[發明專利]微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110818807.6
• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113356825B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 郭懿德;黃麟淇;李夕兵
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267;E21B43/22
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 柳鶯

1.一種微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，安裝于頁巖氣井內，其特征在于：包括微波照射組件、干冰壓裂組件和頁巖氣收集組件，

所述頁巖氣井包括豎直井筒（1）和與該豎直井筒連通布置的水平井筒（2），在水平井筒的筒壁上開有射孔（3）；

所述微波照射組件包括依次連接的微波發生器（4）、波導管（5）和微波發射器（6），微波發射器置于水平井筒內并與射孔相對應布置，微波發生器通過波導管將微波傳至微波發射器，微波發射器通過射孔對水平井筒外的頁巖層（7）進行微波照射，形成高溫的頁巖層；

所述干冰壓裂組件包括依次連接的干冰制備裝置（8）、高壓輸送泵（9）、干冰輸送管控制閥（10）和干冰輸送管，所述干冰輸送管包括主管（19）和若干支管（20），主管貫穿豎直井筒置于水平井筒內，支管連接于與射孔相對應處的主管上，在頁巖氣井外還設有溫度報警器（21），該溫度報警器上的溫度傳感器（22）伸入頁巖氣井內并置于主管末端，干冰制備裝置和高壓輸送泵均置于頁巖氣井外，干冰制備裝置中制備的干冰經過高壓輸送泵及干冰輸送管送入水平井筒中，通過射孔對高溫的頁巖層進行壓裂；

所述頁巖氣收集組件包括依次連接的頁巖氣儲存裝置（11）、抽氣泵（12）和抽氣控制閥（13），抽氣控制閥與干冰輸送管的前端相連通布置。

2.根據權利要求1所述的微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，其特征在于：在水平井筒下方的豎直井筒內設有第一封隔器（14）。

3.根據權利要求1所述的微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，其特征在于：在水平井筒末端設有第二封隔器（15）。

4.根據權利要求1所述的微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，其特征在于：在干冰制備裝置與高壓輸送泵之間設有用于添加支撐劑的補料口（16）。

5.根據權利要求1所述的微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，其特征在于：所述微波照射組件還包括置于豎直井筒內的微波轉換器（17），微波發生器置于頁巖氣井外且其微波輸出端通過電纜（18）與微波轉換器的微波輸入端連接，微波轉換器的微波輸出端與波導管的微波輸入端連接。

6.根據權利要求1所述的微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，其特征在于：支管直徑等于射孔直徑且支管直徑為主管直徑的1/4至1/3。

7.根據權利要求1所述的微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的裝置，其特征在于：所述干冰為干冰流。

8.一種微波照射聯合干冰壓裂開采頁巖氣的方法，其特征在于包括如下步驟：

S1、在地層中連通布置豎直井筒（1）和水平井筒（2），且豎直井筒外側為上覆巖層，水平井筒置于頁巖層（7）內，且在水平井筒的筒壁上開設射孔（3）；

S2、在水平井筒內架設波導管（5），在波導管的輸出端連接上與射孔對應布置的微波發射器（6），將微波發生器（4）連接于波導管輸入端；

S3、在頁巖氣井內設置干冰輸送管，在頁巖氣井外設置依次連接的干冰制備裝置（8）、高壓輸送泵（9）和干冰輸送管控制閥（10），在頁巖氣井外設置依次連接的頁巖氣儲存裝置（11）、抽氣泵（12）和抽氣控制閥（13），干冰輸送管控制閥的出口和抽氣控制閥的進口均與干冰輸送管的前端相連通布置；

S4、開啟微波發生器，微波發射器激發微波通過射孔對頁巖層進行照射加熱；

S5、頁巖層溫度逐步升高，待水平井筒內的溫度達到溫度報警器所設置的上限溫度時，關閉微波發生器；

S6、打開高壓輸送泵和干冰輸送管控制閥，利用干冰輸送管持續將干冰送入水平井筒，水平井筒內的干冰通過射孔壓裂高溫頁巖層；

S7、當水平井筒內的溫度低于溫度報警器所設置的下限溫度時，關閉高壓輸送泵和干冰輸送管控制閥，再次開啟微波發生器對已經壓裂形成的裂縫網再次進行照射；

S8、當水平井筒內的溫度加熱至溫度報警器所設置的上限溫度的1/2時，關閉微波發生器，打開抽氣泵和抽氣控制閥，將頁巖氣收集匯入頁巖氣儲存裝置。