CN113338886A - 一种用于co2地下封存中微波改性增储技术设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，包括：用于产生微波的微波装置、用于筛选出频段为2.45GHz的注热微波的筛选装置、用于连通筛选装置和钻井的波导装置以及用于对微波装置和筛选装置进行冷却散热的冷却装置，微波装置、筛选装置以及波导装置依次连接，微波装置和筛选装置均与冷却装置连接，波导装置设有用于将注热微波注入钻井内的注热口。本装置突破现有的水力压裂储层的改造方式，采用微波系统作为热改性设备，具有成本低、功效快和设备简单等优点，可进行推广使用。通过使用本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，可有效提高储层的CO2可注入性和封存容量。
Description
技术领域
本发明涉及地质工程技术领域，更具体地说，涉及一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备。
背景技术
目前，我国已将实现“碳达峰”和“碳中和”纳入生态文明建设整体战略布局，在“双碳”目标下CO2地下封存已成为大规模固碳的有效技术途径。与此同时，CCUS(CarbonCapture，Utilization and Storage)技术成为各行业实现碳中和的可靠选择。碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是指将CO2从工业或其他排放源中分离出来，并运输到特定地点加以利用或封存，以提高储层的CO2可注入性和封存容量，最终实现被捕集CO2与大气的长期隔离。
在众多温室气体减排技术方案中，CCUS地下封存技术是一项新兴的、可实现大规模利用与封存的技术。但是，当前CCUS技术总体仍处在研发和示范阶段，存在许多制约其发展的突出问题，例如封存成本过高、封存容量与可注入性较低、长期封存的安全性和可靠性有待验证等。
现有技术中，地下储层改造技术主要包括水力改造和物化改造，水力改造主要包括高压注水、水力压裂等技术，但此类技术在工程应用中需要消耗大量的水，且技术应用效果不稳定。另外，物化改造主要包括射孔爆破、电化学、声波激励等技术，但这些技术的难度和系统设备研发较为困难，在实际工程应用中难以得到广泛推广。
综上所述，如何有效提高储层的CO2可注入性和封存容量，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，可有效提高储层的CO2可注入性和封存容量。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，包括：用于产生微波的微波装置、用于筛选出频段为2.45GHz的注热微波的筛选装置、用于连通所述筛选装置和钻井的波导装置以及用于对所述微波装置和所述筛选装置进行冷却散热的冷却装置，所述微波装置、所述筛选装置以及所述波导装置依次连接，所述微波装置和所述筛选装置均与所述冷却装置连接，所述波导装置设有用于将所述注热微波注入所述钻井内的注热口。
优选的，所述微波装置包括微波发生器和用于控制所述微波发生器运行的微波控制器，所述微波控制器、所述微波发生器以及所述筛选装置依次连接。
优选的，所述筛选装置包括用于分离各种微波的分离器、用于检测各种微波的频段的传感器以及用于筛选频段为2.45GHz的微波的销钉调参器，所述分离器、所述传感器以及所述销钉调参器依次设置。
优选的，所述波导装置包括直角波导和用于插入所述钻井的套管内的柔性波导，所述直角波导的一端与所述筛选装置连通，所述直角波导的另一端与所述柔性波导连通。
优选的，所述直角波导为硬质材料件，所述柔性波导为软质材料件。
优选的，所述柔性波导的主体为皱纹铜管，所述皱纹铜管的外周部包裹有丁腈橡胶件。
优选的，所述柔性波导的首端与所述直角波导通过法兰连接，所述柔性波导的末端封闭，所述柔性波导的侧部设有所述注热口。
优选的，所述柔性波导沿轴向均匀设有多个所述注热口，且同一高度的所述注热口沿所述柔性波导的周向均匀分布。
优选的，各个所述注热口均采用石英玻璃件封口。
优选的，所述石英玻璃件的外侧贴设有防护橡胶件。
在使用本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备时，可以将微波装置、筛选装置以及波导装置依次连接，将波导装置的设有注热口的一端插入钻井内，并将微波装置、筛选装置均与冷却装置连接，以免微波装置和筛选装置在使用过程中出现散热故障问题，当完成了装置的装配操作后，可以控制微波装置、筛选装置以及冷却装置运行，以确保微波装置顺利的产生各种微波，且频段为2.45GHz的注热微波可通过波导装置进入钻井内，注热微波可通过注热口对钻井进行照射，
当注热微波照射钻井的岩石时，地层岩石受到注热微波作用后，地层岩石的强度会发生损伤劣化，导致孔裂隙结构发生变化，进而影响地层岩石和CO2、水的相互作用，加剧CO2-水-岩相互作用速度，最终可提高储层CO2的可注入性和封存容量。本装置突破现有的水力压裂储层的改造方式，采用微波系统作为热改性设备，具有成本低、功效快和设备简单等优点，可进行推广使用。
综上所述，本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，可有效提高储层的CO2可注入性和封存容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的实施例，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获得其他的附图。
图1为本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备的结构示意图；
图2为柔性波导插入钻井的套管内的结构示意图；
图3为图2中A-A处的剖视图；
图4为图3中B-B处的剖视图。
图1-图4中：
1为微波装置、11为微波发生器、12为微波控制器、2为筛选装置、21为分离器、22为传感器、23为销钉调参器、24为功率表、3为波导装置、31为直角波导、32为柔性波导、33为丁腈橡胶件、34为石英玻璃件、35为防护橡胶件、36为法兰、4为冷却装置、5为钻井、6为注热口、7为套管、8为水泥。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的核心是提供一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，可有效提高储层的CO2可注入性和封存容量。
请参考图1至图4，其中，图1为本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备的结构示意图；图2为柔性波导插入钻井的套管内的结构示意图；图3为图2中A-A处的剖视图；图4为图3中B-B处的剖视图。
本具体实施例提供了一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，包括：用于产生微波的微波装置1、用于筛选出频段为2.45GHz的注热微波的筛选装置2、用于连通筛选装置2和钻井5的波导装置3以及用于对微波装置1和筛选装置2进行冷却散热的冷却装置4，微波装置1、筛选装置2以及波导装置3依次连接，微波装置1和筛选装置2均与冷却装置4连接，波导装置3设有用于将注热微波注入钻井5内的注热口6。
需要说明的是，频段为2.45GHz的注热微波可以有效照射加热钻井5的岩石，使得地层岩石的强度会发生损伤劣化、孔裂隙结构发生变化，进而影响地层岩石和CO2、水的相互作用，加剧CO2-水-岩相互作用速度，以提高储层CO2的可注入性和封存容量。
可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对微波装置1、筛选装置2、波导装置3以及冷却装置4的形状、结构、尺寸、类型、位置、材质等进行确定。
在使用本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备时，可以将微波装置1、筛选装置2以及波导装置3依次连接，将波导装置3的设有注热口6的一端插入钻井5内，并将微波装置1、筛选装置2均与冷却装置4连接，以免微波装置1和筛选装置2在使用过程中出现散热故障问题，当完成了装置的装配操作后，可以控制微波装置1、筛选装置2以及冷却装置4运行，以确保微波装置1顺利的产生各种微波，且频段为2.45GHz的注热微波可通过波导装置3进入钻井5内，注热微波可通过注热口6对钻井5进行照射，
当注热微波照射钻井5的岩石时，地层岩石受到注热微波作用后，地层岩石的强度会发生损伤劣化，导致孔裂隙结构发生变化，进而影响地层岩石和CO2、水的相互作用，加剧CO2-水-岩相互作用速度，最终可提高储层CO2的可注入性和封存容量。本装置突破现有的水力压裂储层的改造方式，采用微波系统作为热改性设备，具有成本低、功效快和设备简单等优点，可进行推广使用。
综上所述，本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，可有效提高储层的CO2可注入性和封存容量。
在上述实施例的基础上，优选的，微波装置1包括微波发生器11和用于控制微波发生器11运行的微波控制器12，微波控制器12、微波发生器11以及筛选装置2依次连接。因此，使用过程中，可以通过微波控制器12控制微波发生器11产生各种微波，之后，再通过筛选装置2对微波进行分离和筛选，以得到所需频段的微波。
优选的，筛选装置2包括用于分离各种微波的分离器21、用于检测各种微波的频段的传感器22以及用于筛选频段为2.45GHz的微波的销钉调参器23，分离器21、传感器22以及销钉调参器23依次设置。
需要说明的是，可以将冷却装置4设置为水冷系统，且该水冷系统的水冷回路与各个发热装置连接，以保证各个发热装置有效散热，避免装置使用过程出现损坏现象，结构如图1所示。因此，微波控制器12和微波发生器11可以在水冷系统的作用下正常工作，微波控制器12和微波发生器11配合产生的微波可在分离器21作用下进行分离操作，以得到不同频段的微波，传感器22可有效检测各微波的频段，并在销钉调参器23作用下筛选得到频段为2.45GHz的注热微波，而后，注热微波可通过波导装置3进入钻井5内，以实现整个系统设备的微波产生、调谐和导入钻井5过程。
还需要说明的是，可以在筛选装置2上设置功率表24，以检测各装置是否处于正常运行状态。分离器21、传感器22以及销钉调参器23之间可通过法兰36进行固定连通连接，以确保注热微波顺利到达波导装置3、再进入钻井5内。
优选的，波导装置3包括直角波导31和用于插入钻井5的套管7内的柔性波导32，直角波导31的一端与筛选装置2连通，直角波导31的另一端与柔性波导32连通。
需要说明的是，使用过程中微波控制器12、微波发生器11、分离器21、传感器22以及销钉调参器23等部件均水平布置，为了确保柔性波导32可插入钻井5的套管7内，需要将直角波导31设置为直角结构，以确保筛选装置2和钻井5的顺利连通。
优选的，直角波导31为硬质材料件，柔性波导32为软质材料件。直角波导31和柔性波导32均为管状结构，管状结构的内部均用于输送频段为2.45GHz的注热微波，以使注热微波到达钻井5处，并有效照射加热钻井5的岩石结构。
因此，将直角波导31设置为硬质材料件，有利于保证微波的长距离输送过程顺利进行。将柔性波导32设置为软质材料件，是指柔性波导32具有一定弹性变形能力，以避免柔性波导32插入钻井5的套管7时出现损坏现象，也可以使柔性波导32在注热微波的作用下发生适应性变形，以便于更好的输送注热微波。
可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对微波发生器11、微波控制器12、分离器21、传感器22、销钉调参器23、直角波导31以及柔性波导32的形状、结构、材质、位置等进行确定。
在上述实施例的基础上，优选的，柔性波导32的主体为皱纹铜管，以确保柔性波导32兼备强度和弹性，皱纹铜管的外周部包裹有丁腈橡胶件33，丁腈橡胶件33可有效保护皱纹铜管，避免皱纹铜管使用过程出现损坏现象，以提高柔性波导32的整体使用寿命。
需要说明的是，钻井5的套管7通过水泥8和砂浆固定在钻井5的井壁上，柔性波导32的主体采用皱纹铜管材料进行制作，且主体的外部包裹有丁腈橡胶件33，可有效保证柔性波导32的伸入效果。并且，柔性波导32的长度可依据实际钻井5深度和微波损耗等进行确定。
优选的，柔性波导32的首端与直角波导31通过法兰36连接，柔性波导32的末端封闭，柔性波导32的侧部设有注热口6。
需要说明的是，可以采用螺丝孔将柔性波导32的首端与法兰36相连接，再将该法兰36与直角波导31相连接，以实现柔性波导32和直角波导31的连接操作。本装置将柔性波导32的末端封堵，并注热口6设置在柔性波导32的侧部，是为了提高注热微波对钻井5的照射加热效果，使得不同高度位置的井壁均可被注热微波加热改性，以降低岩石强度，增大渗透率，最终达到增储目的。
优选的，柔性波导32沿轴向均匀设有多个注热口6，且同一高度的注热口6沿柔性波导32的周向均匀分布，以确保钻井5多处井壁均被注热微波照射加热改性。
优选的，各个注热口6均采用石英玻璃件34封口，石英玻璃件34不会吸收注热微波，也即石英玻璃件34不会阻碍注热微波对井壁的加热改性操作，而且，石英玻璃件34可有效的防尘防灰，避免注热微波在使用过程中产生电火花现象。
优选的，石英玻璃件34的外侧贴设有防护橡胶件35，以避免柔性波导32伸入钻井5的套管7内时，石英玻璃件34出现磕碰损坏现象。
可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对皱纹铜管、丁腈橡胶件33、法兰36、注热口6、石英玻璃件34以及防护橡胶件35的形状、结构、个数、位置等进行确定。
另外，还需要说明的是，本申请的“内外”、“上下”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。
以上对本发明所提供的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，包括：用于产生微波的微波装置(1)、用于筛选出频段为2.45GHz的注热微波的筛选装置(2)、用于连通所述筛选装置(2)和钻井(5)的波导装置(3)以及用于对所述微波装置(1)和所述筛选装置(2)进行冷却散热的冷却装置(4)，所述微波装置(1)、所述筛选装置(2)以及所述波导装置(3)依次连接，所述微波装置(1)和所述筛选装置(2)均与所述冷却装置(4)连接，所述波导装置(3)设有用于将所述注热微波注入所述钻井(5)内的注热口(6)。
2.根据权利要求1所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述微波装置(1)包括微波发生器(11)和用于控制所述微波发生器(11)运行的微波控制器(12)，所述微波控制器(12)、所述微波发生器(11)以及所述筛选装置(2)依次连接。
3.根据权利要求1所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述筛选装置(2)包括用于分离各种微波的分离器(21)、用于检测各种微波的频段的传感器(22)以及用于筛选频段为2.45GHz的微波的销钉调参器(23)，所述分离器(21)、所述传感器(22)以及所述销钉调参器(23)依次设置。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述波导装置(3)包括直角波导(31)和用于插入所述钻井(5)的套管(7)内的柔性波导(32)，所述直角波导(31)的一端与所述筛选装置(2)连通，所述直角波导(31)的另一端与所述柔性波导(32)连通。
5.根据权利要求4所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述直角波导(31)为硬质材料件，所述柔性波导(32)为软质材料件。
6.根据权利要求5所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述柔性波导(32)的主体为皱纹铜管，所述皱纹铜管的外周部包裹有丁腈橡胶件(33)。
7.根据权利要求6所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述柔性波导(32)的首端与所述直角波导(31)通过法兰(36)连接，所述柔性波导(32)的末端封闭，所述柔性波导(32)的侧部设有所述注热口(6)。
8.根据权利要求7所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述柔性波导(32)沿轴向均匀设有多个所述注热口(6)，且同一高度的所述注热口(6)沿所述柔性波导(32)的周向均匀分布。
9.根据权利要求8所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，各个所述注热口(6)均采用石英玻璃件(34)封口。
10.根据权利要求9所述的用于CO2地下封存中微波改性增储技术设备，其特征在于，所述石英玻璃件(34)的外侧贴设有防护橡胶件(35)。
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