CN110185421B - 一种页岩气的采收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种页岩气的采收装置及方法，涉及能源开采技术领域。包括控制器、孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构，固有频率检测机构检测射孔孔眼所在目的地层的固有频率并发送至控制器，通过人工智能控制，调节振动发生机构的振动频率使所述目的地层发生共振，在共振状态下，诱发吸附在页岩基质表面的甲烷分子发生解吸，增加解吸气量，同时沿页岩层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。有效地提高该部分页岩的渗透率，进而提高非常规天然气的采收率。还可在岩石内部造成产生压涨的条件，使得岩石内部微孔隙末端继续向内部破裂扩张，形成页岩空隙和裂缝，从而加快页岩气的扩散和解吸过程，以提高页岩气井采收率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及能源开采技术领域，具体涉及一种页岩气的采收装置及方法。
背景技术
如何高效低成本地将页岩气从地下采出，已是制约我国页岩气发展的瓶颈。目前我国页岩气开发成本很高，每口水平井成本在6000-8000万元，且不同地层产气能力不一。
中国非常规天然气(页岩气、煤层气等)开发面临很多问题。如何提高单井产量，降低开采成本是我国页岩气(煤层气等)开发目前面临的主要问题，其核心内容为页岩储层的改善。与美国比较，中国页岩气在富集、保存、成藏及物性等各方面存在很大差异。首先，在地质构造方面，我国大陆特别是页岩气资源相对集中的中上扬子地块经历多次地质运动，造成地下断裂十分发育；在沉积方面，我国页岩的RO(有机质成熟度)远大于美国，即基本都已过了生气窗口，资源潜力不如美国，且大部分页岩的渗透率及孔隙度等指标都不是很理想，同时含气量普遍偏低，且吸附气占主导。这些都严重地制约了我国页岩气开发工作。
目前天然气开采的主要方法仍然是钻孔后下套管，在套管上开设有射孔孔眼，依靠地层内天然气自身压力实现采集，但是由于我国页岩储层存在以上诸多问题，造成页岩气开采的产量低、开采成本高。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种页岩气的采收装置及方法，以解决现有技术中页岩气单井产量低、开采成本高而严重制约我国页岩气开发的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，该页岩气的采收装置包括控制器、孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构，孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构相对固定并分别与控制器连接，固有频率检测机构检测射孔孔眼所在目的地层的固有频率并发送至控制器，控制器调节振动发生机构的振动频率使所述目的地层发生共振。
进一步地，所述的孔眼检测机构包括声波发射换能器和声波接收换能器，所述声波发射换能器与声波接收换能器分别连接控制器。
进一步地，所述的振动发生机构包括振动发射换能器和放电电极，振动发射换能器的输入端与控制器连接，振动发射换能器的输出端与放电电极连接。
进一步地，所述的放电电极通过伸缩机构连接发射换能器。
进一步地，所述的控制器包括地面控制器和井下控制器，所述地面控制器连接固有频率检测机构和振动发生机构，所述井下控制器连接孔眼检测机构，所述地面控制器与井下控制器相互连接。
进一步地，所述的固有频率检测机构为三分量检波器。
进一步地，所述的孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构固定在一个管柱上。
根据本发明实施例的第二方面，该页岩气的采收方法利用页岩气的采收装置，包括以下步骤：
1)、采收装置在井内移动的过程中，孔眼检测机构检测射孔孔眼的位置，检测到射孔孔眼的位置后采收装置固定；
2)、振动发生机构在射孔孔眼处产生振动后，固有频率检测机构检测射孔孔眼所在目的地层的固有频率，控制器控制振动发生机构发出所述固有频率的机械波，连续不断的机械波通过射孔孔眼向页岩深部传播，使得页岩产生共振，在共振状态下，诱发吸附在页岩基质表面的甲烷分子发生解吸，增加解吸气量，同时沿页岩层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。
进一步地，在所述的步骤2)中，固有频率检测机构连续监测目的地层固有频率变化，并将固有频率变化反馈至控制器，控制器不断地调整振动发生机构的振动频率，使得目的地层一直处于共振状态。
本发明实施例具有如下优点：
1、改善页岩储层物性。过去有过许多物理法采油技术诞生与应用，如电脉冲、电爆振、超声波、水力振荡、等离体脉冲等。此类技术主要作用是解决油气井近井地带地层的堵塞问题，进而有效提高油气采收率。一般作用有效距离很短、作用频率很低，基本上处于盲振状态，没有考虑固有频率下共振状态对储层的影响。而本发明是通过闭环检测，连续大功率机械波以目的地层固有频率，在人工智能引导下，作用在目的地层含气页岩，使得一定范围内岩层形成共振，以增加岩层的微孔隙、微裂隙数量，提高其渗透率，实验室证明页岩及煤岩在共振状态下，能够有效地提高试样渗透率300％左右。
2、共振作用能量集中、连续、作用距离远。地下岩石固有频率随作用范围不同一般在15-60HZ之间，此频率范围内机械波作用范围较大，作用时间可任意控制，能量集中、连续，共振效果强。
3、具备解堵功能。可以任意调节振动发射换能器的工作频率，大功率机械波在岩石传播过程中，除了共振作用外，还能产生冲击作用，使得沉淀在压裂改造所形成近井通道中的微小颗粒产生震荡，随气或水运移出来，达到油气井或注水井的解堵功能。同时机械振动作用在页岩中迭加，除了共振作用外，还可在岩石内部造成产生压涨的条件，使得岩石内部微孔隙末端继续向内部破裂扩张，形成页岩空隙和裂缝，从而加快页岩气的扩散和解吸过程，以提高页岩气井采收率。
4、增加页岩解吸能力。页岩气主要由游离及吸附状态的甲烷气体构成，一般情况下游离与吸附之比值为4:6或3:7，因此如何让页岩气快速地解吸也是制约页岩气开发的关键问题之一。实验室研究表明，在外部激波作用下，吸附状态下甲烷能够多解吸20％，通过共振作用增加页岩气的解吸量，因此，可以从根本上解决提高采收率的核心问题，这与上述物理法采油技术有着本质区别。
5、设备工艺简单，施工方便，针对煤层气及页岩气，能极大地降低生产成本。
6、可有效地改变目前页岩气开发模式。例如四川盆地等复杂构造区，页岩气开发受地面及地下地质条件制约，能够进行水平井井工厂作业的区域少之又少，此技术的应用，在页岩气开发时，可以不以水平井及大规模分段压裂为主，而是以大斜度定向井为主，既降低了成本，同时又解放了大量的不支持水平井钻井的大量可开发地域面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种页岩气的采收装置的示意图；
图2为本发明实施例1的电气原理图；
图中：1-地面控制器 2-铠装电缆 3-管柱 4-三分量检波器 5-声波发射换能器6-井下控制器 7-声波接收换能器 8-射孔孔眼 9-放电电极10-振动发射换能器11-套管。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
参见图1～2，该页岩气的采收装置包括控制器、孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构，孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构相对固定并分别与控制器连接，固有频率检测机构检测射孔孔眼所在目的地层的固有频率并发送至控制器，控制器调节振动发生机构的振动频率使所述目的地层发生共振。
本实施例中的控制器包括地面控制器1和井下控制器6，地面控制器1连接固有频率检测机构和振动发生机构，井下控制器6连接孔眼检测机构，地面控制器1与井下控制器6相互连接，孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构固定在一个管柱3上，连接孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构的铠装电缆2向上连接地面控制器1。其中孔眼检测机构包括声波发射换能器5和声波接收换能器7，声波发射换能器5与声波接收换能器7分别连接控制器。
振动发生机构包括振动发射换能器10和放电电极9，振动发射换能器10的输入端与控制器连接，振动发射换能器10的输出端与放电电极9连接。而且本实施例中的放电电极9通过伸缩机构连接发射换能器，具体伸缩结构可以采用电动推杆或者折叠连杆结构。固有频率检测机构为三分量检波器4。
一种页岩气的采收方法利用页岩气的采收装置，包括以下步骤：
1)、采收装置在井内移动的过程中，孔眼检测机构检测套管11上的射孔孔眼8的位置，检测到射孔孔眼8的位置后，通过指令缆车引导精确定位，采收装置固定在当前位置；
2)、井下控制器6既人工智能单元发出控制指令，隐藏于振动发射换能器10中的放电电极9伸出并定位于射孔孔眼8处，地面控制器1发出检测指令，大功率振动发射换能器10产生一个电爆信号，井下三分量检波器4通过接收到的纵横波速度等数据，检测计算出地下目的层位页岩的固有频率，随后，由地面控制器1以此固有频率发出大功率驱动信号，大功率振动发射换能器10接收该驱动信号并转换发出该频率的机械波，连续不断的机械波通过射孔孔眼8向页岩深部传播，使得页岩产生共振，在共振状态下，甲烷分子发生解吸，同时沿页岩层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。这样就可以有效地提高该部分页岩的渗透率，进而提高非常规天然气的采收率。
在步骤2)中，三分量检波器4连续监测目的地层固有频率变化，并将固有频率变化反馈至地面控制器1，地面控制器1不断地调整振动发射换能器10的振动频率，使得目的地层一直处于共振状态。
影响页岩气产出的主控因素有很多，如TOC(有机质含量)、R0(有机质成熟度)、保存条件、孔隙度、渗透率等。在相同或类似的构造区域，我们发现页岩的微孔隙、微裂缝发育地区，页岩渗透率较高，单井页岩气产量高；地层压力系数高产量高。其中只有渗透率是可以通过人工方法加以改善。因此，本发明实施例提出在人工智能技术支撑下，利用外部能量使得岩石发生共振，使得吸附在页岩基质表面的甲烷分子解吸，变成游离状态，同时增加页岩内部微孔隙及微裂缝，进而改善岩石内部孔隙度，提高其渗透率，以达到提高采收率的目的。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种页岩气的采收装置，其特征在于：所述的采收装置包括控制器、孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构，孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构相对固定并分别与控制器连接，固有频率检测机构检测射孔孔眼(8)所在目的地层的固有频率并发送至控制器，控制器调节振动发生机构的振动频率使所述目的地层发生共振；所述的振动发生机构包括振动发射换能器(10)和放电电极(9)，振动发射换能器(10)的输入端与控制器连接，振动发射换能器(10)的输出端与放电电极(9)连接；所述的放电电极(9)通过伸缩机构连接发射换能器；所述的孔眼检测机构、固有频率检测机构和振动发生机构固定在一个管柱(3)上；所述的固有频率检测机构为三分量检波器(4)；伸缩结构采用电动推杆或者折叠连杆结构；所述的控制器包括地面控制器(1)和井下控制器(6)，所述地面控制器(1)连接固有频率检测机构和振动发生机构，所述井下控制器(6)连接孔眼检测机构，所述地面控制器(1)与井下控制器(6)相互连接。
2.根据权利要求1所述的页岩气的采收装置，其特征在于：所述的孔眼检测机构包括声波发射换能器(5)和声波接收换能器(7)，所述声波发射换能器(5)与声波接收换能器(7)分别连接控制器。
3.一种页岩气的采收方法，其特征在于：所述的采收方法利用权利要求1～2任一项所述的页岩气的采收装置，包括以下步骤：
1)、采收装置在井内移动的过程中，孔眼检测机构检测射孔孔眼(8)的位置，检测到射孔孔眼(8)的位置后采收装置固定；
2)、振动发生机构在射孔孔眼(8)处产生振动后，固有频率检测机构检测射孔孔眼(8)所在目的地层的固有频率，控制器控制振动发生机构发出所述固有频率的机械波，连续不断的机械波通过射孔孔眼(8)向页岩深部传播，使得页岩产生共振，在共振状态下，诱发吸附在页岩基质表面的甲烷分子发生解吸，增加解吸气量，同时沿页岩层理面，继续产生微小裂隙，并不断向远端延伸。
4.根据权利要求3所述的页岩气的采收方法，其特征在于：在步骤2)中，固有频率检测机构连续监测目的地层固有频率变化，并将固有频率变化反馈至控制器，控制器不断地调整振动发生机构的振动频率，使得目的地层一直处于共振状态。
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