．裂缝产生的机理裂缝的起裂：气体发生器在目的层段引燃后，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。
高能气图2 某致密砂岩油层中HEGF实测P-t曲线由图可见，当压力由A点上升至B点时，出现压力台阶，这预示着井筒周围的岩石开始起裂。
此时，目的层段的容积稍有增大，但推进剂在较高的环境温度和压力下具有较高的燃速，因而压力自B点稍有下降后，又迅速上升至C点，达到峰值压力，主要走向上的径向裂缝形成并向地层中快速延伸。
裂缝的延伸：达到峰值压力后，发生器产生的大量燃气继续释放，当高速进入裂缝的燃气在缝内形成的压力超过裂缝的延伸压力时，裂缝得以延伸，井筒中的压力不断下降，至D点时，井筒压力与地层压力逐渐趋于平衡，裂缝的延伸终止。
裂缝形成后，由于径向裂缝的随机性，不都是垂直于最小主应力方向，那么缝面上的切应力不为零，在这种残于应力的作用使缝面产生错动或位移，因而裂缝不能完全闭合，国外的实验也证明裂缝确实存在，宽度在0.381~0.762之间。
另外，压力超过岩石的屈服极限后，岩石会产生塑性变形，所以当压力降低后仍有残于裂缝，而破碎下来的岩屑可成为裂缝天然的支撑剂。
2．高能气体压裂的增产原理高能气体压裂后形成的裂缝不能完全闭合，因而裂缝本身的导流能力强；裂缝一般足以穿透伤害带，对于裂缝性地层这种多裂缝体系又可沟通近井带的天然裂缝；另外，由于燃烧产生高温高压气体，不但可以熔化在井筒附近沉淀的沥青及石蜡、降低原油的粘度，还可以在井筒中产生水力振荡作用延伸裂缝和清理油层堵塞，所以高能气体压裂后，大大降低了近井带的渗流阻力而提高产能。
三．高能气体压裂的特点及其适用范围1．高能气体压裂的特点（1）降低地层的破裂压力在水力压裂中，为了压开地层，必须多台压裂车同时启动大排量、高压向井中挤入压裂液，而通过高能气体预压后的地层，水力压裂时压开地层的压力大大降低。
（2）产生裂缝的随机性这种随机性使高能气体用于多次水力压裂不见效的井非常有效。
因为重复水力压裂往往是沿着原有的裂缝进行，而其它方向的油仍然难以流动，高能气体产生的多裂缝体系使这些方向的渗流状况得到改善。
（3）可提高射孔的有效穿透率高能气体压裂与射孔联作，推进剂延时燃烧后的高能气体通过射孔孔眼泄压，加深射孔深度，并在射孔尖端形成多裂缝，改善孔眼周围的压实带，达到更好地疏通油层的效果。
（4）漏失井或近水层处理高能气体压裂所产生的裂缝不遵循最小主应力规律，裂缝走向以水平方向为主。
水力压裂所产生的裂缝遵循最小主应力规律，裂缝走向以垂直方向为主。
当处理层靠近漏失层或水层时，如果采用水力压裂，其垂直裂缝很容易沟通这些层位，造成层间窜流或含水量大大增加，因而在这种情况下水力压裂是非常危险的，在这种情况下，高能气体压裂就提供了一个很好的解决办法。
（5）选择性的增产措施高能气体压裂工艺的选择性是指可以将产生的气体作用在整个目的层,这一特点使得在原生产层的上下无需采取隔离措施，可对一个或多个薄层的局部进行选择性增产作业而避免将不需要压裂的层位压开(例如含水层)。
（6）用于油层评价高能气体压裂用于油层评价是一个快速、经济有效的方法。
在决定下套管后，HEGF 仅以很少的费用即可提供对油层的快速验证。
高能气体压裂后产生辐射状多裂缝体系，能够比酸化压裂更快、更经济地穿透污染地带而连通油层，增加井眼导流的有效半径。
如果用此方法未能发现足够含量的碳氢化合物，就完全可以认为地层没有可采烃类。
即使用酸化和水力压裂也很难得出相反的结果。
所以可用此措施来确定是要下套管作进一步测试还是放弃。
（7）无污染火药燃烧后产物主要是CO、CO2及H2O，对油层无污染。
（8）压后的裂缝不需填入支撑剂水力压裂后裂缝中必须加入支撑剂以使裂缝具有一定的导流能力，而高能气体压裂后由于残余应力的作用使裂缝保持一定开度，因而可不加入支撑剂。
（9）设备少，施工安全、简便与酸化及水力压裂措施相比，高能气体压裂措施不需大型设备、大量的容器及配制大量的液体，现场组装及施工工序简单，无需往返地搬迁设备；压裂药在常温下性能稳定，大部分器材在井下，因而安全可靠。
这些特点使高能气体压裂更能适用于戈壁、沙漠及海上平台的作业。
2．适用范围（1）适用岩性高能气体压裂由于加载速率较高，从而决定了其适用的岩性是脆性地层，对于塑性地层则不甚适用，而对于泥岩地层压可能会产生“压实效应”。
适于高能气体压裂的岩性有灰岩、白云岩和泥质含量较低（小于10％）的砂岩。
不很适于该项技术的岩性有泥岩、泥质含量较高（大于20％）的泥灰岩和砂质泥岩等。
此外，胶结疏松的砂岩地层，压后可能严重出砂，应慎重对待。
（2）地层选择a. 天然裂缝发育的地层：压裂后产生的径向裂缝沟通天然裂缝。
b. 坚硬、致密的油气层：这样的地层脆性大，易于压开。
c. 污染或堵塞严重的油气层：径向裂缝和高温清除近井带的沥青质、蜡质和其它机械杂质的堵塞。