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亚音速引爆推进剂:无水压裂的这个操作帅炸了

亚音速引爆推进剂:无水压裂的这个操作帅炸了

为了解决水力压裂的头号难题,眼前的水处理和再利用技术目录越来越长,跳出思维定式的人们不禁自问:我们一定要用水吗?

来自 | World oil
编译 | 张良爽

压裂作业一定要用水吗?

不一定。一条历史纪录写道:早期油井压裂采用引爆硝酸甘油“鱼雷”的做法,显然是缺乏远见的。“鱼雷人”的故事实际听起来更像是电视剧而非先进的科技。

但它确实是科技的进步,并且现在还有了一位继承者:高能气体压裂技术,这是一种利用推进剂产生大量气体进行压裂,从而达到增产目的的技术通称。此外,它也被称为特定气体脉冲负载、特定气体脉冲压裂或受控脉冲压裂。

推进剂压裂增产设备已经在油气行业的外围领域使用多年。一些支持者认为,当诸如硝化甘油的高爆物引爆时,会产生持续几微秒的高压冲击波。延迟炸药反应时间对压裂成功至关重要,一些研究表明,由于高爆物炸碎或压紧岩石,会使井筒扩大,形成一个残余压应力区域。一些专家认为这个区域,或叫“压力笼”,会降低近井眼区域的渗透性。

亚音速爆燃

此项技术中的推进剂不会发生超音速引爆,而是以亚音速爆燃。爆燃,是一种无需外部氧气的快速燃烧过程。由于推进剂的能量密度接近高爆物,除了核能,它比其他的任何主要能源密度都要大。高爆物爆炸只能持续几微秒,而推进剂压裂设备通常能维持几百毫秒的高压。一些支持者称,这些延长的时间,就是产生多个裂缝并且避免“压力笼”损害的秘诀。

很多企业都在研究这项技术,让我们聚焦其中一家,看他们是如何推动此项技术发展的。

这家来自加拿大的公司声称,他们的技术使油气采收经济高效和环保,无需使用水或支撑剂。

该技术采用最先进的推进剂压裂方式,利用专有的固体火箭燃料生成高压气体以压裂岩层。该工具使用定制的推进剂配方来实现符合每个地层和油气井的最佳压力时间。这些推进剂配方是与另一家公司合作研发的,合作的公司在生产太空飞行和弹药所用的固体火箭有丰富经验。

水力压裂与推进剂压裂的力学原理

虽然水力压裂和推进剂压裂都是对地层施加高压,但如上所述,反应的时间不同产生了裂缝扩展的力学差异。以下是该公司对两种方法的对比:

推进剂压裂

1.点燃固体推进剂以产生特定体积的气体,这种受控的迅速燃烧提供了在岩石中产生新裂缝所需的高压;
2.裂缝通过应力波扩展,应力波从岩石边界反弹并将裂缝与目的层隔离;
3.压力迅速升高形成含4~8个径向裂缝的椭圆压裂带;
4.岩石崩解无需支撑剂;
5.推进剂压裂能在10~1,000毫秒内产生140,000 kPa(20,000 psi)的高压。

水力压裂

1.水力压裂将水加压泵注至井筒中,在岩层的薄弱区域形成裂缝;
2.现有的裂缝被水压“撑开“,因为水会沿着最小阻力通路流动,可渗透的裂缝孤立,难以导流,裂缝通路通常是线性的,并且在两个径向相反的方向上扩张;
3.需要支撑剂支撑固定裂缝;
4.水力压裂在1~10小时内产生35,000 kPa(5,000 psi)的压力。

该公司认为,固体推进剂是很直观的,可以按需定制无限种配方,并且不像水力压裂那样受到泵注水量的物理限制。推进剂压裂也被认为是唯一可经过设计、适用于现有应力场的压裂技术。对推进剂进行改造也很容易,这样就能适用于不同的岩性或压力范围;除此之外还可以改变燃烧速率,以产生多个应力波,使压裂更加高效。

但是这种技术仍然存在缺陷。

另外该公司也指出,目前推进剂压裂方法只利用了高压极速上升的特点,无法延长将压力控制在目的层的时间,还无法发挥固体推进剂的其他性能。

但毫无疑问,这些限制终将被克服。让小编略感遗憾的是,这些狂拽炫酷的操作都在井下进行。如果这些工具能像土星5号运载火箭一样安置在井口,旁边再加上倒计时钟,那对于营销部门来说,这个画面就太美了。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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