[發明專利]一種二氧化碳超聲震蕩發泡裝置及其分級強化壓裂方法

有效

• 申請號: 202110884076.5
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113431547B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 黃啟銘;李明陽;王剛;李軍
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/267;C09K8/68;C09K8/90;E21B43/00
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

本發明公開了一種二氧化碳超聲震蕩發泡裝置，包括水基壓裂系統、壓力監測系統、高壓注氣系統、超聲波震蕩系統和中央控制系統；高壓水泵進水端與壓裂液儲備罐連接，高壓水泵出水端與高壓管路進水端連接；壓力傳感器經防水電纜連接數據集成器；高壓氣泵進氣端與二氧化碳儲備罐連接，高壓氣泵出氣端與注氣管柱進氣端連接；超聲波換能器經傳輸電纜連接超聲波發生器；高壓水泵、數據集成器、高壓氣泵、超聲波發生器通過信號線纜與中央控制系統連接。同時，還公開二氧化碳超聲震蕩發泡分級強化壓裂方法。本發明能減少地面到井筒傳輸途中的泡沫損失，并能通過先水基壓裂，再泡沫化壓裂實現二次分級壓裂，減小壓裂起裂階段的濾失量，提高壓裂作業效果。

技術領域

本發明涉及煤層壓裂技術領域，特別涉及一種二氧化碳超聲震蕩發泡裝置及其分級強化壓裂方法。

背景技術

隨著我國經濟的迅速發展，對能源的需求量在不斷增加，作為新崛起能源的煤層氣逐漸成為了開采的重點。煤層氣是一種以吸附狀態賦存于煤層中的清潔能源，由于大多數煤層具有低滲透的特性，因此開采工作難度大。煤層壓裂技術是一種能夠有效提高煤層氣產量的措施，目前已有的煤層壓裂技術包括：水基壓裂、泡沫壓裂、酸性壓裂等，水基壓裂技術作為最常使用的壓裂技術，其原理是將壓力液注入井筒，以提高井筒壁壓力，導致煤層開裂形成裂縫，提高煤層滲透率，最終達到提高煤層氣產量的目的。水資源消耗和儲層殘留損害是水力壓裂技術應用中的兩類棘手問題。據統計，煤層單井壓裂耗水量可達1800噸，而我國的人均水資源量僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。長遠來看，水基壓裂液的應用對我國水資源的消耗十分嚴重。同時，水基壓裂液殘留物造成了一系列的儲層損害和污染問題。盡管在壓裂作業后，會進行返排處理，但由于水基壓裂液具有較高粘度，通常會有20％至30％體積的壓裂殘液永久滯留在儲層裂隙中，堵塞裂隙孔道，對煤層氣滲流和最終產量造成不利影響。針對水基壓裂液存在的弊端，研究人員提出了二氧化碳泡沫壓裂技術，即利用二氧化碳泡沫的特性，實現其在壓裂過程中耗水量小、煤層傷害小、返排迅速的特點，提高其壓裂增產的效果。但壓裂現場地面制備泡沫壓裂液后，需要由地面傳輸到井下，在傳輸過程中泡沫破滅量較大，影響壓裂效果。同時，由于泡沫壓裂液含有較大比例的氣相組分，濾失量較大，通常需要過高的起裂壓力，導致二氧化碳泡沫壓裂工藝的實施存在一定的困難。因此亟需提出一種新型壓裂技術，以提高二氧化碳泡沫壓裂的施工效果。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明旨在提供一種二氧化碳超聲震蕩發泡裝置及其分級強化壓裂方法，能減少地面到井筒傳輸過程中的泡沫損失，并能通過先水基壓裂，再泡沫化壓裂實現二次分級壓裂，減小壓裂起裂階段的濾失量，提高壓裂作業效果。

為了實現上述目的，本發明提出了一種二氧化碳超聲震蕩發泡裝置，包括水基壓裂系統、壓力監測系統、高壓注氣系統、超聲波震蕩系統和中央控制系統；

所述水基壓裂系統包括壓裂液儲備罐、高壓水泵和高壓管路，所述高壓水泵的進水端與壓裂液儲備罐連接，高壓水泵的出水端與高壓管路的進水端連接；

所述壓力監測系統包括壓力傳感器、防水線纜和數據集成器，所述壓力傳感器通過防水電纜連接數據集成器，壓力傳感器設置于高壓管路出水端的外壁上；

所述高壓注氣系統包括二氧化碳儲備罐、高壓氣泵和注氣管柱，所述高壓氣泵的進氣端與二氧化碳儲備罐連接，高壓氣泵的出氣端與注氣管柱的進氣端連接；

所述超聲波震蕩系統包括超聲波發生器、傳輸線纜和超聲波換能器，所述超聲波換能器通過傳輸電纜連接超聲波發生器，超聲波換能器設置于注氣管柱出氣端的外壁上；

所述高壓水泵、數據集成器、高壓氣泵、超聲波發生器分別通過信號線纜與中央控制系統連接。

上述方案中：所述超聲波換能器有三個，沿注氣管柱的長度方向均勻分布。上述設置有利于保證超聲波換能器的震蕩效果，使壓裂液與二氧化碳氣體充分混合，形成泡沫。

上述方案中：所述傳輸線纜的包裹層采用橡膠與鋁塑復合帶結合的形式，防水效果好。