專利名稱：頁巖氣增產設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及頁巖氣開采技術，尤其涉及一種頁巖氣增產設備。
背景技術：
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，它可以生成于有機成因的各種各個階段，天然氣一部分以游離相態(大約50%)存在于頁巖層裂縫、頁巖層孔隙及其它儲集空間，另一部分以吸附狀態(大約50%)存在于干酪根、粘土顆粒及粘土孔隙表面。頁巖氣是寶貴的資源、優質的能源和化工原料，可作為常規天然氣的接替能源或補充能源。現有頁巖氣開采的主要是依靠其自身解吸，采氣一段時間后，頁巖氣的產量急劇降低，頁巖氣開采的效果不理想，產量低、產量不穩定，不能達到工業開發標準。頁巖氣開采產氣量低的原因主要是:與常規天然氣相比，頁巖氣的儲存方式以吸附為主、儲層能量低(壓力低)、滲透性差，頁巖氣的產出過程是先解吸，然后在孔隙介質中滲流。僅依靠自身解吸較難獲得很高的產氣量和采收率，必須尋找和研究提高開采速度(或日產氣量)和采收率的新方法。為了提高頁巖氣的采收率，可在頁巖氣開產量低于工業開發標準(單井1000米3/日)時，采取增產措施。現有的增產措施主要采用水力壓裂進行儲層改造。其原理是通過地面泵車將壓裂液泵入到井底，高壓壓裂液在頁巖氣儲層內壓裂出一條或多條裂縫，從而為頁巖氣的滲流提供更多的通道。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頁巖氣的解吸，增產效果有限。這種頁巖氣增產的設備投資大、運行費用高，也限制了其廣泛應用。此外，還有一種針對頁巖氣的增產方法:C02吸附法，該方法是利用CO2具有比甲烷(CH4)高的吸附性，向頁巖層注入CO2，排擠甲烷或改變其吸附特性。這種方法還必須適當地降壓，在降壓過程中CH4解吸，CO2具有強吸附性而占據CH4的位置，從而使CH4保持游離狀態。具體過程是:生產井開井降壓，注入井注入CO2，降壓后CH4解吸為游離狀態，CO2吸附。然后增加注入壓力，CH4沿頁巖層孔隙流動從氣井產出。按照上述方法生產一段時間后，再次降壓，進行下一個循環的注入和產出。但由于降壓過程在生產井，而CO2是在注入井注入，導致CH4與CO2的競爭可能不同時發生，另外由于升壓與降壓的反復循環，縮短了頁巖氣生產的有效時間，因此也不能很大幅度地提高日產氣量。且此增產方法設備復雜，制備成本極高，也使其僅停留于實驗室研究階段。綜上，現有頁巖氣增產方法均無法快速、有效的實現頁巖氣的增產，同時，也沒有經濟、合理的頁巖氣增產設備。
實用新型內容本實用新型的目的在于，針對上述頁巖氣開發問題，提出了一種頁巖氣增產設備，其結構簡單、合理、投資小，在用于頁巖氣增產時可有效提高頁巖氣解吸速度和滲流速度，進而提聞頁巖氣廣量。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種頁巖氣增產設備，包括微波發生器、電源、內管和套設在內管外側且固定在頁巖氣井內壁上的外管，所述微波發生器可拆卸固定在內管下端，且與電源電聯，所述外管上與微波發生器對應的設置有微波發射孔。所述外管上端用于固定頁巖氣井內壁，所述微波發射孔用于使微波發生器發射的微波通過，加熱頁巖氣所在頁巖層，還可給頁巖層中解析的頁巖氣提供流通通道，使解析的頁巖氣匯入內管中。進一步地，所述微波發生器包括基座和兩個以上微波發射頭，所述兩個以上微波發射頭均布在基座上，可向其四周和下側發射微波。所述微波發生器用于發射微波加熱頁巖氣所在頁巖層。進一步地，所述內管為不銹鋼管或塑料內襯管，如油管。進一步地，所述內管靠近微波發生器的一段設置有篩孔。進一步地，所述外管位于頁巖氣所在頁巖層的一段設有篩孔，所述篩孔為解析的頁巖氣提供更多的流通通道。進一步地，所述微波發生器發射的微波頻率為1MHZ-10GHZ ;所述微波發生器功率為100千瓦-800千瓦。進一步地，所述微波發生器發射的微波頻率為2MHZ-5GHZ ;所述微波發生器功率為300千瓦-500千瓦。采用上述頁巖氣增產設備的頁巖氣增產方法，包括以下步驟:(I)、向頁巖氣井的頁巖層輸送熱能，并通過驅使所輸送的熱能在頁巖層中實現熱量傳遞而使頁巖層溫度升高；(2)、關閉頁巖氣井I 一 10天；(3)、打開頁巖氣井采氣。進一步地，實現熱量傳遞而使以頁巖氣井為圓心半徑50米范圍內頁巖層平均溫度升高20-30°C。進一步地，所述關閉頁巖氣井的時間為I 一 2天，等待熱量進一步傳遞擴散。頁巖氣增產原理:頁巖氣通常是以吸附狀態存在于頁巖層孔隙表面的，它的產出至少要經過解吸、擴散和滲流三個過程，其中解吸速度和滲流速度是決定產氣速度的主要因素。本實用新型頁巖氣增產方法，通過向頁巖氣所在巖層注入熱能，增加吸附態頁巖氣(甲烷)的自由能，從而提高甲烷從頁巖層孔隙表面上解吸的速度；同時頁巖氣受熱膨脹加速滲流流動，從而達到大幅度提高頁巖氣產量、實現頁巖氣的工業化開發的目的。本實用新型頁巖氣增產設備的工作步驟:通過微波發生器的微波發射頭向頁巖氣井的頁巖層發射微波即加熱頁巖層，并通過驅使所輸送的熱能在頁巖層中實現熱量傳遞而使頁巖氣所頁巖層溫度升高，使吸附在頁巖層上的呈吸附態的頁巖氣(甲烷)迅速解吸，變為游離態。隨著熱量向頁巖層深部傳遞，大量頁巖氣解吸為游離狀態，游離狀態的頁巖氣又受熱膨脹。當開頁巖氣井生產時，這些游離態的頁巖氣迅速產出，從而大幅度地提高頁巖氣井的產量。本實用新型頁巖氣增產設備是采用微波加熱頁巖氣所在頁巖層進而提高頁巖氣產量，本實用新型頁巖氣增產設備投資小，應用靈活方便，適合于小型氣田或井組試驗。
[0021]圖1為本實用新型的加熱示意圖；圖2為本實用新型的開采示意圖；圖3為圖1中微波發生器的俯視圖。
具體實施方式
實施例1圖1為本實用新型加熱示意圖；圖2為本實用新型開采示意圖，圖3為圖1中微波發生器的俯視圖。本實施例公開了一種頁巖氣增產設備，如圖3和圖4所示，包括微波發生器7、電源6，內管3和套設在內管3外側且固定在頁巖氣井內壁上的外管5。微波發生器7通過螺栓可拆卸固定在內管3下端，微波發生器7通過電纜8與電源6電聯；外管5上與微波發生器7對應的設置有微波發射孔。如圖5所示，本實施例所采用的微波發生器7包括柱狀基座和8個微波發射頭10，8個微波發射頭10均布在柱狀基座的圓周上,使微波發射頭10正對頁巖氣所在頁巖層4。一般微波發射頭10的個數依據微波發射頭的功率和頁巖氣開采需要而定。本實施例中內管3為不銹鋼管，內管3靠近微波發生器7的一段設置有篩孔，作為解析出的頁巖氣通道。本實施例中外管5位于頁巖氣所在頁巖層4的一段設有篩孔，可為解析的頁巖氣提供更多的流通通道。外管5上端用于固定頁巖氣井井壁。本實施例頁巖氣增產設備的工作步驟:將微波發生器7固定在內管3的下端，由內管3攜帶進入頁巖氣井內，并置于頁巖氣所在頁巖層中，接通電源6，啟動微波發生器7向頁巖氣所在頁巖層4發射微波,微波穿過外管5上的微波發射孔,在頁巖層4中實現熱量傳遞而使頁巖層4溫度升高；當以頁巖氣井為圓心半徑50米范圍內的頁巖層平均溫度升高20-30°C時，關閉微波發生器7的電源；關閉頁巖氣井1-2天；被加熱的頁巖層4中的頁巖氣解析速度提高，且受熱膨脹，依次經過外管5上的篩孔和內管3的篩孔，頁巖氣流入到內管3內，打開頁巖氣井采氣，經內管3流到地面，并匯入頁巖氣輸氣管網。以下詳述采用本實施例中頁巖氣增產設備需要開采頁巖氣的方法，頁巖氣所在頁巖層埋藏深度約800米，頁巖層原始溫度約40°C。頁巖氣井經過一段時間的正常采氣后，當單井日產量低于工業開發標準時(1000米3/日)。采用上述頁巖氣增產設備繼續開采頁巖氣，具體包括以下步驟:(I)、向頁巖氣井的頁巖層4輸送熱能，并通過驅使所輸送的熱能在頁巖層4中實現熱量傳遞而使頁巖層溫度升高；具體地，將微波發生器7置于頁巖氣所在頁巖層4，通過電源6通過電纜8為微波發生器7供電,微波發生器7發射微波加熱頁巖氣所在頁巖層4,使以頁巖氣井為圓心半徑50米范圍內頁巖層平均溫度升高30°C ;微波頻率為1MHZ-500MHZ ；微波發生器的功率為1000千瓦 5000千瓦；(2)、關閉頁巖氣井1-2天；( 3 )、打開頁巖氣井采氣。由于頁巖氣所在頁巖層溫度提高，加速了頁巖氣的解吸，加上頁巖氣的熱膨脹，使得頁巖氣由頁巖層加速流向頁巖氣井，依次通過外管5和內管3，經內管輸送到地面，并匯入輸氣管網。[0035]本實施例通過在頁巖氣所在頁巖層設置微波發生器7向頁巖氣施加熱能，使吸附態頁巖氣的自由能增加、解吸速度提高、受熱膨脹，并蒸發頁巖層中的水分提高氣相流動能力，從而大幅度提高頁巖氣單井產量。頁巖氣單井日產量提高6 10倍。最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
權利要求1.一種頁巖氣增產設備，其特征在于，包括微波發生器、電源、內管和套設在內管外側且固定在頁巖氣井內壁上的外管，所述微波發生器可拆卸固定在內管下端，且與電源電聯；所述外管上與微波發生器對應的設置有微波發射孔。
2.根據權利要求1所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述微波發生器包括基座和兩個以上微波發射頭，所述兩個以上微波發射頭均布在基座上。
3.根據權利要求1所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述內管為不銹鋼管或塑料內襯管。
4.根據權利要求1所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述內管為油管。
5.根據權利要求1或3所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述內管靠近微波發生器的一段設置有篩孔。
6.根據權利要求1所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述外管位于頁巖氣所在頁巖層的一段設有篩孔。
7.根據權利要求1所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述微波發生器發射的微波頻率為1MHZ-10GHZ ;所述微波發生器功率為100千瓦-800千瓦。
8.根據權利要求6所述頁巖氣增產設備，其特征在于，所述微波發生器發射的微波頻率為2MHZ-5GHZ ;所述微波發生器功率為300千瓦-500千瓦。
專利摘要本實用新型提供一種頁巖氣增產設備，包括微波發生器、電源、內管和套設在內管外側且固定在頁巖氣井內壁上的外管，所述微波發生器可拆卸固定在內管下端，且與電源電聯；所述外管上與微波發生器對應的設置有微波發射孔。本實用新型結構簡單、合理、緊湊，解決了現有頁巖氣開采中的諸多問題，將其用于頁巖氣增產可有效的提高頁巖氣解吸速度和滲流速度，進而提高頁巖氣產量。本實用新型提供的頁巖氣增產設備適合于直井、水平井或多分支井的頁巖氣開發。
文檔編號E21B43/24GK203161197SQ20122031790
公開日2013年8月28日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者楊勝來, 李芳芳, 陳浩, 李敏, 婁毅, 蔡福林, 代小川 申請人:中國石油大學(北京)