CN110924916A - 一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置，涉及页岩气开采技术领域，包括直线电机、储能弹簧、磁芯、线圈、电容器和放电电极，直线电机设有可伸缩的电机轴，储能弹簧的轴线与电机轴的轴线共线，磁芯的轴线与电机轴的轴线共线，线圈设置于磁芯的周向，电容器与线圈电连接，电容器用于储存线圈产生的电能，放电电极与电容器电连接。直线电机的电机轴向下伸出并压缩储能弹簧，使储能弹簧储能；储能弹簧释放能量，使磁芯向下运动，并且磁芯穿越线圈，使线圈产生电动势；线圈产生的电能为电容器充电，与电容器电连接的放电电极放电，产生电磁爆破，使页岩内部产生大量裂缝，提高页岩储层的渗透率，达到增产及稳产的目的。
Description
技术领域
本发明实施例涉及页岩气开采技术领域，具体涉及一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置。
背景技术
页岩气是非常规天然气的一种，指在富有机质泥页岩及夹层中以吸附态和游离态为主要存在并富集的天然气。页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、天气水界面、大面积低丰度连续成藏、低孔、低渗等特征，存在局部富集的特点，一般无自然产能或低产，需要水平井及大规模水力压裂才能进行经济开采。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大，分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的特点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期、稳定的产气。全球页岩气资源约为456万亿立方米，中国26万亿立方米。
页岩气大部分被吸附在页岩基质颗粒表面，少部分游离在纳米级或其他孔隙中。一般情况下，页岩十分致密，孔隙度小于5％，渗透率也十分低。因此，赋存页岩储层中的页岩气流动性非常差，造成页岩气井产量也很低。目前，页岩气开发依靠水平钻井及大规模水力压裂，实现页岩气的生产。但由于地下岩层地质的复杂性所制约，此方法很多改造效果不尽人意，且存在非常快的衰减周期。为此，页岩气开发需要对致密页岩气储层在改造的基础上进行进一步改善，进一步增加其泄流面积，以增加页岩气单井产气量，延缓单井的产气递减。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置，以解决现有页岩气开发时，因页岩渗透率低导致的页岩气单井产气量低、单井的产气衰减周期短的问题。
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，一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置，其包括：
直线电机，所述直线电机设有可伸缩的电机轴；
储能弹簧，所述储能弹簧的轴线与电机轴的轴线共线，当电机轴伸出时，所述储能弹簧被压缩而储存能量；
磁芯，所述磁芯的轴线与电机轴的轴线共线，当储能弹簧释放能量时，所述磁芯沿轴线向远离储能弹簧的一侧移动；
线圈，所述线圈设置于磁芯的周向，当磁芯穿越线圈时，线圈产生电动势；
电容器，所述电容器与所述线圈电连接，所述电容器用于储存线圈产生的电能；
放电电极，所述放电电极与所述电容器电连接，所述放电电极用于放电产生电磁爆破。
进一步地，所述装置还包括壳体，所述直线电机设置于所述壳体内的顶部，且电机轴朝下设置，所述磁芯设置于所述壳体内，所述储能弹簧设置于电机轴和磁芯之间，所述线圈设置于壳体内的下部，所述电容器设置于所述壳体的底端，所述放电电极设置于所述电容器的底端。
进一步地，在所述壳体内设有用于周向稳定所述磁芯的第一通孔，所述磁芯穿设于所述第一通孔。
进一步地，在所述第一通孔内设有两个直线轴承，两个所述直线轴承间隔设置。
进一步地，所述装置还包括第一复位弹簧，所述第一复位弹簧的轴线与磁芯的轴线共线，所述第一复位弹簧设置于所述壳体内的底部。
进一步地，所述装置还包括限位机构，所述限位机构设置于所述壳体内，且所述限位机构位于电机轴与线圈之间，所述限位机构用于使磁芯较电机轴的移动时机延后。
进一步地，所述限位机构包括：
底座，所述底座设置于所述壳体内且与所述壳体固定，所述底座设有沿电机轴轴线方向的第二通孔、垂直于第二通孔轴线的燕尾槽、与燕尾槽的靠近第二通孔的一侧连通的滑槽；
第二复位弹簧，所述第二复位弹簧设置于燕尾槽内；
滑块，所述滑块的截面与燕尾槽相匹配，所述滑块设置于所述燕尾槽内；
第一拨杆，所述第一拨杆固定于滑块；
固定柱，所述固定柱固定于底座的上表面，在所述固定柱的上部设有一个安装孔；
第二拨杆，所述第二拨杆的上端位于电机轴的下侧，所述第二拨杆的中段枢接于安装孔，所述第二拨杆的下端与第一拨杆的靠近第二通孔轴线的一侧贴合；
限位环，所述限位环套设于磁芯，且所述限位环位于伸出状态的滑块的上侧。
进一步地，所述装置还包括高压线端子，所述高压线端子的一端与所述线圈电连接，所述高压线端子的另一端与所述电容器电连接，所述高压线端子用于向电容器输出线圈产生的高压电能。
进一步地，所述装置还包括铠装电缆，所述铠装电缆的一端与所述壳体的顶端固定，且所述铠装电缆与所述直线电机电连接。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提供的提高致密页岩油气储层渗透率的装置，通过铠装电缆将该装置放入井筒中，并通过铠装电缆向直线电机供电，使直线电机工作；直线电机的电机轴向下伸出并压缩储能弹簧，使储能弹簧储能；电机轴伸出一定距离后，储能弹簧释放能量，使磁芯向下运动，并且磁芯穿越线圈，使线圈产生电动势；线圈产生的电能为电容器充电，当充电一定程度后，与电容器电连接的放电电极放电，产生电磁爆破，电磁爆破能量作用在页岩上，使得页岩内部产生大量裂缝或微裂缝，进而提高页岩储层的渗透率，使页岩气从建立的通道裂缝流出，达到增产及稳产的目的。
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所能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置的结构示意图；
图2为装置的局部放大示意图；
图3为图2中去掉磁芯、滑块、第一复位弹簧和第一拨杆后的结构示意图。
图中：1-壳体，2-直线电机，3-储能弹簧，4-磁芯，5-线圈，6-电容器，7-放电电极，8-电机轴，9-第一通孔，10-直线轴承，11-高压线端子，12-第一复位弹簧，13-底座，14-第二复位弹簧，15-滑块，16-第一拨杆，17-固定柱，18-第二拨杆，19-限位环，20-第二通孔，21-燕尾槽，22-滑槽，23-安装孔，24-铠装电缆，25-井壁。
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。
实施例1
如图1-3所示，实施例1提供了一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置，其包括壳体1、直线电机2、储能弹簧3、磁芯4、限位机构、线圈5、电容器6和放电电极7。
壳体1作为装置的载体，该装置用于井中，所以壳体1的形状一般为圆柱形。在本实施例中，壳体1采用分体式结构，各个壳体1的子部或分部通过螺纹连接。
直线电机2设置在壳体1内的上部或顶部，所述直线电机2设有可伸缩的电机轴8，电机轴8朝下设置，以便电机轴8向下伸长。
储能弹簧3，所述储能弹簧3的轴线与电机轴8的轴线共线，当电机轴8伸出时，所述储能弹簧3被压缩而储存能量。在本实施例中的一个可选的方案中，电机轴8的下端设有空腔(图中未示出)，磁芯4的上端可移动的插于空腔内，在磁芯4上固定有限位机构的限位环19，储能弹簧3套在磁芯4上，且储能弹簧3位于限位环19的上侧。当限位机构对磁芯4的限位时，电机轴8向下伸长过程中，磁芯4保持原位不动，磁芯4上端伸入到空腔内，储能弹簧3被限位环19限位，从而使储能弹簧3被压缩而储能。
所述磁芯4呈圆柱形，设置于壳体1内，磁芯4的轴线与电机轴8的轴线共线。在本实施例中，在所述壳体1内设有用于周向稳定所述磁芯4的第一通孔9，在所述第一通孔9内设有两个直线轴承10，两个所述直线轴承10间隔设置，所述磁芯4穿设于所述第一通孔9。当限位机构解除对磁芯4的限位后，储能弹簧3释放能量，所述磁芯4沿轴线向远离储能弹簧3的一侧移动，即储能弹簧3释放能量使磁芯4向下移动。其中，磁芯4为永磁体制成，具有磁场，磁芯4移动时，磁场随之移动，一般选用磁场强度大的材料制作磁芯4。
所述限位机构设置于所述壳体1内，且所述限位机构位于电机轴8与线圈5之间，所述限位机构用于对磁芯4限位。当储能弹簧3被压缩到一定的程度时，限位机构解除对磁芯4的限位；或者说当电机轴8伸出一定程度时，限位机构解除对磁芯4的限位。
所述线圈5设置于壳体1内的下部，且所述线圈5设置于磁芯4的周向。当磁芯4向下移动时，磁芯4穿越线圈5使线圈5产生电动势。线圈5的匝数和磁芯4的磁通量会影响电动势的大小，以产生能够尖端放电的电压为最低要求，可以增加匝数，变更磁芯4材料等，此为本领域常规技术手段，不再赘述。
所述电容器6设置于所述壳体1的底端，且所述电容器6与所述线圈5通过高压线端子11电连接，所述电容器6用于储存线圈5产生的电能。
所述放电电极7设置于所述电容器6的底端，所述放电电极7与所述电容器6电连接，所述放电电极7用于放电产生电磁爆破。
铠装电缆24的一端位于地表，一般与供电装置电连接，并且受到地表的配电柜控制；铠装电缆24的另一端与所述壳体1的顶端固定，且与所述直线电机2电连接。
使用时，通过铠装电缆24将该装置放入井筒中，并通过铠装电缆24向直线电机2供电，使直线电机2工作；直线电机2的电机轴8向下伸出并压缩储能弹簧3，使储能弹簧3储能；电机轴8伸出一定距离后，储能弹簧3释放能量，使磁芯4向下运动，并且磁芯4穿越线圈5，使线圈5产生电动势；线圈5产生的电能为电容器6充电，当充电一定程度后，与电容器6电连接的放电电极7放电，产生电磁爆破，电磁爆破能量作用在井壁25(页岩)上，使得页岩内部产生大量裂缝或微裂缝，进而提高页岩储层的渗透率，使页岩气从建立的通道(裂缝)流出，达到增产及稳产的目的。
其中，利用磁芯4和线圈5为电容器6供给高压电，达到井中产生高压的目的，从而避免使用电缆直接供给高压电，降低了铠装电缆24的绝缘性要求，避免地面人员被电击，提高使用时的安全性。
通过使用本装置，替换现有技术中的二次压裂，仅需通过铠装电缆24将装置下入井中，地面控制直线电机2工作就可以使电容器6得到高压充电，从而使放电电极7放电产生电磁爆破，作业简单，周期短，可大幅降低开采成本；而且建立通道，有效减少页岩气井产气量递减，延长衰减周期。
在本实施例中，为了使磁芯4复位，以便能够反复使用，该装置还包括第一复位弹簧12，所述第一复位弹簧12的轴线与磁芯4的轴线共线，所述第一复位弹簧12设置于所述壳体1内的底部。当磁芯4压缩第一复位弹簧12后，第一复位弹簧12会给磁芯4向上的加速度，使磁芯4回到初始位置，为下次使用做准备。
在本实施例中，限位机构具体包括底座13、第二复位弹簧14、滑块15、第一拨杆16、固定柱17、第二拨杆18和限位环19。所述底座13设置于所述壳体1内且与所述壳体1固定，所述底座13设有沿电机轴8轴线方向的第二通孔20、垂直于第二通孔20轴线的燕尾槽21、与燕尾槽21的靠近第二通孔20的一侧连通的滑槽22。所述第二复位弹簧14设置于燕尾槽21内。所述滑块15的截面与燕尾槽21相匹配，所述滑块15设置于所述燕尾槽21内。所述第一拨杆16固定于滑块15。所述固定柱17固定于底座13的上表面，在所述固定柱17的上部设有一个安装孔23。所述第二拨杆18的上端位于电机轴8的下侧，所述第二拨杆18的中段枢接于安装孔23，所述第二拨杆18的下端与第一拨杆16的靠近第二通孔20轴线的一侧贴合。所述限位环19套设于磁芯4，且所述限位环19位于伸出状态的滑块15的上侧。使用时，电机轴8向下伸出，此时，滑块15位于限位环19的下方，使限位环19不能向下移动，从而使磁芯4不能向下移动；随着电机轴8的不断向下移动，储能弹簧3被逐渐压缩而储能；当电机轴8的轴端与第二拨杆18的上端接触时，此时磁芯4的限位依旧未解除；电机轴8进一步向下移动，迫使第一拨杆16的上端下移，从而使第一拨杆16的下端向远离第二通孔20的一侧移动；第一拨杆16的下端移动时，使第二拨杆18一同移动，从而带动滑块15一同移动；滑块15移动一段距离后，解除对限位环19的限位，从而解除对磁芯4的限位；磁芯4的限位突然被解除，储能弹簧3储存的能量得以释放，迫使磁芯4高速穿越线圈5，从而产生电能。滑块15的靠近磁芯4的一端的下侧设有斜面，以便磁芯4复位过程中，限位环19迫使滑块15向远离磁芯4的一侧移动。限位环19不在燕尾槽21的槽口时，滑块15在第二复位弹簧14的作用下伸出；同时，滑块15上方的第二拨杆18带动第一拨杆16移动，最终第一拨杆16回位。其中第一拨杆16回位的最后阶段被固定柱17限位，第一拨杆16又对第二拨杆18限位，从而使滑块15的伸出程度得以控制。
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 (9)
1.一种提高致密页岩油气储层渗透率的装置，其特征在于，包括：
直线电机，所述直线电机设有可伸缩的电机轴；
储能弹簧，所述储能弹簧的轴线与电机轴的轴线共线，当电机轴伸出时，所述储能弹簧被压缩而储存能量；
磁芯，所述磁芯的轴线与电机轴的轴线共线，当储能弹簧释放能量时，所述磁芯沿轴线向远离储能弹簧的一侧移动；
线圈，所述线圈设置于磁芯的周向，当磁芯穿越线圈时，线圈产生电动势；
电容器，所述电容器与所述线圈电连接，所述电容器用于储存线圈产生的电能；
放电电极，所述放电电极与所述电容器电连接，所述放电电极用于放电产生电磁爆破。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括壳体，所述直线电机设置于所述壳体内的顶部，且电机轴朝下设置，所述磁芯设置于所述壳体内，所述储能弹簧设置于电机轴和磁芯之间，所述线圈设置于壳体内的下部，所述电容器设置于所述壳体的底端，所述放电电极设置于所述电容器的底端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述壳体内设有用于周向稳定所述磁芯的第一通孔，所述磁芯穿设于所述第一通孔。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述第一通孔内设有两个直线轴承，两个所述直线轴承间隔设置。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一复位弹簧，所述第一复位弹簧的轴线与磁芯的轴线共线，所述第一复位弹簧设置于所述壳体内的底部。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括限位机构，所述限位机构设置于所述壳体内，且所述限位机构位于电机轴与线圈之间，所述限位机构用于使磁芯较电机轴的移动时机延后。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述限位机构包括：
底座，所述底座设置于所述壳体内且与所述壳体固定，所述底座设有沿电机轴轴线方向的第二通孔、垂直于第二通孔轴线的燕尾槽、与燕尾槽的靠近第二通孔的一侧连通的滑槽；
第二复位弹簧，所述第二复位弹簧设置于燕尾槽内；
滑块，所述滑块的截面与燕尾槽相匹配，所述滑块设置于所述燕尾槽内；
第一拨杆，所述第一拨杆固定于滑块；
固定柱，所述固定柱固定于底座的上表面，在所述固定柱的上部设有一个安装孔；
第二拨杆，所述第二拨杆的上端位于电机轴的下侧，所述第二拨杆的中段枢接于安装孔，所述第二拨杆的下端与第一拨杆的靠近第二通孔轴线的一侧贴合；
限位环，所述限位环套设于磁芯，且所述限位环位于伸出状态的滑块的上侧。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高压线端子，所述高压线端子的一端与所述线圈电连接，所述高压线端子的另一端与所述电容器电连接，所述高压线端子用于向电容器输出线圈产生的高压电能。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括铠装电缆，所述铠装电缆的一端与所述壳体的顶端固定，且所述铠装电缆与所述直线电机电连接。
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