[發(fā)明專利]一種可控且可活動(dòng)的雙激光束開采頁巖氣裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710652920.5
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN107339084B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勝;占必紅;程佳瑞;蘇丹;王春喜
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/00
• 分類號(hào): E21B43/00
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

本發(fā)明公開了一種可控且可活動(dòng)的雙激光束開采頁巖氣裝置及方法，裝置主要包括雙激光頭、地面控制系統(tǒng)、信號(hào)采集和提取系統(tǒng)、高精度數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)等組成。所使用的雙激光頭產(chǎn)生可控的雙激光束，其中激光束1為連續(xù)激光，用于對頁巖進(jìn)行預(yù)熱；激光束2為脈沖激光，用來使頁巖產(chǎn)生本來局部裂紋并去除頁巖；在激光頭上安裝有機(jī)器人關(guān)節(jié)活動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得激光束1和激光束2可以在空間進(jìn)行一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使激光頭到達(dá)更遠(yuǎn)的位置進(jìn)行破巖。同時(shí)，在激光頭上安裝有高精密電磁油氣檢測傳感器和天然氣水合物檢測傳感器，分別用來檢測在破巖過程中可能會(huì)遇到的油氣田和可燃冰，避免因激光破巖而導(dǎo)致的爆炸的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)更安全的開采。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于頁巖氣開采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種頁巖氣開采裝置及方法，具體涉及一種可控且可活動(dòng)的雙激光束開采頁巖氣裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著油氣資源的日趨緊缺和對于能源安全的考慮，頁巖氣這一能夠有效緩解世界能源壓力的非常規(guī)天然氣資源，正在被世界各國所追捧，已成為世界能源研究的熱點(diǎn)之一，其開發(fā)和利用越來越多地得到世界各國的重視。頁巖氣是寶貴的資源、優(yōu)質(zhì)的能源和化工原料，可作為常規(guī)天然氣的接替能源或補(bǔ)充能源。世界頁巖氣資源很豐富，但目前還沒有廣泛地勘探與開發(fā)，其根本原因是頁巖基質(zhì)滲透率很低（一般小于1mD），勘探開發(fā)技術(shù)要求高，難度大。

頁巖氣是賦存于暗色泥頁巖層或高碳泥頁巖層中的天然氣，它可以生成于有機(jī)成因的各種各個(gè)階段，天然氣一部分以游離相態(tài)（大約50％）存在于頁巖層裂縫、頁巖層孔隙及其它儲(chǔ)集空間，另一部分以吸附狀態(tài)（大約50％）存在于干酪根、粘土顆粒及粘土孔隙表面。

全球?qū)搸r氣的開發(fā)尚處于早期階段，美國已經(jīng)建成了較大規(guī)模的頁巖氣產(chǎn)能，我國作為全球頁巖氣最多的國家之一，但頁巖氣開發(fā)尚未起步，且我國頁巖氣普遍埋藏較深，進(jìn)一步增加了開發(fā)難度。

現(xiàn)有頁巖氣開采的主要是依靠其自身解吸，采氣一段時(shí)間后，頁巖氣的產(chǎn)量急劇降低，頁巖氣開采的效果不理想，產(chǎn)量低、產(chǎn)量不穩(wěn)定，不能達(dá)到工業(yè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。頁巖氣開采產(chǎn)氣量低的原因主要是：與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣的儲(chǔ)存方式以吸附為主、儲(chǔ)層能量低（壓力低）、滲透性差，頁巖氣的產(chǎn)出過程是先解吸，然后在孔隙介質(zhì)中滲流。僅依靠自身解吸較難獲得很高的產(chǎn)氣量和采收率，必須尋找和研究提高開采速度(或日產(chǎn)氣量) 和采收率的新方法。

為了提高頁巖氣的采收率，可在頁巖氣開產(chǎn)量低于工業(yè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（單井1000立方米/日）時(shí)，采取增產(chǎn)措施。現(xiàn)有的增產(chǎn)措施主要采用水力壓裂進(jìn)行儲(chǔ)層改造。水力壓裂技術(shù)，包括清水壓裂技術(shù)、多段壓裂技術(shù)、同步壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)等，是目前唯一可以開啟頁巖氣礦藏的金鑰匙，使頁巖氣產(chǎn)量有了突飛猛進(jìn)的增長。它主要使用含砂的水，其中砂作為支撐劑，此外還有2%或更少的化學(xué)增強(qiáng)劑。其原理是通過地面泵車將壓裂液泵入到井底，當(dāng)高壓液體注入鉆井并使巖層裂開后，高壓液體中的支撐劑可以保持住裂縫，使其成為油氣導(dǎo)向鉆井的高速滲透通道。一方面循環(huán)壓裂液的凈化不妥可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，因?yàn)樗毫鸭夹g(shù)應(yīng)用于工業(yè)，眾所周知，會(huì)使用大量水和造成水污染問題，化學(xué)污染，甲烷污染等。另一方面，這種方法雖然增加了滲流通道，使部分解吸的頁巖氣流出，但沒有從根本上加速吸附態(tài)頁巖氣的解吸，增產(chǎn)效果有限。同時(shí)，大部分頁巖氣埋藏較深，采用水力壓裂法需要提供足夠大的壓力。導(dǎo)致設(shè)備投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，限制了其廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種可控且可活動(dòng)的雙激光束開采頁巖氣的新方法，充分發(fā)揮連續(xù)激光與脈沖激光技術(shù)的優(yōu)勢，解決了開采頁巖氣效率低、開采頁巖氣過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染、井底能量不足而導(dǎo)致的開采深度低的難題，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣的高效、清潔生產(chǎn)，保障國家能源戰(zhàn)略安全。同時(shí)，在激光破巖過程中，如遇到油氣田或可燃冰將立馬發(fā)生爆炸，為避免這一情況的發(fā)生，在連續(xù)激光頭保持架安裝有高精密電磁油氣檢測傳感器和天然氣水合物檢測傳感器，分別用來探測在破巖過程中可能會(huì)遇到的油氣田和可燃冰，從而避開油氣田或可燃冰區(qū)域，避免因激光破巖遇到油氣田和可燃冰導(dǎo)致爆炸的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)更安全的開采。