[發明專利]液氮壓裂裝置及其使用方法

在審

• 申請號: 201910107524.3
• 申請日: 2019-02-02
• 公開（公告）號: CN109779595A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 張廣清;李兆星;趙波
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 陳燁;李輝

本發明公開了液氮壓裂裝置及其使用方法，該裝置包括：用于將氣體壓強轉換為液氮壓強的壓強轉換容器，供壓系統和供液氮系統；壓強轉換容器具有相對密閉的腔體，腔體上設置有用于連通供壓系統的第一端口、用于連通供液氮系統的第二端口；腔體上還設置有用于向待壓試件輸出帶壓液氮的第一開口；第一開口連接有第一控制閥；供壓系統能夠向壓強轉換容器提供預定氣壓；供液氮系統具有存儲有液氮的帶壓容器，帶壓容器具有出口端，出口端設置有第二控制閥，打開第二控制閥，帶壓容器內的液氮能流入壓強轉換容器的腔體內。本發明能夠可靠的將超低溫液氮實現順利注入，從而保證液氮壓裂的順利進行。

技術領域

本發明涉及油氣增產技術領域，特別涉及液氮壓裂裝置及其使用方法。

背景技術

隨著石油工業的逐漸發展，常規油氣藏日益減少。面對巨大的能源需求，低滲透的非常規油氣藏的開發逐漸被很多國家和地區所重視。其中，水力壓裂技術極大地推動了非常規油氣藏，例如頁巖氣的開發。但是，利用水力壓裂開發油氣藏的同時暴露出很多環境污染和資源浪費的問題。具體的，傳統的壓裂技術不僅需要大量的水資源而且在壓裂液中添加許多化學物質，這對于環境的污染非常嚴重。針對此問題近年來很多科研學者開始進一步研究更環保且高效的方法。

其中一種比較有效的方法是利用液氮作為壓裂液進行壓裂。液氮是一種非常穩定的冷源，溫度極低，為-198℃，并且化學性質穩定，不與其他物質發生反應，粘度低，使用和制備方便且環保。使用時，液氮的超低溫可以使巖石更容易產生多裂縫，提高油氣產量；而且液氮在汽化后不會污染環境，這使得液氮可以成為一種優秀的無水壓裂液。

目前液氮壓裂還處于實驗室的探索階段，且液氮的超低溫給實驗過程帶來了許多不可控的因素。例如，由于地層中存在一定的壓強，利用液氮進行壓裂時，需要利用加壓裝置對液氮進行加壓，從而將液氮順利的注入地層中。但是，現有的加壓裝置一般為活塞式液壓加壓裝置，該加壓裝置容易出現因降溫收縮不一致導致漏壓或卡塞。具體的，現有的加壓裝置一般用液壓油來推動活塞。該活塞可以包括外筒和內活塞。由于液氮是超低溫，在熱脹冷縮的作用下，外筒和內活塞會產生收縮。如果外筒收縮比內活塞大，就會把內活塞卡住；如果外筒沒有內活塞收縮大，那么內活塞和外筒之間就會出現空隙，液氮就會從縫隙中漏出。

因此，有必要提供一種新的液氮壓裂裝置和方法，能夠可靠的將超低溫液氮實現順利注入，從而克服現有技術中的上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供液氮壓裂裝置及其使用方法，能夠克服現有技術中的缺陷，可靠的將超低溫液氮實現順利注入，從而保證液氮壓裂的順利進行。

本發明的上述目的可采用下列技術方案來實現：

一種液氮壓裂裝置，包括：

用于將氣體壓強轉換為液氮壓強的壓強轉換容器，能與所述壓強轉換容器相連通的供壓系統和供液氮系統；

所述壓強轉換容器具有相對密閉的腔體，所述腔體上設置有用于連通所述供壓系統的第一端口、用于連通所述供液氮系統的第二端口；所述腔體上還設置有用于向待壓試件輸出帶壓液氮的第一開口；所述第一開口連接有第一控制閥；

所述供壓系統能夠向所述壓強轉換容器提供預定氣壓；

所述供液氮系統具有存儲有液氮的帶壓容器，所述帶壓容器具有出口端，所述出口端設置有第二控制閥，打開所述第二控制閥，所述帶壓容器內的液氮能流入所述壓強轉換容器的腔體內。

在一個優選的實施方式中，所述供壓系統包括：通過第一耐壓管依次連通的空氣壓縮機、第一儲氣罐、氣體增壓泵、第二儲氣罐，所述第一儲氣罐的容積大于所述第二儲氣罐的容積。

在一個優選的實施方式中，所述空氣壓縮機與所述第一儲氣罐之間、所述第一儲氣罐與所述氣體增壓泵之間、所述氣體增壓泵與所述第二儲氣罐之間、所述第二儲氣罐與所述第一端口之間的第一耐壓管上設置有第三控制閥。