CN112096363B - 一种注液氮冻干增产煤层气系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种注液氮冻干增产煤层气系统，包括工程车、真空泵、压缩机、液氮储存系统、第一绞线盘、第二绞线盘、第一不锈钢金属软管、第二不锈钢金属软管、液氮注入器、煤层气井密封器和控制器，第一不锈钢金属软管的上端通过三通管分别与真空泵的进口和压缩机的液氮出口连接，压缩机的液氮进口与液氮储存系统的出口连接，压缩机的空气进口连接有空气输入管，压缩机的空气出口与第二不锈钢金属软管的上端连接，第一不锈钢金属软管的下端与液氮注入器的顶部固定连接，第二不锈钢金属软管的下端与煤层气井密封器的顶部固定连接。本发明通过注液氮快速冷冻煤层中液态水撑大煤层缝隙，再通过抽真空实现冻干，有效提高煤层气的采收率。

Description

一种注液氮冻干增产煤层气系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，具体的说，涉及一种注液氮冻干增产煤层气系统及其工作方法。

背景技术

煤层气的开采是直接从地下煤层中提取含能组份, 因而具有安全性好、投资少、效率高、污染少、效益高等优点。我国煤层气资源丰富，但是由于我国煤层普遍存在低压、低渗、低吸附气饱和读的特性，煤层气单井产量低、经济效应差，为获得经济产量就必须对煤层气实施增产措施，因此研究煤层气增产方法对于我国能源战略及其重要。当前，注液氮作为一种有效的增产煤层气的方法被应用，但是普遍是通过液氮伴注辅助水力压裂技术，提高煤储层的临界解吸压力来提高煤层气产量，而液氮冷冻水来撑开煤层之间裂隙，然后通过抽真空加热使冷冻水升华的冻干途径来增产煤层气，是一种新的有效提高采收率的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种注液氮冻干增产煤层气系统及其工作方法，本发明通过注液氮快速冷冻煤层中液态水撑大煤层缝隙，再通过抽真空实现冻干，有效提高煤层气的采收率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种注液氮冻干增产煤层气系统，包括工程车、真空泵、压缩机、液氮储存系统、第一绞线盘、第二绞线盘、第一不锈钢金属软管、第二不锈钢金属软管、三通管、液氮注入器、煤层气井密封器和控制器，工程车设置在煤层气井附近地面上，真空泵、压缩机、液氮储存系统和控制器均安装在工程车上，第一绞线盘转动安装在固定设置在煤层气井附近地面上的第一支架的顶部，第二绞线盘转动安装在固定设置在煤层气井附近地面上的第二支架的顶部，第一不锈钢金属软管缠绕在第一绞线盘上，第二不锈钢金属软管缠绕在第二绞线盘上，真空泵的进口通过抽真空管与三通管的第一根管连接，三通管的第二根管与第一不锈钢金属软管的上端连接，压缩机的液氮出口通过液氮输送管与三通管的第三根管连接，压缩机的液氮进口通过液氮连接管与液氮储存系统的出口连接，压缩机的空气进口连接有空气输入管，压缩机的空气出口通过空气输出管与第二不锈钢金属软管的上端连接，三通管的第一根管上设置有第一电磁阀，三通管的第三根管上设置有第二电磁阀，液氮连接管上设置有第三电磁阀，空气输入管上设置有第四电磁阀，空气输出管上设置有第五电磁阀，液氮注入器和煤层气井密封器均同中心设置在煤层气井中，液氮注入器位于煤层气井密封器的下方，煤层气井的井口设置有密封井盖，第一不锈钢金属软管的下端和第二不锈钢金属软管的下端均向下穿过密封井盖并伸入到煤层气井中，第一不锈钢金属软管的下端向下穿过煤层气井密封器并与液氮注入器的顶部固定连接，第二不锈钢金属软管的下端与煤层气井密封器的顶部固定连接，控制器分别与真空泵、压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀信号连接。

液氮储存系统包括隔热箱体、液氮储罐和箱盖，隔热箱体为顶部敞口的长方体箱体，液氮储罐同中心竖向固定设置在隔热箱体内部，液氮储罐的底部压接在隔热箱体内底板上表面，隔热箱体的四个侧板内壁上均设有与液氮储罐外周接触的凸起，箱盖密封固定连接在隔热箱体的顶部，箱盖的中心开设有管孔，液氮连接管的一端穿过管孔伸入到隔热箱体内并与液氮储罐的顶部出口固定连接，液氮连接管的外周与管孔之间密封接触，隔热箱体的四个侧板和底板中均设有长方体的真空隔离腔。

工程车上固定安装有控制箱，控制器固定安装在控制箱的顶部，三通管固定安装在控制箱内部，三通管的第一根管、第二根管和第三根管均安装在控制箱的侧板，第一电磁阀和第二电磁阀均位于控制箱内；

第一不锈钢金属软管和第二不锈钢金属软管均为不锈钢波纹管，第一不锈钢金属软管和第二不锈钢金属软管的外部均设有多层钢带网套。液氮注入器包括上固定圆板、过滤罩筒和下固定圆板，上固定圆板、过滤罩筒和下固定圆板由上至下同中心依次设置在煤层气井内，上固定圆板和下固定圆板的中部均开设有第一圆孔，第一圆孔的内圆设有第一内螺纹，过滤罩筒的顶部和底部中心均一体成型有第一管柱，上固定圆板和下固定圆板的直径相同且小于煤层气井的内径，过滤罩筒的直径小于上固定圆板的直径，第一管柱的直径小于过滤罩筒的直径，第一管柱的外圆设有与第一内螺纹适配的第一外螺纹，上固定圆板的第一圆孔内圆螺纹连接在上侧第一管柱的外圆上，下固定圆板的第一圆孔内圆螺纹连接在下侧第一管柱的外圆上，过滤罩筒的筒壁上均匀开设有若干排过滤孔，下侧第一管柱的下端封堵，上固定圆板和下固定圆板的外圆周沿周向均匀转动安装有若干个第一里程轮，各个第一里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触。

煤层气井密封器包括上密封圆板、连接圆筒、下密封圆板和充气胶囊，上密封圆板、连接圆筒、下密封圆板由上至下同中心依次设置在煤层气井内，上密封圆板和下密封圆板的中部均开设有第二圆孔，第二圆孔的内圆设有第二内螺纹，连接圆筒的顶部和底部中心均一体成型有第二管柱，上密封圆板和下密封圆板的直径相同且小于煤层气井的内径，连接圆筒的直径小于上密封圆板的直径，第二管柱的直径小于连接圆筒的直径，第二管柱的外圆设有与第二内螺纹适配的第二外螺纹，上密封圆板的第二圆孔内圆螺纹连接在上侧第二管柱的外圆上，下密封圆板的第二圆孔内圆螺纹连接在下侧第二管柱的外圆上，充气胶囊套装在连接圆筒的外部，充气胶囊的上侧边固定连接在上密封圆板的下侧面，充气胶囊的下侧边固定连接在下密封圆板的上侧面，上密封圆板的偏心部固定连接有与充气胶囊内部连通的充气气嘴管，第一不锈钢金属软管的上端通过第一管连接头与三通管的第二根管密封固定连接，第一不锈钢金属软管的下端同中心向下穿过上侧第二管柱、连接圆筒和下侧第二管柱并通过第二管连接头与上侧第一管柱的上端密封固定连接，第一不锈钢金属软管与上侧第二管柱、连接圆筒和下侧第二管柱之间滑动装配，第二不锈钢金属软管的上端通过第三管连接头与空气输出管的出口端密封固定连接，第二不锈钢金属软管的下端通过第四管连接头与充气气嘴管的上端密封固定连接，上密封圆板和下密封圆板的外圆周沿周向均匀转动安装有若干个第二里程轮，各个第二里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触。

一种注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，具体包括以下步骤：

（1）、通过第一绞线盘和第一不锈钢金属软管将液氮注入器准确下送至已经注水的目标煤层，通过第二绞线盘和第二不锈钢金属软管将煤层气井密封器准确下送至指定的地层；

（2）、通过控制器启动压缩机，压缩机通过空气输入管、空气输出管和第二不锈钢金属软管将一定压力的空气注入煤层气井密封器的充气胶囊中，充气胶囊膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊上方的煤层气井环境与充气胶囊下方的煤层气井环境隔离密封；

（3）、通过控制器启动压缩机，压缩机将液氮储存系统中的液氮通过液氮连接管、液氮输送管、三通管和第一不锈钢金属软管注入液氮注入器，液氮通过液氮注入器均匀注入到目标煤层中，将目标煤层中的液态水急速冷冻成固态冰，固态冰撑大煤层缝隙；

（4）、通过控制器启动真空泵，真空泵通过抽真空管、三通管、第一不锈钢金属软管和液氮注入器将充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空，使目标煤层处于真空环境中，目标煤层中的固态冰在地热及真空环境下升华为水蒸汽并被抽出，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率。

步骤（1）具体为：首先将第一不锈钢金属软管的下端和第二不锈钢金属软管的下端均穿过密封井盖，并使第一不锈钢金属软管的下端同中心向下穿过上侧第二管柱、连接圆筒和下侧第二管柱并通过第二管连接头与上侧第一管柱的上端密封固定连接，使第二不锈钢金属软管的下端通过第四管连接头与充气气嘴管的上端密封固定连接，再将第一不锈钢金属软管的上端通过第一管连接头与三通管的第二根管密封固定连接，将第二不锈钢金属软管的上端通过第三管连接头与空气输出管的出口端密封固定连接，之后，将液氮注入器和煤层气井密封器依次放入煤层气井中，各个第一里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触，各个第二里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触，通过转动第一绞线盘和第二绞线盘，使第一不锈钢金属软管的下端和第二不锈钢金属软管的下端缓慢下送，如此，分别将液氮注入器和煤层气井密封器沿着煤层气井向下送，根据第一里程轮和第二里程轮能够分别计算液氮注入器和煤层气井密封器的下井深度，将液氮注入器准确下送至目标煤层，停止转动第一绞线盘，将煤层气井密封器准确下送至指定的地层，停止转动第二绞线盘，最后将密封井盖密封固定安装在煤层气井的井口。

步骤（2）具体为：通过控制器打开第四电磁阀和第五电磁阀，启动压缩机，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀处于关闭状态，则压缩机通过空气输入管从外界大气抽吸空气，将一定压力的空气依次经由空气输出管、第二不锈钢金属软管和充气气嘴管注入到充气胶囊中，充气胶囊膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊上方的煤层气井环境与充气胶囊下方的煤层气井环境隔离密封，最后关闭压缩机、第四电磁阀和第五电磁阀。

步骤（3）具体为：通过控制器打开第二电磁阀和第三电磁阀，启动压缩机，第一电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀处于关闭状态，则压缩机将液氮储罐中的液氮抽出，液氮依次经由液氮连接管、液氮输送管、三通管的第三根管、三通管的第二根管和第一不锈钢金属软管注入液氮注入器的过滤罩筒中，并经由过滤罩筒上的各排过滤孔均匀喷出并注入到目标煤层中，将目标煤层中的水分急速冷冻成固态冰，固态冰撑大煤层缝隙，最后关闭压缩机、第二电磁阀和第三电磁阀。

步骤（4）具体为：通过控制器打开第一电磁阀，启动真空泵，第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀处于关闭状态，真空泵通过抽真空管、三通管、第一不锈钢金属软管和过滤罩筒将充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空，使目标煤层处于真空环境中，目标煤层中的固态冰在地热及真空环境下升华为水蒸汽并被抽出，直至水蒸汽完全抽出且充气胶囊下方的煤层气井环境处于完全真空为止，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率；其中过滤罩筒上的各排过滤孔能够防止目标煤层处的杂质进入过滤罩筒中，从而防止杂质进入第一不锈钢金属软管造成堵塞或损坏真空泵。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：

1、本发明将一定压力的空气注入煤层气井密封器的充气胶囊中，充气胶囊膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊上方的煤层气井环境与充气胶囊下方的煤层气井环境隔离密封，然后通过液氮注入器向已经注水的目标煤层中注液氮，能够直接将目标煤层中的液态水快速冷冻为固定冰，固态冰的体积大于液态水的体积，如此，能撑开煤层缝隙，再通过冻干方法来增产煤层气反应时的产物，具体是：通过真空泵将充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空，目标煤层中的固态冰在地热及真空环境下直接升华为水蒸气，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率，为煤层气的增产提供了一种新的技术手段和发展方向；

2、煤层气井井壁某一位置往往会存在泄漏的现象，通过煤层气井密封器的各个第二里程轮能够计算煤层气井密封器在煤层气井下送的位置，将煤层气井密封器准确下送到煤层气井泄漏点下方，如此，煤层气井密封器作业时能够减小因为煤层气井井壁泄漏造成液氮的损失，还能防止煤层气井泄漏点对充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空作业造成影响；

3、通过各个第一里程轮可以准确计算液氮注入器的下井深度，能够将液氮注入器准确下送至目标煤层，如此，能够实现：通过液氮注入器将液氮注入到目标煤层，液氮将液态水快速冷冻成固态冰后，再通过液氮注入器将充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空；

4、工程车能够为整个作业提供快捷移动，一辆工程车可以服务多口井，提高了资源的利用率，而且液氮储存系统的隔热箱体的四个侧板和底板中均设有长方体的真空隔离腔，液氮储罐放置在隔热箱体内，如此，提供了较好的液氮野外储存环境，确保野外施工液氮长时间储存，延长了连续施工作业时间。

综上所述，本发明通过注液氮快速冷冻煤层中液态水撑大煤层缝隙，再通过抽真空实现冻干，有效提高煤层气的采收率。

附图说明

图1是本发明的工作结构示意图。

图2是本发明的液氮注入器的结构示意图。

图3是本发明的过滤罩筒的结构示意图。

图4是本发明的煤层气井密封器的结构示意图。

图5是本发明的煤层气井密封器去掉下密封圆板和充气胶囊后的结构示意图。

图6是本发明的控制箱和控制器的结构示意图。

图7是本发明的三通管的结构示意图。

图8是本发明的工程车、真空泵、压缩机和液氮储存系统的连接示意图。

图9是本发明的液氮储存系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-图9所示，一种注液氮冻干增产煤层气系统，包括工程车1、真空泵2、压缩机3、液氮储存系统、第一绞线盘4、第二绞线盘5、第一不锈钢金属软管6、第二不锈钢金属软管7、三通管8、液氮注入器9、煤层气井密封器10和控制器11，工程车1设置在煤层气井附近地面上，真空泵2、压缩机3、液氮储存系统和控制器11均安装在工程车1上，第一绞线盘4转动安装在固定设置在煤层气井附近地面上的第一支架12的顶部，第二绞线盘5转动安装在固定设置在煤层气井附近地面上的第二支架13的顶部，第一不锈钢金属软管6缠绕在第一绞线盘4上，第二不锈钢金属软管7缠绕在第二绞线盘5上，真空泵2的进口通过抽真空管14与三通管8的第一根管连接，三通管8的第二根管与第一不锈钢金属软管6的上端连接，压缩机3的液氮出口通过液氮输送管15与三通管8的第三根管连接，压缩机3的液氮进口通过液氮连接管16与液氮储存系统的出口连接，压缩机3的空气进口连接有空气输入管17，压缩机3的空气出口通过空气输出管18与第二不锈钢金属软管7的上端连接，三通管8的第一根管上设置有第一电磁阀19，三通管8的第三根管上设置有第二电磁阀20，液氮连接管16上设置有第三电磁阀21，空气输入管17上设置有第四电磁阀22，空气输出管18上设置有第五电磁阀23，液氮注入器9和煤层气井密封器10均同中心设置在煤层气井中，液氮注入器9位于煤层气井密封器10的下方，煤层气井的井口设置有密封井盖24，第一不锈钢金属软管6的下端和第二不锈钢金属软管7的下端均向下穿过密封井盖24并伸入到煤层气井中，第一不锈钢金属软管6的下端向下穿过煤层气井密封器10并与液氮注入器9的顶部固定连接，第二不锈钢金属软管7的下端与煤层气井密封器10的顶部固定连接，控制器11分别与真空泵2、压缩机3、第一电磁阀19、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀22和第五电磁阀23信号连接。

液氮储存系统包括隔热箱体25、液氮储罐26和箱盖27，隔热箱体25为顶部敞口的长方体箱体，液氮储罐26同中心竖向固定设置在隔热箱体25内部，液氮储罐26的底部压接在隔热箱体25内底板上表面，隔热箱体25的四个侧板内壁上均设有与液氮储罐26外周接触的凸起28，箱盖27密封固定连接在隔热箱体25的顶部，箱盖27的中心开设有管孔，液氮连接管16的一端穿过管孔伸入到隔热箱体25内并与液氮储罐26的顶部出口固定连接，液氮连接管16的外周与管孔之间密封接触，隔热箱体25的四个侧板和底板中均设有长方体的真空隔离腔29。

工程车1上固定安装有控制箱30，控制器11固定安装在控制箱30的顶部，三通管8固定安装在控制箱30内部，三通管8的第一根管、第二根管和第三根管均安装在控制箱30的侧板，第一电磁阀19和第二电磁阀20均位于控制箱30内；

第一不锈钢金属软管6和第二不锈钢金属软管7均为不锈钢波纹管，第一不锈钢金属软管6和第二不锈钢金属软管7的外部均设有多层钢带网套（图未示）。第一不锈钢金属软管6和第二不锈钢金属软管7具有耐腐蚀、耐高温、耐低温的优点，耐温范围是-196℃～+420℃。

液氮注入器9包括上固定圆板31、过滤罩筒32和下固定圆板33，上固定圆板31、过滤罩筒32和下固定圆板33由上至下同中心依次设置在煤层气井内，上固定圆板31和下固定圆板33的中部均开设有第一圆孔34，第一圆孔34的内圆设有第一内螺纹，过滤罩筒32的顶部和底部中心均一体成型有第一管柱35，上固定圆板31和下固定圆板33的直径相同且小于煤层气井的内径，过滤罩筒32的直径小于上固定圆板31的直径，第一管柱35的直径小于过滤罩筒32的直径，第一管柱35的外圆设有与第一内螺纹适配的第一外螺纹，上固定圆板31的第一圆孔34内圆螺纹连接在上侧第一管柱35的外圆上，下固定圆板33的第一圆孔34内圆螺纹连接在下侧第一管柱35的外圆上，过滤罩筒32的筒壁上均匀开设有若干排过滤孔49，下侧第一管柱35的下端封堵，上固定圆板31和下固定圆板33的外圆周沿周向均匀转动安装有若干个第一里程轮36，各个第一里程轮36的外轮面与煤层气井井壁滚动接触。

煤层气井密封器10包括上密封圆板37、连接圆筒38、下密封圆板39和充气胶囊40，上密封圆板37、连接圆筒38、下密封圆板39由上至下同中心依次设置在煤层气井内，上密封圆板37和下密封圆板39的中部均开设有第二圆孔41，第二圆孔41的内圆设有第二内螺纹，连接圆筒38的顶部和底部中心均一体成型有第二管柱42，上密封圆板37和下密封圆板39的直径相同且小于煤层气井的内径，连接圆筒38的直径小于上密封圆板37的直径，第二管柱42的直径小于连接圆筒38的直径，第二管柱42的外圆设有与第二内螺纹适配的第二外螺纹，上密封圆板37的第二圆孔41内圆螺纹连接在上侧第二管柱42的外圆上，下密封圆板39的第二圆孔41内圆螺纹连接在下侧第二管柱42的外圆上，充气胶囊40套装在连接圆筒38的外部，充气胶囊40的上侧边固定连接在上密封圆板37的下侧面，充气胶囊40的下侧边固定连接在下密封圆板39的上侧面，上密封圆板37的偏心部固定连接有与充气胶囊40内部连通的充气气嘴管43，第一不锈钢金属软管6的上端通过第一管连接头44与三通管8的第二根管密封固定连接，第一不锈钢金属软管6的下端同中心向下穿过上侧第二管柱42、连接圆筒38和下侧第二管柱42并通过第二管连接头与上侧第一管柱35的上端密封固定连接，第一不锈钢金属软管6与上侧第二管柱42、连接圆筒38和下侧第二管柱42之间滑动装配，第二不锈钢金属软管7的上端通过第三管连接头45与空气输出管18的出口端密封固定连接，第二不锈钢金属软管7的下端通过第四管连接头与充气气嘴管43的上端密封固定连接，上密封圆板37和下密封圆板39的外圆周沿周向均匀转动安装有若干个第二里程轮46，各个第二里程轮46的外轮面与煤层气井井壁滚动接触。

一种注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，具体包括以下步骤：

（1）、通过第一绞线盘4和第一不锈钢金属软管6将液氮注入器9准确下送至已经注水的目标煤层47，通过第二绞线盘5和第二不锈钢金属软管7将煤层气井密封器10准确下送至指定的地层48；

（2）、通过控制器11启动压缩机3，压缩机3通过空气输入管17、空气输出管18和第二不锈钢金属软管7将一定压力的空气注入煤层气井密封器10的充气胶囊40中，充气胶囊40膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊40上方的煤层气井环境与充气胶囊40下方的煤层气井环境隔离密封；

（3）、通过控制器11启动压缩机3，压缩机3将液氮储存系统中的液氮通过液氮连接管16、液氮输送管15、三通管8和第一不锈钢金属软管6注入液氮注入器9，液氮通过液氮注入器9均匀注入到目标煤层47中，将目标煤层47中的水分急速冷冻成固态冰，固态冰撑大煤层缝隙；

（4）、通过控制器11启动真空泵2，真空泵2通过抽真空管14、三通管8、第一不锈钢金属软管6和液氮注入器9将充气胶囊40下方的煤层气井环境抽真空，使目标煤层47处于真空环境中，目标煤层47中的固态冰在地热及真空环境下升华为水蒸汽并被抽出，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率。

步骤（1）具体为：首先将第一不锈钢金属软管6的下端和第二不锈钢金属软管7的下端均穿过密封井盖24，并使第一不锈钢金属软管6的下端同中心向下穿过上侧第二管柱42、连接圆筒38和下侧第二管柱42并通过第二管连接头与上侧第一管柱35的上端密封固定连接，使第二不锈钢金属软管7的下端通过第四管连接头与充气气嘴管43的上端密封固定连接，再将第一不锈钢金属软管6的上端通过第一管连接头44与三通管8的第二根管密封固定连接，将第二不锈钢金属软管7的上端通过第三管连接头45与空气输出管18的出口端密封固定连接，之后，将液氮注入器9和煤层气井密封器10依次放入煤层气井中，各个第一里程轮36的外轮面与煤层气井井壁滚动接触，各个第二里程轮46的外轮面与煤层气井井壁滚动接触，通过转动第一绞线盘4和第二绞线盘5，使第一不锈钢金属软管6的下端和第二不锈钢金属软管7的下端缓慢下送，如此，分别将液氮注入器9和煤层气井密封器10沿着煤层气井向下送，根据第一里程轮36和第二里程轮46能够分别计算液氮注入器9和煤层气井密封器10的下井深度，将液氮注入器9准确下送至目标煤层47，停止转动第一绞线盘4，将煤层气井密封器10准确下送至指定的地层48，停止转动第二绞线盘5，最后将密封井盖24密封固定安装在煤层气井的井口。

步骤（2）具体为：通过控制器11打开第四电磁阀22和第五电磁阀23，启动压缩机3，第一电磁阀19、第二电磁阀20和第三电磁阀21处于关闭状态，则压缩机3通过空气输入管17从外界大气抽吸空气，将一定压力的空气依次经由空气输出管18、第二不锈钢金属软管7和充气气嘴管43注入到充气胶囊40中，充气胶囊40膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊40上方的煤层气井环境与充气胶囊40下方的煤层气井环境隔离密封，最后关闭压缩机3、第四电磁阀22和第五电磁阀23。

步骤（3）具体为：通过控制器11打开第二电磁阀20和第三电磁阀21，启动压缩机3，第一电磁阀19、第四电磁阀22和第五电磁阀23处于关闭状态，则压缩机3将液氮储罐26中的液氮抽出，液氮依次经由液氮连接管16、液氮输送管15、三通管8的第三根管、三通管8的第二根管和第一不锈钢金属软管6注入液氮注入器9的过滤罩筒32中，并经由过滤罩筒32上的各排过滤孔49均匀喷出并注入到目标煤层47中，将目标煤层47中的水分急速冷冻成固态冰，固态冰撑大煤层缝隙，最后关闭压缩机3、第二电磁阀20和第三电磁阀21。

步骤（4）具体为：通过控制器11打开第一电磁阀19，启动真空泵2，第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀22和第五电磁阀23处于关闭状态，真空泵2通过抽真空管14、三通管8、第一不锈钢金属软管6和过滤罩筒32将充气胶囊40下方的煤层气井环境抽真空，使目标煤层47处于真空环境中，目标煤层47中的固态冰在地热及真空环境下升华为水蒸汽并被抽出，直至水蒸汽完全抽出且充气胶囊40下方的煤层气井环境处于完全真空为止，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率；其中过滤罩筒32上的各排过滤孔49能够防止目标煤层47处的杂质进入过滤罩筒32中，从而防止杂质进入第一不锈钢金属软管6造成堵塞或损坏真空泵2。

控制器11、真空泵2、压缩机3、第一电磁阀19、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀22、第五电磁阀23和多层钢带网套均是常规器件。

另外，还可以在第一不锈钢金属软管6和第二不锈钢金属软管7上设置刻度，第一不锈钢金属软管6的下端与液氮注入器9的顶部连接处以及第二不锈钢金属软管7的下端与煤层气井密封器10的顶部连接处均为0刻度，如此，液氮注入器9和煤层气井密封器10的下井深度可以通过观察第一不锈钢金属软管6和第二不锈钢金属软管7在密封井盖24处的刻度即可得到。

本发明中煤层气井密封器10在指定地层位置的煤层气井处通过注气密封，再通过液氮注入器9向目标煤层中注液氮，目标煤层作业之前已经注水，液氮将液态水快速冷冻成固态冰，固态冰撑开煤层缝隙，然后抽真空，使固态冰在地热和真空环境下直接升华为水蒸汽并被抽出（与市场上的真空冻干机原理相同），如此，可使煤层缝隙增大，提高煤层气反应时的产物，使煤层气增产。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种注液氮冻干增产煤层气系统，其特征在于：包括工程车、真空泵、压缩机、液氮储存系统、第一绞线盘、第二绞线盘、第一不锈钢金属软管、第二不锈钢金属软管、三通管、液氮注入器、煤层气井密封器和控制器，工程车设置在煤层气井附近地面上，真空泵、压缩机、液氮储存系统和控制器均安装在工程车上，第一绞线盘转动安装在固定设置在煤层气井附近地面上的第一支架的顶部，第二绞线盘转动安装在固定设置在煤层气井附近地面上的第二支架的顶部，第一不锈钢金属软管缠绕在第一绞线盘上，第二不锈钢金属软管缠绕在第二绞线盘上，真空泵的进口通过抽真空管与三通管的第一根管连接，三通管的第二根管与第一不锈钢金属软管的上端连接，压缩机的液氮出口通过液氮输送管与三通管的第三根管连接，压缩机的液氮进口通过液氮连接管与液氮储存系统的出口连接，压缩机的空气进口连接有空气输入管，压缩机的空气出口通过空气输出管与第二不锈钢金属软管的上端连接，三通管的第一根管上设置有第一电磁阀，三通管的第三根管上设置有第二电磁阀，液氮连接管上设置有第三电磁阀，空气输入管上设置有第四电磁阀，空气输出管上设置有第五电磁阀，液氮注入器和煤层气井密封器均同中心设置在煤层气井中，液氮注入器位于煤层气井密封器的下方，煤层气井的井口设置有密封井盖，第一不锈钢金属软管的下端和第二不锈钢金属软管的下端均向下穿过密封井盖并伸入到煤层气井中，第一不锈钢金属软管的下端向下穿过煤层气井密封器并与液氮注入器的顶部固定连接，第二不锈钢金属软管的下端与煤层气井密封器的顶部固定连接，控制器分别与真空泵、压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀信号连接；

液氮储存系统包括隔热箱体、液氮储罐和箱盖，隔热箱体为顶部敞口的长方体箱体，液氮储罐同中心竖向固定设置在隔热箱体内部，液氮储罐的底部压接在隔热箱体内底板上表面，隔热箱体的四个侧板内壁上均设有与液氮储罐外周接触的凸起，箱盖密封固定连接在隔热箱体的顶部，箱盖的中心开设有管孔，液氮连接管的一端穿过管孔伸入到隔热箱体内并与液氮储罐的顶部出口固定连接，液氮连接管的外周与管孔之间密封接触，隔热箱体的四个侧板和底板中均设有长方体的真空隔离腔；

工程车上固定安装有控制箱，控制器固定安装在控制箱的顶部，三通管固定安装在控制箱内部，三通管的第一根管、第二根管和第三根管均安装在控制箱的侧板，第一电磁阀和第二电磁阀均位于控制箱内；

第一不锈钢金属软管和第二不锈钢金属软管均为不锈钢波纹管，第一不锈钢金属软管和第二不锈钢金属软管的外部均设有多层钢带网套；

液氮注入器包括上固定圆板、过滤罩筒和下固定圆板，上固定圆板、过滤罩筒和下固定圆板由上至下同中心依次设置在煤层气井内，上固定圆板和下固定圆板的中部均开设有第一圆孔，第一圆孔的内圆设有第一内螺纹，过滤罩筒的顶部和底部中心均一体成型有第一管柱，上固定圆板和下固定圆板的直径相同且小于煤层气井的内径，过滤罩筒的直径小于上固定圆板的直径，第一管柱的直径小于过滤罩筒的直径，第一管柱的外圆设有与第一内螺纹适配的第一外螺纹，上固定圆板的第一圆孔内圆螺纹连接在上侧第一管柱的外圆上，下固定圆板的第一圆孔内圆螺纹连接在下侧第一管柱的外圆上，过滤罩筒的筒壁上均匀开设有若干排过滤孔，下侧第一管柱的下端封堵，上固定圆板和下固定圆板的外圆周沿周向均匀转动安装有若干个第一里程轮，各个第一里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触；

煤层气井密封器包括上密封圆板、连接圆筒、下密封圆板和充气胶囊，上密封圆板、连接圆筒、下密封圆板由上至下同中心依次设置在煤层气井内，上密封圆板和下密封圆板的中部均开设有第二圆孔，第二圆孔的内圆设有第二内螺纹，连接圆筒的顶部和底部中心均一体成型有第二管柱，上密封圆板和下密封圆板的直径相同且小于煤层气井的内径，连接圆筒的直径小于上密封圆板的直径，第二管柱的直径小于连接圆筒的直径，第二管柱的外圆设有与第二内螺纹适配的第二外螺纹，上密封圆板的第二圆孔内圆螺纹连接在上侧第二管柱的外圆上，下密封圆板的第二圆孔内圆螺纹连接在下侧第二管柱的外圆上，充气胶囊套装在连接圆筒的外部，充气胶囊的上侧边固定连接在上密封圆板的下侧面，充气胶囊的下侧边固定连接在下密封圆板的上侧面，上密封圆板的偏心部固定连接有与充气胶囊内部连通的充气气嘴管，第一不锈钢金属软管的上端通过第一管连接头与三通管的第二根管密封固定连接，第一不锈钢金属软管的下端同中心向下穿过上侧第二管柱、连接圆筒和下侧第二管柱并通过第二管连接头与上侧第一管柱的上端密封固定连接，第一不锈钢金属软管与上侧第二管柱、连接圆筒和下侧第二管柱之间滑动装配，第二不锈钢金属软管的上端通过第三管连接头与空气输出管的出口端密封固定连接，第二不锈钢金属软管的下端通过第四管连接头与充气气嘴管的上端密封固定连接，上密封圆板和下密封圆板的外圆周沿周向均匀转动安装有若干个第二里程轮，各个第二里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触。

2.如权利要求1所述的注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

（1）、通过第一绞线盘和第一不锈钢金属软管将液氮注入器准确下送至已经注水的目标煤层，通过第二绞线盘和第二不锈钢金属软管将煤层气井密封器准确下送至指定的地层；

（2）、通过控制器启动压缩机，压缩机通过空气输入管、空气输出管和第二不锈钢金属软管将一定压力的空气注入煤层气井密封器的充气胶囊中，充气胶囊膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊上方的煤层气井环境与充气胶囊下方的煤层气井环境隔离密封；

（3）、通过控制器启动压缩机，压缩机将液氮储存系统中的液氮通过液氮连接管、液氮输送管、三通管和第一不锈钢金属软管注入液氮注入器，液氮通过液氮注入器均匀注入到目标煤层中，将目标煤层中的水分急速冷冻成固态冰，固态冰撑大煤层缝隙；

（4）、通过控制器启动真空泵，真空泵通过抽真空管、三通管、第一不锈钢金属软管和液氮注入器将充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空，使目标煤层处于真空环境中，目标煤层中的固态冰在地热及真空环境下升华为水蒸汽并被抽出，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率。

3.根据权利要求2所述的注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，其特征在于：步骤（1）具体为：首先将第一不锈钢金属软管的下端和第二不锈钢金属软管的下端均穿过密封井盖，并使第一不锈钢金属软管的下端同中心向下穿过上侧第二管柱、连接圆筒和下侧第二管柱并通过第二管连接头与上侧第一管柱的上端密封固定连接，使第二不锈钢金属软管的下端通过第四管连接头与充气气嘴管的上端密封固定连接，再将第一不锈钢金属软管的上端通过第一管连接头与三通管的第二根管密封固定连接，将第二不锈钢金属软管的上端通过第三管连接头与空气输出管的出口端密封固定连接，之后，将液氮注入器和煤层气井密封器依次放入煤层气井中，各个第一里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触，各个第二里程轮的外轮面与煤层气井井壁滚动接触，通过转动第一绞线盘和第二绞线盘，使第一不锈钢金属软管的下端和第二不锈钢金属软管的下端缓慢下送，如此，分别将液氮注入器和煤层气井密封器沿着煤层气井向下送，根据第一里程轮和第二里程轮能够分别计算液氮注入器和煤层气井密封器的下井深度，将液氮注入器准确下送至目标煤层，停止转动第一绞线盘，将煤层气井密封器准确下送至指定的地层，停止转动第二绞线盘，最后将密封井盖密封固定安装在煤层气井的井口。

4.根据权利要求3所述的注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，其特征在于：步骤（2）具体为：通过控制器打开第四电磁阀和第五电磁阀，启动压缩机，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀处于关闭状态关闭，则压缩机通过空气输入管从外界大气抽吸空气，将一定压力的空气依次经由空气输出管、第二不锈钢金属软管和充气气嘴管注入到充气胶囊中，充气胶囊膨胀与煤层气井井壁紧密接触，使充气胶囊上方的煤层气井环境与充气胶囊下方的煤层气井环境隔离密封，最后关闭压缩机、第四电磁阀和第五电磁阀。

5.根据权利要求4所述的注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，其特征在于：步骤（3）具体为：通过控制器打开第二电磁阀和第三电磁阀，启动压缩机，第一电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀处于关闭状态，则压缩机将液氮储罐中的液氮抽出，液氮依次经由液氮连接管、液氮输送管、三通管的第三根管、三通管的第二根管和第一不锈钢金属软管注入液氮注入器的过滤罩筒中，并经由过滤罩筒上的各排过滤孔均匀喷出并注入到目标煤层中，将目标煤层中的水分急速冷冻成固态冰，固态冰撑大煤层缝隙，最后关闭压缩机、第二电磁阀和第三电磁阀。

6.根据权利要求5所述的注液氮冻干增产煤层气系统的工作方法，其特征在于：步骤（4）具体为：通过控制器打开第一电磁阀，启动真空泵，第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀处于关闭状态，真空泵通过抽真空管、三通管、第一不锈钢金属软管和过滤罩筒将充气胶囊下方的煤层气井环境抽真空，使目标煤层处于真空环境中，目标煤层中的固态冰在地热及真空环境下升华为水蒸汽并被抽出，直至水蒸汽完全抽出且充气胶囊下方的煤层气井环境处于完全真空为止，使煤层缝隙处于增大状态，提高煤层气的采收率；其中过滤罩筒上的各排过滤孔能够防止目标煤层处的杂质进入过滤罩筒中，从而防止杂质进入第一不锈钢金属软管造成堵塞或损坏真空泵。

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