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激光射孔壓裂技術

發布時間:2020年01月13日
來源:ECF國際頁巖氣論壇公眾號(2020-01-13)


激光射孔壓裂技術淺析

沙特阿美公司高新研究中心(EXPEC ARC)的高強度激光實驗室(High-Power Laser Lab)最近研發了一種集射孔、無水壓裂啟動和遠程控制等模塊于一體的激光射孔壓裂技術體系,如圖1所示。


1 激光射孔壓裂技術

 

1. 技術基本原理

激光射孔技術利用光學效應發射極細、密度極高的高斯光束,有控制地、精準地、高效地在堅硬致密儲層上射孔和造縫。一般地,激光源由連續油管送入地下,并通過光學組件轉化為可用光束。相較于傳統射孔方式(圖2),激光射孔技術將電能轉換為熱能,可以更加高效和清潔的在巖石上射孔造縫,尤其在致密儲層中更具優勢。另外,多光束輸出的設計可以在同一套管界面上造成多個射孔,有利于形成裂縫網絡。目前,該技術已經在實驗室中取得了很好的效果,計劃在不久的未來應用和部署到沙特阿美的項目區塊中。

2 傳統射孔槍示意簡圖

3 不同射孔摩擦壓力下的孔徑變化模擬圖

 

2.組件功能和工藝流程

1)光學組件:主要負責產生大功率光束。在光學組件中,輸入的高斯光束(直徑為30mm;波長1064nm;功率為10kW)經過光學組件的凸透鏡后聚焦在某一點產生聚合,在調整好焦距后輸出大功率光束。

 

2)旋轉組件:主要負責光束定型。當光束從光學組件中輸出后,來到負責光束最終形態(尺寸和形狀)的旋轉組件中,這個組件可以控制和調整光束作用到巖層的精確位置。

 

3)射孔、扶正和清洗組件:主要負責定位、冷卻、潤滑和清理等。在射孔和扶正組件中,固定形態的光束可以被轉向和分裂成多股光束。另外,清洗組件的功能包括潤滑冷卻、激光通道清理等。

 

高強度激光射孔、水力壓裂儀示意簡圖

(從左至右分別為:激光扶正組件、激光射孔組件、旋轉組件和光學組件)

 

3.實驗室測試效果

沙特阿美研究人員進行了多種巖石類型的激光射孔測試,如圖4a)所示。測試結果表明,在測試的8大類、16個樣本中,頁巖儲層樣本普遍對激光的反射率很低,這意味著這類巖石可以吸收更多的電磁輻射從而獲得更好的射孔效果。另外,發現有兩種不同的電磁輻射吸收方法,分別為線性吸收和非線性吸收。這種不同吸收方式主要由儲層的非均質性、有機質含量(TOC)、晶體結構、形態和成分等因素決定,如圖4(b)所示。

   

5a)實驗室內測試的不同16個樣本的反射率值,顏色由淺至深代表了反射有強變弱;(b)相應16個樣本的有機質含量值,兩者呈現負相關,即TOC值越高,反射率越低

 

高強度激光射孔技術是一項前沿技術,如表1所示,它可以有效地改造致密儲層和頁巖儲層的孔隙度(測試中最高增效171%)和滲透率(測試中最高增效700%),從而極大地增加油氣田產量。目前,這項技術在實驗室階段已經獲得了可喜成果,未來將會在現場中應用。

1 激光技術改造后的滲透率和孔隙度增加效果


[責任編輯:dc]

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