CN102691494A - 页岩气开采的气动脆裂法与设备 - Google Patents
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Abstract
本发明所述页岩气开采的气动脆裂法，是对页岩岩层反复交替施加至少两种不同压力的高温压缩气体，直至页岩岩层形成裂隙结构为止，所述高温压缩气体的温度至少为80℃,其最大压力至少为25MPa，最小压力为最大压力的1/4～1/3。上述方法中，所述高温压缩气体优选高温压缩空气或高温压缩二氧化碳气体。当高温压缩气体为高温压缩空气时，其温度至少为150℃，其最大压力至少为45MPa；当高温压缩气体为高温压缩二氧化碳气体时，其温度至少为80℃，其最大压力至少为25MPa。
Description
技术领域
本发明属于页岩气开采领域，特别涉及一种用气体动态疲劳脆性致裂技术致裂页岩岩层实现页岩气开采的方法与设备。
背景技术
页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,成分以甲烷为主,是一种重要的非常规天然气资源。全球页岩气资源非常丰富,据预测,世界页岩气资源量为456万亿立方米,页岩气藏具有分布范围广、开采寿命长和生产周期长的优点。随着社会对清洁能源需求的不断扩大,以及天然气价格不断上涨, 页岩气的开采影响到国家能源战略安全，因而越来越得到各国的重视。
页岩气被束缚在岩石内，如何使被束缚在岩石内的“致密气（页岩气）”高效释放是制约页岩气开采的瓶颈。现有页岩油气资源开采均采用水力压裂技术，即通过将压裂液压入油井中，将岩层压裂，产生高导流能力的裂缝通道，再注入支撑剂（主要是石英砂）撑住裂缝，进而提高油气采收率的开采工艺。页岩气开采所使用的压裂液中，98wt%为水， 2wt%为化学添加剂。因而存在以下问题：（1）耗水量巨大，对贫水、缺水的页岩气分布区域无法利用该技术进行油气开采；（2）虽然水力压裂有很高的起裂压力（最高达140MPa），但是水力压裂形成的主裂纹数目有限，压裂形式单一，对页岩的破裂程度不高，且液体表面张力大，液体分子相对较大，渗透性差，难以进入页岩致密孔隙，难以有效提高页岩中油气的渗透性油气，采出率低；（3）压裂液中的化学添加剂和页岩气（主要是甲烷）进入地下水中，对生态环境破坏严重，严重制约了页岩气的开采。
发明内容
本发明的目的在于提供一种页岩气开采的气动脆裂法与设备，以促进贫水、缺水地区页岩气的开采，并提高页岩气的采出率，保护生态环境。
本发明所述页岩气开采的气动脆裂法，是对页岩岩层反复交替施加至少两种不同压力的高温压缩气体，直至页岩岩层形成裂隙结构为止，所述高温压缩气体的温度至少为80℃,其最大压力至少为25MPa，最小压力为最大压力的1/4～1/3。所述裂隙结构是指页岩破裂，岩层内部致密的微孔隙相互贯通，具备了收集页岩气的条件。
上述方法中，所述高温压缩气体优选高温压缩空气或高温压缩二氧化碳气体。当高温压缩气体为高温压缩空气时，其温度至少为150℃，其最大压力至少为45MPa；为了提高对页岩岩层的致裂效果，高温压缩空气的含水量优选控制在10 vol. %~50 vol. %。当高温压缩气体为高温压缩二氧化碳气体时，其温度至少为80℃，其最大压力至少为25MPa。
本发明所述页岩气开采的气动脆裂法，采用以下操作步骤：
A、钻取伸入页岩岩层的竖井和与竖井连通的水平井，在竖井和水平井中安装具有保温性能的高压气体输送管，所述高压气体输送管的外径小于竖井和水平井的内径，安装在水平井中的高压气体输送管，其管壁上设置有出气孔，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔30m～50m设置一环形封堵器，形成多个环形气室；
B、将符合最大压力要求的高温压缩气体输入高压气体输送管，并保持该压力0.5~1小时，保压时间到达后，将高压气体输送管内的气体压力降低至符合最小压力要求的压力，使各环形气室内交替充满符合最大压力要求的高温压缩气体和符合最小压力要求的高温压缩气体，作用于页岩岩层；
C、重复步骤B的操作，重复次数以页岩岩层形成裂隙结构为止。
本发明所述页岩气开采的气动脆裂设备有以下两种结构：
1、第一种结构
页岩气开采的气动脆裂设备包括压缩机、增压机和压力控制系统，压力控制系统由压力控制器、第一控制阀和第二控制阀组成，所述第一控制阀安装在高压气体输送管的进气管路上，所述第二控制阀安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机的进气口通过管件连接，所述增压机的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器通过数据线分别与压缩机、增压机、第一控制阀和第二控制阀连接，用于控制高温压缩气体的形成及高压气体输送管内压力的反复交替变化与保压。此种页岩气开采的气动脆裂设备，适用于压缩气体过程中产生的温度即能使压缩气体达到所要求的高温的情况。
2、第二种结构
页岩气开采的气动脆裂设备包括压缩机、增压机、加热器和压力控制系统，压力控制系统由压力控制器、第一控制阀和第二控制阀组成，所述第一控制阀安装在高压气体输送管的进气管路上，所述第二控制阀安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机的进气口通过管件连接，所述增压机的排气口与加热器的进气口通过管件连接，所述加热器的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器通过数据线分别与压缩机、增压机、加热器、第一控制阀和第二控制阀连接，用于控制高温压缩气体的形成及高压气体输送管内压力的反复交替变化与保压。此种页岩气开采的气动脆裂设备，适用于压缩气体过程中产生的温度不能使压缩气体达到所要求的高温的情况。
上述页岩气开采的气动脆裂设备，还可包括除湿机，以降低压缩气体的含水量，所述除湿机的进气口与压缩机的排气口通过管件连接，所述除湿机的排气口与增压机的进气口通过管件连接，所述除湿机通过数据线与压力控制器连接。
上述页岩气开采的气动脆裂设备中，所述压力控制器为安装有控制软件的计算机。在压力控制器的控制下，压缩机将常压气体初级压缩至1 MPa～10 MPa，除湿机将来自压缩机的压缩气体中的水分降低至符合要求的含水量，增压机将来自压缩机的压缩气体或来自除湿机的压缩气体增压至符合最大压力要求的高温压缩气体，若增压机增压后的压缩气体温度低于所要求的温度，加热器将来自增压机的压缩气体升温至要求的温度；在压力控制器的控制下，第一控制阀开启或关闭，第二控制阀关闭或开启，第一控制阀用于将符合最大压力要求的高温压缩气体输入安装在页岩岩层所钻竖井和水平井中的高压气体输送管，第二控制阀用于排气，降低高压气体输送管内的气体的压力。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述方法为页岩气的开采提供了一种与现有技术构思不同的技术方案，不仅解决了贫水、缺水地区无法开采页岩气的难题，而且有利于生态环境保护。
2、本发明所述方法由于利用高温高压气体使页岩在不同压力的反复交替作用下发生脆性疲劳破坏而致裂，因而能使页岩中致密的微孔隙生长发育和贯通，极大提高页岩体的渗透性，促进页岩气解吸，并能使油气分子活性增大，在孔隙介质中的渗流、扩散能力加大，从而提高页岩油气产出效率。
3、本发明所述方法的配套设备可进行多级气体压缩及采用多机组并联的方式进行开采，因而能保证气体的致裂压力和热力能量。
4、本发明所述方法的配套设备能控制高温压缩气体的压力幅度和频率，使页岩体内部裂隙不断扩大并向深部发展，从而拓宽页岩油气涌出的通道和范围。
附图说明
图1是本发明所述方法的第一种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图2是在图1所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图3是本发明所述方法的第二种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图4是在图3所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图5是本发明所述方法的第三种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图6是在图5所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图7是本发明所述方法的第四种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图8是在图7所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图9是本发明所述方法的第五种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图10是在图9所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图11是本发明所述方法的第六种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图12是在图11所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图13是本发明所述方法的第七种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图14是在图13所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图；
图15是本发明所述方法的第八种工艺流程及配套设备的布局示意图；
图16是在图15所述工艺流程下页岩岩层形成裂隙结构的示意图。
图中，1—压缩机、2—增压机、3—加热器、4—压力控制器、5—竖井、6—水平井、7—封堵器、8—高压气体输送管、9—出气孔、10—除湿机、11—第一控制阀、12—第二控制阀、13—页岩裂隙。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述页岩气开采的气动脆裂法及设备作进一步说明。下述实施例中，压缩机选用型号为SF-10/250的气体压缩机（空气压缩机）或VW-16.7/40（二氧化压缩机）（中国蚌埠市艾普压缩机厂生产），增压机选用型号为ST140-7.5GH（济南赛思特流体系统设备有限公司生产），加热器选用型号为QL-GD-685的气体加热器(奇联电力设备有限公司生产)，除湿机选用型号为HZXW的微热再生吸附式干燥机（汉正气源设备有限公司生产），第一控制阀和第二控制阀均选用型号为PO的高压气动球阀〔普雷沃（POLOVO）生产〕，压力控制器为安装有控制软件的工业计算机。
实施例1
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图1所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩空气：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的一口水平井6，在竖井5和水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔30m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、增压机2工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压空气初级压缩至5MPa，增压机2将来自压缩机的压缩空气增压至45 MPa形成温度超过150℃的高温压缩空气（该高温压缩空气为本实施例设定的最大压力高温压缩空气），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力0.5小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至15 MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩空气），使各环形气室内交替充满45 MPa的高温压缩空气和15 MPa的高温压缩空气，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作 7 天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图2所示的裂隙结构。
实施例2
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图3所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩二氧化碳气体：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的一口水平井6，在竖井5和水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔40m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2、加热器3和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与加热器3的进气口通过管件连接，所述加热器3的排气口与所述第一控制阀11的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、加热器3、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、增压机2、加热器3工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压二氧化碳气体初级压缩至2MPa，增压机2将来自压缩机的压缩二氧化碳气体增压至25 MPa，加热器3将来增压机的压缩二氧化碳气体加热至温度为100℃高温压缩二氧化碳气体（本实施例设定的最大压力高温压缩二氧化碳气体），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力1小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至8MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩二氧化碳气体），使各环形气室内交替充满25MPa的高温压缩二氧化碳气体和8MPa的高温压缩二氧化碳气体，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作 10天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图4所示的裂隙结构。
实施例3
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图5所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩空气：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的一口水平井6，在竖井5和水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔50m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2、加热器3、除湿机10和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与除湿机10的进气口通过管件连接，所述除湿机10的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与加热器3的进气口通过管件连接，所述加热器3的排气口与所述第一控制阀11的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、加热器3、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、除湿机10、增压机2、加热器3工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压空气初级压缩至1MPa，除湿机10将来自压缩机的压缩空气中的水分降至10 vol. %，增压机2将来自除湿机的压缩空气增压至50 MPa，加热器3将来增压机的压缩空气加热至温度为180℃高温压缩空气（本实施例设定的最大压力高温压缩空气），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力1小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至14 MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩空气），使各环形气室内交替充满50MPa的高温压缩空气和14MPa的高温压缩空气，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作 8天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图6所示的裂隙结构。
实施例4
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图7所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩空气：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的两口相隔一定距离、且位于竖井同一侧的水平井6，在竖井5和各水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在两口水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔 30 m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2、加热器3、除湿机10和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与除湿机10的进气口通过管件连接，所述除湿机10的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与加热器3的进气口通过管件连接，所述加热器3的排气口与所述第一控制阀11的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、加热器3、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、除湿机10、增压机2、加热器3工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压空气初级压缩至1MPa，除湿机10将来自压缩机的压缩空气中的水分降至50vol. %，增压机2将来自除湿机的压缩空气增压至45MPa，加热器3将来增压机的压缩空气加热至温度为180℃高温压缩空气（本实施例设定的最大压力高温压缩空气），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力0.5小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至15MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩空气），使各环形气室内交替充满45MPa的高温压缩空气和15MPa的高温压缩空气，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作3天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图8所示的裂隙结构。
实施例5
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图9所示本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩二氧化碳气体：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的两口相隔一定距离、且位于竖井同一侧的水平井6，在竖井5和各水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在两口水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔40 m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2、加热器3和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与加热器3的进气口通过管件连接，所述加热器3的排气口与所述第一控制阀11的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、加热器3、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、增压机2、加热器3工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压二氧化碳气体初级压缩至1MPa，增压机2将来自压缩机的压缩二氧化碳气体增压至25MPa，加热器3将来增压机的压缩二氧化碳气体加热至温度为80℃高温压缩二氧化碳气体（本实施例设定的最大压力高温压缩二氧化碳气体），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力1小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至8MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩二氧化碳气体），使各环形气室内交替充满25MPa的高温压缩二氧化碳气体和8MPa的高温压缩二氧化碳气体，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作7天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图10所示的裂隙结构。
实施例6
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图11所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩空气：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的两口相隔一定距离、且位于竖井同一侧的水平井6，在竖井5和各水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在两口水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔 40 m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、增压机2工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压空气初级压缩至1MPa，增压机2将来自压缩机的压缩空气增压至60MPa形成温度超过150℃的高温压缩空气（该高温压缩空气为本实施例设定的最大压力高温压缩空气），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力1小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至20MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩空气），使各环形气室内交替充满60MPa的高温压缩空气和20MPa的高温压缩空气，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作3天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图12所示的裂隙结构。
实施例7
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图13所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩二氧化碳气体：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的两口相隔一定距离、且位于竖井两侧的水平井6，在竖井5和各水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在两口水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔50 m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2、加热器3和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与加热器3的进气口通过管件连接，所述加热器3的排气口与所述第一控制阀11的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、加热器3、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、增压机2、加热器3工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压二氧化碳气体初级压缩至1MPa，增压机2将来自压缩机的压缩二氧化碳气体增压至45MPa，加热器3将来增压机的压缩二氧化碳气体加热至温度为80℃高温压缩二氧化碳气体（本实施例设定的最大压力高温压缩二氧化碳气体），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力0.5小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至12MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩二氧化碳气体），使各环形气室内交替充满45MPa的高温压缩二氧化碳气体和12MPa的高温压缩二氧化碳气体，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作5天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图14所示的裂隙结构。
实施例8
本实施例中，页岩气开采的气动脆裂法及配套设备如图15所示，本实施例对页岩岩层反复交替施加两种不同压力的高温压缩空气：
A、钻取了伸入页岩岩层的竖井5和与竖井连通的两口相隔一定距离、且位于竖井两侧的水平井6，在竖井5和各水平井6中安装具有保温性能的高压气体输送管8，所述高压气体输送管的外径小于竖井5和水平井6的内径，安装在两口水平井6中的高压气体输送管8，其管壁上设置有出气孔9，在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔50m设置一环形封堵器7，形成多个环形气室；
页岩气开采的气动脆裂设备由压缩机1、增压机2和压力控制系统组成，压力控制系统由压力控制器4、第一控制阀11和第二控制阀12组成；所述第一控制阀11安装在高压气体输送管8的进气管路上，所述第二控制阀12安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机2的进气口通过管件连接，所述增压机2的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器4通过数据线分别与压缩机1、增压机2、第一控制阀11和第二控制阀12连接；
B、操作压力控制器4，启动压缩机1、增压机2工作，使第一控制阀11处于开启状态，压缩机1将常压空气初级压缩至10MPa，增压机2将来自压缩机的压缩空气增压至45MPa形成温度超过150℃的高温压缩空气（该高温压缩空气为本实施例设定的最大压力高温压缩空气），经第一控制阀11输入高压气体输送管8，并保持该压力1小时，保压时间到达后，在压力控制器4的控制下，第一控制阀11关闭、第二控制阀12开启，将高压气体输送管内的气体压力降低至15MPa（该压力为本实施例设定的最小压力高温压缩空气），使各环形气室内交替充满45MPa的高温压缩空气和15MPa的高温压缩空气，作用于页岩岩层；
C、在压力控制器4的控制下，重复步骤B的操作7天，环绕水平井6的页岩岩层即形成如图16所示的裂隙结构。
Claims (10)
1.一种页岩气开采的气动脆裂法，其特征是对页岩岩层反复交替施加至少两种不同压力的高温压缩气体，直至页岩岩层形成裂隙结构为止，所述高温压缩气体的温度至少为80℃,其最大压力至少为25MPa，最小压力为最大压力的1/4～1/3。
2.根据权利要求1所述页岩气开采的气动脆裂法，其特征是所述高温压缩气体为高温压缩空气或高温压缩二氧化碳气体。
3.根据权利要求2所述页岩气开采的气动脆裂法，其特征是当高温压缩气体为高温压缩空气时，其温度至少为150℃，其最大压力至少为45MPa。
4.根据权利要求3所述页岩气开采的气动脆裂法，其特征是所述高温压缩空气的含水量控制在10 vol. %~50 vol. %。
5.根据权利要求2所述页岩气开采的气动脆裂法，其特征是当高温压缩气体为高温压缩二氧化碳气体时，其温度至少为80℃，其最大压力至少为25MPa。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述页岩气开采的气动脆裂法，其特征是操作步骤如下：
A、钻取伸入页岩岩层的竖井（5）和与竖井连通的水平井（6），在竖井（5）和水平井（6）中安装具有保温性能的高压气体输送管（8），所述高压气体输送管的外径小于竖井（5）和水平井（6）的内径，安装在水平井（6）中的高压气体输送管（8），其管壁上设置有出气孔（9），在水平井的内表面与高压气体输送管的外表面所围成的环形空间内，每隔30m～50m设置一环形封堵器（7），形成多个环形气室；
B、将符合最大压力要求的高温压缩气体输入高压气体输送管，并保持该压力0.5~1小时，保压时间到达后，将高压气体输送管内的气体压力降低至符合最小压力要求的压力，使各环形气室内交替充满符合最大压力要求的高温压缩气体和符合最小压力要求的高温压缩气体，作用于页岩岩层；
C、重复步骤B的操作，重复次数以页岩岩层形成裂隙结构为止。
7.一种页岩气开采的气动脆裂设备，其特征是所述设备包括压缩机（1）、增压机（2）和压力控制系统，压力控制系统由压力控制器（4）、第一控制阀（11）和第二控制阀（12）组成，所述第一控制阀（11）安装在高压气体输送管的进气管路上，所述第二控制阀（12）安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机（2）的进气口通过管件连接，所述增压机（2）的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器（4）通过数据线分别与压缩机（1）、增压机（2）、第一控制阀（11）和第二控制阀（12）连接，用于控制高温压缩气体的形成及高压气体输送管内压力的反复交替变化与保压。
8.一种页岩气开采的气动脆裂设备，其特征是所述设备包括压缩机（1）、增压机（2）、加热器（3）和压力控制系统，压力控制系统由压力控制器（4）、第一控制阀（11）和第二控制阀（12）组成，所述第一控制阀（11）安装在高压气体输送管的进气管路上，所述第二控制阀（12）安装在高压气体输送管的排气管路上，所述压缩机的排气口与增压机（2）的进气口通过管件连接，所述增压机（2）的排气口与加热器（3）的进气口通过管件连接，所述加热器（3）的排气口与所述第一控制阀的进气口通过管件连接，所述压力控制器（4）通过数据线分别与压缩机（1）、增压机（2）、加热器（3）、第一控制阀（11）和第二控制阀（12）连接，用于控制高温压缩气体的形成及高压气体输送管内压力的反复交替变化与保压。
9.根据权利要求7或8所述页岩气开采的气动脆裂设备，其特征在于还包括除湿机（10），所述除湿机的进气口与压缩机（1）的排气口通过管件连接，所述除湿机的排气口与增压机的进气口通过管件连接，所述除湿机通过数据线与压力控制器（4）连接。
10.根据权利要求7或8所述页岩气开采的气动脆裂设备，其特征在于所述压力控制器（4）为安装有控制软件的计算机。
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