一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及頁巖氣開采領域，尤其關于頁巖壓裂技術，是一種巖層蒸汽壓裂裝置。
【背景技術】
[0002]全球能源危機日益嚴峻，能源格局也在不斷變化。作為世界最主要能源的石油，其全球總產量在進入21世紀后，幾乎年年在36億噸上下徘徊，被很多評估者認為其“產量峰值”已經到來，未來產量很難有大幅增加，無法滿足全球能源需求的大幅增長。一度被寄予厚望的核電，在日本福島核事故后，德國、日本等國先后出臺“棄核”日程表，無法再挑起未來能源供給的重擔。而頁巖氣這種被國際能源界稱之為“博弈改變者”的氣體，正極大地改寫著世界的能源格局。
[0003]頁巖氣作為一種非常規(guī)天然氣，是保留在石油巖層中的天然氣，與“煤層氣”、“致密氣”同屬一類。它主要以吸附或游離狀態(tài)存在，聚集于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中。全世界全部沉積巖中，泥頁巖約占總量的六成，因此頁巖氣資源的前景極其遠大。
[0004]目前，頁巖氣的開采已經成為全球資源開發(fā)的一個熱點。頁巖氣藏基巖非常致密，有效孔喉半徑小、滲透率很低，這一特點決定了頁巖氣很高的開采難度。裂縫的發(fā)育程度是頁巖氣運移聚集、經濟開采的主要控制因素之一，但僅有少數(shù)天然裂縫十分發(fā)育的頁巖氣井可直接投入生產。通常，90%以上的頁巖氣井需要采取壓裂等增產措施。所以，壓裂技術顯得尤為重要。
[0005]水力壓裂作為頁巖氣開采的核心技術之一，已得到極大發(fā)展。水力壓裂就是指向井內栗入高壓液體，有資料表明，當氣藏深1980m時，閉合壓力可達33MPa，破裂壓力高達40MPa，高壓液體產生的井內高壓壓裂巖石，從而使頁巖氣流入井內的技術。以水力壓裂技術為基礎，逐漸發(fā)展產生的清水壓裂技術、水平井分段壓裂技術、重復壓裂技術以及同步壓裂技術等壓裂先進技術的規(guī)模化應用大幅度提高了頁巖氣井產量，極大地促進了頁巖氣產業(yè)的快速發(fā)展。
[0006]清水壓裂技術是在清水中加入少量的添加劑如表面活性劑、穩(wěn)定劑、減阻劑等作為壓裂液，攜帶少量支撐劑，采用大液量、大排量工藝技術進行的壓裂作業(yè)。由于該技術具有成本低、傷害低以及能夠深度解堵等優(yōu)點，是一種高效壓裂技術，所以是目前應用較多的壓裂技術。水平井分段壓裂是利用封隔器或其它材料段塞，在水平井筒內一次壓裂一個井段，逐段壓裂，壓開多條裂縫。該技術既可用于單一儲層區(qū)域，也可用于儲層中幾個不相連區(qū)域，作業(yè)者可以使用橋塞、連續(xù)油管、封隔器以及整體隔離系統(tǒng)，從而達到縮短生產時間和降低成本的要求。
[0007]但所有的水力壓裂技術都需要大量水資源，壓裂作業(yè)結束后，攜帶有支撐劑的水無法進行回收利用，不僅對地下水等環(huán)境造成嚴重污染，且造成水資源的大量浪費。在水資源日益匱乏、環(huán)保呼聲愈發(fā)高漲的今天，水力壓裂技術存在的問題顯得更加突出，造成頁巖氣開采成本過高，環(huán)境污染現(xiàn)象嚴重。

【發(fā)明內容】

[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，利用電磁感應生熱迅速產生大量蒸汽，形成井內高壓來壓裂巖石。該壓裂裝置采用電磁感應蒸汽壓裂的方法，不需要壓裂液，避免了對地下水的污染；壓裂過程需要的水資源少，成本低，壓裂效果好；且加熱速度快，開采周期短；運行安全可靠。
[0009]為實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的技術方案如下:一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，由井筒、液體輸送管、潛水栗、儲水池、金剛砂加料口、抽氣栗、輸氣管線、交流電源、儲氣罐、射孔、限位彈簧、金屬棒、導線、金剛砂顆粒和出水口組成，潛水栗將儲水池中的清水及金剛砂顆粒通過液體輸送管輸送進入水平井筒，水平井筒內均勻設有對稱的射孔，射孔處安裝有金屬棒，金屬棒中間為空心結構，限位彈簧穿過金屬棒，卡在井筒壁處對金屬棒進行限位固定。金屬棒上纏繞有導線，導線通交流電，井筒出口處安裝有抽氣栗，將壓裂產生的天然氣收集進入儲氣罐。
[0010]蒸汽壓裂裝置正常工作時，先打開交流電電源，導線內通交流電，纏繞在金屬棒處的線圈中產生高頻磁場，使固定在射孔處的金屬棒受磁場感應迅速產生高溫。一段時間后，開啟潛水栗，液體輸送管內開始只通清水，水經出水口流入井筒內，金屬棒處的高溫使水汽化產生水蒸氣，井內壓力急速升高，高壓使射孔處向頁巖層內壓出多條裂縫。一段時間后，通過金剛砂加料口分批次加入金剛砂顆粒，金剛砂粒徑在0.8-lmm之間，顆粒均勾，顆粒太大不易于進入裂縫中，顆粒太小支撐作用減弱，顆粒經噴砂處理，表面粗糙度達30-70 μπι，顆粒表面光滑可避免管路堵塞。金剛砂顆粒進入裂縫進行支撐，使頁巖氣不斷流入井內。一段時間后關閉潛水栗，井內壓力恢復常壓狀態(tài)，裂縫在金剛砂顆粒支撐下仍然保持張開狀態(tài)，打開抽氣栗抽取頁巖氣，頁巖氣通過輸氣管線被輸送至儲氣罐，進行后續(xù)處理及應用。
[0011]以上頁巖蒸汽壓裂裝置可與水平井段分段壓裂技術相結合，水平井筒中安裝有封隔器或其它材料段塞，利用封隔器或其它材料段塞，實現(xiàn)逐段壓裂，壓開多條裂縫，縮短生產時間，降低成本。每一段的壓裂過程與頁巖蒸汽壓裂裝置相同，但整體壓裂過程分段完成，每一段在壓裂過程中加入的金剛砂顆粒的量都有所增加。該技術可用于單一儲層區(qū)域，也可用于儲層中幾個不相連的區(qū)域。
[0012]本發(fā)明一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，其優(yōu)點和作用為:
[0013](I)采用電磁感應生熱，迅速產生大量蒸汽來壓裂巖石的方法，不需要大量水資源，避免了水資源及運輸水的開支，成本低，減少浪費；
[0014](2)壓裂過程不需要使用由表面活性劑、穩(wěn)定劑、減阻劑等組成的壓裂液，避免了對地下環(huán)境的污染，滿足環(huán)境保護的要求；
[0015](3)電磁感應蒸汽加熱效率高、速度快，避免了能量流失，大大縮短了頁巖氣開采的周期；
[0016](4)工作過程運行穩(wěn)定，安全可靠，可對加熱溫度及時控制，溫度過高時可自動切斷交流電源。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置的結構圖；
[0018]圖2是圖1中I處局部放大圖；
[0019]圖3是圖2中A-A截面圖。
[0020]附圖中:1-頁巖層，2-井筒，3-液體輸送管，4-潛水栗，5-儲水池，6_金剛砂加料口，7-抽氣栗，8-輸氣管線，9-交流電源，10-儲氣罐，11-射孔，12-限位彈簧，13-金屬棒，14-導線，15-金剛砂顆粒，16-裂縫，17-出水口。
【具體實施方式】
[0021]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，由井筒2、液體輸送管3、潛水栗4、儲水池5、金剛砂加料口 6、抽氣栗7、輸氣管線8、交流電源9、儲氣罐10、射孔11、限位彈簧12、金屬棒13、導線14、金剛砂顆粒15和出水口 17組成，潛水栗4將儲水池5中的清水及金剛砂顆粒15通過液體輸送管3輸送進入頁巖層I內的水平井筒2，水平井筒2內均勻設有對稱的射孔11，射孔11處安裝有金屬棒13，金屬棒13中間為空心結構，限位彈簧12穿過金屬棒13，卡在井筒2壁處對金屬棒13進行限位固定。金屬棒13上纏繞有導線14，導線14通交流電，井筒22出口處安裝有抽氣栗7，將壓裂產生的天然氣收集進入儲氣罐10。
[0022]本發(fā)明一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，蒸汽壓裂裝置正常工作時，先打開交流電源9，導線14內通交流電，纏繞在金屬棒13處的線圈中產生高頻磁場，使固定在射孔11處的金屬棒13受磁場感應迅速產生高溫。一段時間后，開啟潛水栗4，液體輸送管3內開始只通清水，水經出水口 17流入井筒2內，金屬棒13處的高溫使水汽化產生水蒸氣，井內壓力急速升高，高壓使射孔11處向頁巖層I內壓出多條裂縫16。一段時間后，通過金剛砂加料口 6分批次加入金剛砂顆粒15，金剛砂粒徑在0.8-lmm之間，顆粒均勾，經噴砂處理，表面粗糙度達30-70 μm，避免管路堵塞。金剛砂顆粒15進入裂縫16進行支撐，使頁巖氣不斷流入井內。一段時間后關閉潛水栗4，井內壓力恢復常壓狀態(tài)，裂縫16在金剛砂顆粒15支撐下仍然保持張開狀態(tài)，打開抽氣栗7抽取頁巖氣，頁巖氣通過輸氣管線8被輸送至儲氣罐10，進行后續(xù)處理及應用。
[0023]以上頁巖蒸汽壓裂裝置可與水平井段分段壓裂技術相結合，利用封隔器或其它材料段塞，實現(xiàn)逐段壓裂，壓開多條裂縫，縮短生產時間，降低成本。每一段的壓裂過程與頁巖蒸汽壓裂裝置相同，但整體壓裂過程分段完成，每一段在壓裂過程中加入的金剛砂顆粒15的量都有所增加。該技術可用于單一儲層區(qū)域，也可用于儲層中幾個不相連的區(qū)域。
【主權項】
1.一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，其特征在于:由井筒、液體輸送管、潛水栗、儲水池、金剛砂加料口、抽氣栗、輸氣管線、交流電源、儲氣罐、射孔、限位彈簧、金屬棒、導線、金剛砂顆粒和出水口組成，潛水栗將儲水池中的清水及金剛砂顆粒通過液體輸送管輸送進入水平井筒，水平井筒內均勻設有對稱的射孔，射孔處安裝有金屬棒，金屬棒中間為空心結構，限位彈簧穿過金屬棒卡在井筒壁處對金屬棒進行限位固定；金屬棒上纏繞有導線，導線通交流電，井筒出口處安裝有抽氣栗，將壓裂產生的天然氣收集進入儲氣罐。2.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，其特征在于:金剛砂粒徑在0.8-lmm之間，表面粗糙度達30-70 μ m。3.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，其特征在于:水平井筒中安裝有封隔器或其它材料段塞。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于頁巖氣開采的巖層蒸汽壓裂裝置，由井筒、液體輸送管、潛水泵、儲水池、金剛砂加料口、抽氣泵、輸氣管線、交流電源、儲氣罐、射孔、限位彈簧、金屬棒、導線、金剛砂顆粒和出水口組成，潛水泵將儲水池中的清水及金剛砂顆粒通過液體輸送管輸送進入水平井筒，水平井筒內均勻設有對稱的射孔，射孔處安裝有金屬棒，金屬棒中間為空心結構，限位彈簧穿過金屬棒，卡在井筒壁處對金屬棒進行限位固定。金屬棒上纏繞有導線，導線通交流電，井筒出口處安裝有抽氣泵，將壓裂產生的天然氣收集進入儲氣罐。本發(fā)明采用電磁感應生熱迅速產生大量蒸汽來壓裂巖石的方法，不需要大量水資源；又因不需要使用壓裂液，從而避免了對地下環(huán)境的污染。
【IPC分類】E21B43/24, E21B43/26
【公開號】CN105134157
【申請?zhí)枴緾N201510651290
【發(fā)明人】楊衛(wèi)民, 王晗, 關昌峰, 閻華 , 譚晶, 謝鵬程, 焦志偉, 丁玉梅
【申請人】北京化工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月10日