CN108979606B - 一种页岩气增产装置 - Google Patents

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    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/164—Injecting CO2 or carbonated water

Abstract

本发明提供一种页岩气增产装置，属于页岩气开采技术领域。该装置包括注入泵、温度控制开关、柔性电加热管、附耳、井底闭环、控制开关、输送管、内筒、外筒、页岩气进口与分离膜，注入泵提供超临界CO2。内筒的外壁涂有隔热层，外筒有控制流体进出的孔道，页岩气进口中有分离膜，通过温度控制开关来控制柔性电加热管的温度，附耳控制柔性电加热管的位置，并且支撑内筒与外筒，同时也控制超临界CO2的压力。该装置通过柔性电加热管及附耳控制超临界CO2的状态；通过分离膜阻止CO2的进入，以保持进入井筒的页岩气保持纯净；通过柔性电加热管提供热源可以加热地层；注入的超临界CO2可以补充地层能量；页岩气增产装置结构简单，投资小，增产效果好。

Description

一种页岩气增产装置
技术领域
本发明涉及页岩气开采技术领域，特别是指一种页岩气增产装置。
背景技术
非常规油气资源随着常规油气资源的逐渐减少，并随着美国对页岩气资源的成功开发，逐渐为世界各国所关注。作为常规能源的有效补充，页岩气是一种重要的非常规天然气资源。
根据赋存状态，页岩气包括吸附气、游离气和溶解气。页岩气主要以游离气、吸附气存在泥页岩中，由于水对页岩气的溶解度较小，在地层中不含油(特别是轻质油)的情况下，溶解气含量几乎可以忽略不计。页岩气在世界范围内的含量巨大，而中国页岩气的储量居世界第一，可采储量有25万亿立方米。页岩为致密岩层，具有低渗透特性，孔隙率通常小于10％。页岩的矿物组成决定其力学性能，脆性矿物(如方解石、石英和长石等)含量较高的页岩具有较强的脆性，适于压裂。压裂时较易形成复杂的缝网，与天然裂缝的贯通有利于页岩气的流动，提高压裂产能。而黏土矿物含量较高的岩层塑性较强，压裂时不易产生复杂的裂隙网络，压裂产能不高。储层页岩的埋深深度平均在地表以下6000英尺(约合1829米)，储层受到埋深、地应力和温度等的影响，使得作业开采的技术难度增大，成本增加。而现对页岩气的开采大部分为水力压裂，增加渗流通道，开采游离气与小部分解吸气，但是大部分的吸附气并没有开采出来，而且水力压裂成本较大。所以现页岩气采收率较低，产量低，成本大。所以急需一种可以用来补充地层能量以及加速页岩气的解吸并且成本较低的页岩气的增产设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种页岩气增产装置。
该装置包括注入泵、温度控制开关、柔性电加热管、附耳、井底闭环、控制开关、输送管、内筒、外筒、页岩气进口和分离膜，内筒在外筒内部，内筒与外筒通过附耳连接并固定于外筒内部；注入泵与输送管相连，注入泵和输送管之间设置控制开关，输送管通入外筒与内筒之间；温度控制开关与柔性电加热管相连，柔性电加热管位于外筒和内筒之间；页岩气进口处有分离膜；内筒与外筒上部有封井环，下部有井底闭环，用来控制内筒与外筒之间的空间；附耳上设有附耳开口。
其中，温度控制开关安装在柔性电加热管上。
控制开关安装在输送管上。
内筒外壁设有隔热层。
柔性电加热管由附耳支撑。
封井环用于封住内筒与外筒之间的空隙。
附耳分布于内筒与外筒之间，并以内筒中心对称，隔180°分布。
柔性电加热管在井底向上180°折曲，并从另一侧通向地表，从而使柔性电加热管形成闭环。
分离膜为硅橡胶聚砜复合中空纤维膜。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过注入泵注入井中的超临界CO2，可以通过控制开关控制，柔性电加热管可以控制超临界CO2温度的衰减，不受井长度的影响。附耳可以控制内筒与外筒之间的距离不变，以保持超临界CO2的体积在井中不变，同时控制了井中超临界CO2的压力。通过柔性电加热管与附耳来保持CO2为超临界状态，阻止超临界CO2随井长而衰减。并且在井口处可以分离页岩气与二氧化碳，阻止二氧化碳的进入，使得采出的近乎为纯净页岩气。
此外，该装置通过控制柔性电加热管的温度以及附耳的大小来保持超临界CO2的状态；通过分离膜阻止CO2的进入，以保持进入井筒的页岩气保持纯净；通过柔性电加热管提供热源可以加热地层；注入的超临界CO2可以补充地层能量；页岩气增产装置结构简单，投资小，增产效果好。
附图说明
图1为本发明的页岩气增产装置结构示意图；
图2为本发明的页岩气增产装置主视图；
图3为本发明的页岩气增产装置左视图；
图4为本发明的页岩气增产装置俯视图。
其中：1-注入泵；2-温度控制开关；3-柔性电加热管；4-附耳；5-井底闭环；6-控制开关；7-输送管；8-内筒；9-外筒；10-页岩气进口；11-分离膜；12-附耳开口；13-封井环。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种页岩气增产装置。
如图1、图2、图3和图4所示，该装置中，内筒8在外筒9内部，内筒8与外筒9通过附耳4连接并固定于外筒9内部；注入泵1与输送管7相连，注入泵1和输送管7之间设置控制开关6，输送管7通入外筒9与内筒8之间；温度控制开关2与柔性电加热管3相连，柔性电加热管3位于外筒9和内筒8之间；页岩气进口10处有分离膜11；内筒8与外筒9上部有封井环13，下部有井底闭环5，用来控制内筒8与外筒9之间的空间；附耳4上设有附耳开口12。
注入泵1提供超临界CO2，并由输送管7输送到内筒8与外筒9之间，并由控制开关6来控制超临界CO2的流动。内筒8的外壁涂有隔热层，同时外筒9有可以控制流体进出的孔道(图中未画出)，使得超临界CO2流出管道，进入页岩。页岩气进口10穿过内筒8与外筒9，通向井筒内部，并在页岩气进口10中有分离膜11。在超临界CO2向下传输的过程中，为了弥补能量的损失，通过温度控制开关2来控制柔性电加热管3的温度，从而可以做到对超临界CO2的温度掌控。
其中封井环13位于井筒上部，用于封住内筒8与外筒9之间的空隙，防止超临界CO2的流出。
附耳4如图4分布于内筒8与外筒9之间，并以井中心对称，隔180°分布，可以控制柔性电加热管3的位置，并且可以控制内筒8与外筒9不相互接触，起到支撑的作用。在附耳4有如图1的附耳开口12，可以充分的让超临界CO2与柔性电加热管3接触，更好的控制超临界CO2的温度，由于附耳4的支撑作用，可以保持内筒8与外筒9之间的空间不变，同时也起到了控制超临界CO2的压力的作用。
柔性电加热管3在井底会向上180°折曲，如图3，并从另一侧通向地表，从而使柔性电加热管3形成闭环。
在井底有井底闭环5，是为了保护柔性电加热管3不受大变形的破坏，维持原有形状。
在井筒到达页岩层时，由于柔性电加热管3以及附耳4的作用，可以使CO2一直保持超临界的状态，从外筒9控制流体进出的孔道流入岩层，使超临界CO2加速页岩的解吸过程。
在柔性电加热管3的加热下，外筒9的温度也会随之升高，从而也起到了加热地层的作用，也加速了页岩气的解吸过程。
在页岩气进入井筒时，须经过页岩气进口10，而在页岩气进口10中有分离膜11，分离膜11是一种硅橡胶聚砜复合中空纤维膜，具有分离二氧化碳与页岩气的作用，能阻止二氧化碳的进入，以此来保证进入井筒的大部分为页岩气。
该页岩气增产装置原理如下：
根据赋存状态，页岩气分为吸附气、游离气和溶解气，其中溶解气很少，游离气可通过压裂开采。对于吸附气的开采，首先必须要让吸附气进行解吸，解吸的速度直接影响气井产气的速度。二氧化碳处于超临界态时，它既有气体的低黏度、超强的流动性和渗透性，又有液体的高密度。页岩对二氧化碳的吸附能力是吸附页岩气的4-20倍，超临界二氧化碳能将井下的页岩气挤出，大大加快页岩气解吸的速度；同时由于外筒的热能释放，对地层加热，又能加速页岩气的解吸。
而向地层中注入超临界CO2又能补充地层的能量，有益于页岩气的开采。
页岩气增产装置工作时，通过注入泵向内筒与外筒之间注入超临界CO2，通过控制开关控制超临界CO2的注入。待超临界CO2注入之后通过温度控制开关控制柔性电加热管，来增加超临界CO2的温度，可以对整个井的超临界CO2有整体的温度控制，防止温度随井深而衰减，而附耳可以控制内筒与外筒之间的距离，保持里面超临界CO2的体积不变，进而控制其压强，防止了超临界CO2压强随井深的变化而衰减，使CO2一直保持为超临界状态。最后使超临界CO2到达页岩时通过外筒可以控制流体进出的孔道进入页岩中，加速页岩气的解吸过程。由于柔性电加热管的加热，同时也能使周围的页岩进行升温，也加速了页岩气的解吸过程。页岩气解吸之后会流向页岩气进气口，而在页岩气进气口处有分离膜，可以分离页岩气与二氧化碳，分离膜11是由硅橡胶聚砜复合中空纤维构成，可以阻止二氧化碳的进入，使得采出的近乎为纯净页岩气。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种页岩气增产装置，其特征在于：包括注入泵(1)、温度控制开关(2)、柔性电加热管(3)、附耳(4)、井底闭环(5)、控制开关(6)、输送管(7)、内筒(8)、外筒(9)、页岩气进口(10)和分离膜(11)，内筒(8)在外筒(9)内部，内筒(8)与外筒(9)通过附耳(4)连接并固定于外筒(9)内部；注入泵(1)与输送管(7)相连，注入泵(1)和输送管(7)之间设置控制开关(6)，输送管(7)通入外筒(9)与内筒(8)之间；温度控制开关(2)与柔性电加热管(3)相连，柔性电加热管(3)位于外筒(9)和内筒(8)之间；页岩气进口(10)处有分离膜(11)；内筒(8)与外筒(9)上部有封井环(13)，下部有井底闭环(5)，用来控制内筒(8)与外筒(9)之间的空间；附耳(4)上设有附耳开口(12)；
注入泵(1)提供超临界CO2，并由输送管(7)输送到内筒(8)与外筒(9)之间，并由控制开关(6)来控制超临界CO2的流动，内筒(8)的外壁涂有隔热层，同时外筒(9)有控制流体进出的孔道，使得超临界CO2流出管道，进入页岩；页岩气进口(10)穿过内筒(8)与外筒(9)，通向井筒内部；
页岩气增产装置工作时，通过注入泵向内筒与外筒之间注入超临界CO2，通过控制开关控制超临界CO2的注入；待超临界CO2注入之后通过温度控制开关控制柔性电加热管，来增加超临界CO2的温度，对整个井的超临界CO2有整体的温度控制，防止温度随井深而衰减，附耳控制内筒与外筒之间的距离，保持里面超临界CO2的体积不变，进而控制其压强，防止超临界CO2压强随井深的变化而衰减，使CO2一直保持为超临界状态；最后超临界CO2到达页岩时通过外筒控制流体进出的孔道进入页岩中，加速页岩气的解吸过程；由于柔性电加热管的加热，使周围的页岩进行升温，加速页岩气的解吸过程；页岩气解吸之后流向页岩气进气口，在页岩气进气口处有分离膜，分离页岩气与二氧化碳，分离膜由硅橡胶聚砜复合中空纤维构成，能够阻止二氧化碳的进入，使得采出的近乎为纯净页岩气。
2.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述温度控制开关(2)安装在柔性电加热管(3)上。
3.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述控制开关(6)安装在输送管(7)上。
4.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述内筒(8)外壁设有隔热层。
5.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述柔性电加热管(3)由附耳(4)支撑。
6.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述封井环(13)用于封住内筒(8)与外筒(9)之间的空隙。
7.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述附耳(4)分布于内筒(8)与外筒(9)之间，并以内筒中心对称，隔180°分布。
8.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述柔性电加热管(3)在井底向上180°折曲，并从另一侧通向地表，从而使柔性电加热管(3)形成闭环。
9.根据权利要求1所述的页岩气增产装置，其特征在于：所述分离膜(11)为硅橡胶聚砜复合中空纤维膜。
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