CN114837642B - 一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法。通过引入固态源微波加热技术用于非常规油气资源原位注热开采，实现煤层气，稠油，油页岩等非常规油气的高效原位开发。具体是在地下目标层位部署固态源微波加热装置，先采用高频率、大功率微波短时间加热到指定温度，再采用低频率、低功率长时间维持温度，持续开采油气资源；直到使用连续油管移动微波加热装置完成全部目标层位开采。本发明实现了微波在地下的产生和辐射，避免了传统真空磁控管设备体积巨大无法下入地层的问题，为地下油气资源绿色高效转化提供了一种可行的办法。
Description
技术领域
本发明涉及油气资源注热技术领域，更具体的说是涉及一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法。
背景技术
随着传统能源的短缺和石油需求的增加，如何解决能源问题已成为一个紧迫的大问题。非常规油气资源储量巨大，其高效、绿色的开发利用对提高我国能源安全和油气资源战略储备具有重要意义。原位开发非常规油气资源效率高且对环境友好，符合未来的发展趋势。其中注热开采技术是非常规油气原位开发的重要技术之一，传统的注热开采主要包括注热水，热蒸汽，热二氧化碳等注热介质方法，以及向井筒直接下入电加热器、微波加热器等其它加热设备直接加热地层的方法。
其中微波加热因其加热效率高，体积式加热，即时性加热和对环境友好等优势具有良好的应用前景。长期以来，受限于传统磁控管微波源体积大导致装置无法放入井筒，而在地面产生微波并通过井筒导入地层较难实现，所以微波技术较难与油气资源现场开发相结合。得益于现代科学技术不断发展，尤其是射频高功率半导体技术系统性的快速发展，固态源在微波加热领域具有了更多优势。
针对目前缺乏基于固态源微波加热装置的注热开采方法的问题，本发明利用固态源微波加热技术，借助固态源装置体积小，可靠性高等特点，通过构建固态源微波入井装置实现地下产生微波并用于辐射油气层，根据变换微波加热的工程参数对不同的非常规油气资源(煤层气，稠油，油页岩等)进行原位注热开采，为非常规油气资源绿色高效开发探索了新的方法。该技术同时也为固态源微波加热技术拓展了新的应用场景。
发明内容
为了实现油气资源的注热开采，本发明旨在提供一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法。通过该方法利用固态源微波设备可直接入井，在井下直接产生微波并对储层进行加热，根据不同的开采对象调整相应的工程参数，实现地下非常规油气资源的高效绿色热采，为固态源技术应用于非常规油气资源开发提供了一种可行的思路。
针对各种非常规油气资源的原位注热开采，本发明是通过以下技术方案来实现的：
步骤一，以油气储层为目标层，在地面部署微波控制系统，并通过连续油管向目标层下入井下固态源微波加热装置；随后地面微波控制系统开机自检，确保装置可正常工作且各项参数满足装置运行条件；
步骤二，启动微波源向指定目标层位辐射微波，首先以较高频率、高功率微波辐射目标层位，直到井下温度压力检测系统显示达到所需工作温度；
步骤三，通过地面微波控制系统调节井下固态源微波加热装置，以较低频率、低功率微波继续辐射目标层位，维持温度处于工作温度之上，期间持续抽采产生的油气；
步骤四，某一目标层位开采结束后，关闭固态源微波加热装置，使用连续油管拖动固态源微波加热装置转移至下一目标层位；
步骤五，重复步骤二至步骤四，直到完成全部目标层位的注热开采；当生产井无法产生工业油气流时，关闭微波源并起出连续油管和固态源微波加热装置，对相关设备进行检修和维护，以备下一次使用。
上述方法的步骤一中，所述的固态源微波加热装置包括地面微波控制系统、连续油管、井下固态源微波加热装置。
所述井下固态源微波加热装置包括变压器、433MHz微波源、微波天线、温度检测系统、915MHz微波源、压力检测系统、2450MHz微波源、辅助固定装置、外壳、上开口、下开口。
所述连续油管可以拖动井下微波加热装置到指定目标层位，还能通过内置线缆为固态源微波加热装置提供电能和实现实时数据传输。
所述外壳由聚四氟乙烯材料制作而成，该外壳不会对微波的传播造成阻滞和干扰。
所述装置中微波源部分的基本组成如下：控制系统，双通道固态源，一分二功率分配器，三级功率放大器，一分三功率分配器，天线单元。
所述装置中微波源部分的实时检测系统，可以对微波反射等进行检测；所述的控制系统借助微波固态源自带的功率检测电路可以实现微波输出功率PID反馈控制，确保仪器稳定运作；
所述装置中微波源部分的三级功率放大器由前级放大器，第二级放大器和末级放大器组成；
所述装置中微波源部分的天线单元共有6个，以环形规律分布于圆柱形微波加热装置内部，可以实现向四周辐射微波能量。
上述方法的步骤二中的辐射频率为915MHz和2450MHz，功率为1000W至5000W，辐射时间由温度传感器反馈结果判断到达所需工作温度停止。
上述方法的步骤三中的频率为433MHz和915MHz，功率为100W至1000W。
上述方法可以用于实现煤层气，稠油，油页岩等非常规油气资源的高效原位开发。
有益效果：
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
1.井下往往处于高温高压环境，而基于半导体的氮化镓晶体管可以在高温和高压下工作，可以满足固态源微波中特定微波频率下功率放大的要求；
2.固态源微波发生器相比于传统磁控管微波装置工作电压更低，操作更加安全；
3.利用微波固态源自带的功率检测电路可以对微波输出功率进行PID反馈控制，系统功率输出具有较好的稳定性；
4.固态源微波装置支持精确控制输出微波的频率、功率，在针对不同的加热对象时可以实现更加精确的参数控制；
5.微波加热装置采用立体式分布馈能方式，即部署一系列天线阵列，每个固态源分别连接六根天线，而固态源与天线就近安装。相比于传统的磁控管微波设备，具有更高的加热效率和更好的加热均匀性；
6.固态器件易于集成，设备本身占据的空间体积远小于真空器件，使设计上达到了磁控管无法实现的机动性和空间紧凑性；因此，可以将小型化的固态微波加热设备设计制造为满足现场入井尺寸要求的圆柱形装置；
7.固态源微波装置支持穿透深度大、均匀性佳的较低频微波，加热储层时具有更大的辐射范围；
8.固态源微波装置采用模块化设计，定制方便易替换且安装和维护操作简单；
9.装置中有多个用于功率放大的模块，单个模块失效时不会严重影响整个放大器工作，具有较高的可靠性，对于油气现场开发来说，设备故障率低，宕机时间少，可避免频繁的起下管柱维修设备；
10.装置整体由连续油管拖动来实现入井和位置调整，可实现全井段和全方位的微波辐射，与现场工艺结合好，现场应用无需复杂的装置和培训。
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的介绍，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为本发明提供的微波加热装置在直径和水平井的部署示意图；
图2为微波加热装置组成示意图；
图3为微波源基本原理示意图。
其中，1——地层，2——目标层位，3——微波控制系统，4——连续油管，5——井下固态源微波加热装置，6——井筒，7——地面辅助设备，501——变压器，502——433MHz微波源，503——微波天线(微波输出端口)，504——温度检测系统，505——915MHz微波源，506——压力检测系统，507——2450MHz微波源，508——辅助固定装置，509——外壳，5101——上开口，5102——下开口；
具体实施方式
下面将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。
实施例1：
一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，当开发煤层气促进其解吸时，包括如下步骤：
S1：以煤层气储层为目标层，在地面部署微波控制系统，并通过连续油管向目标层下入井下固态源微波加热装置；随后地面微波控制系统开机自检，检查满足装置运行条件后，启动微波源向目标层位辐射微波；
S2：启动微波源向指定目标层位辐射微波，首先采用频率为915MHz和2450MHz，功率为1000W的微波源持续辐射煤层，直到井下温度压力检测系统显示高于煤层气解吸温度；
S3：通过地面微波控制系统调节地下微波加热装置，采用频率为433MHz和915MHz，功率为100W的微波源持续辐射煤层，保持温度一直高于煤层气解吸温度，期间持续抽采产生的煤层气；
S4：当前层位开采结束后，关闭微波加热装置，使用连续油管拖动将井下固态源微波加热装置转移至下一目标层位；
S5：重复S2至S4，直到完成全部目标层位的注热开采；当生产井无法产生工业油气流时，关闭微波源并起出连续油管和微波加热装置，对相关设备进行检修和维护，以备下一次使用。
实施例2：
一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，当开发稠油促进其降粘时，包括如下步骤：
S1：以稠油储层为目标层，在地面部署微波控制系统，并通过连续油管向目标层下入井下固态源微波加热装置；随后地面微波控制系统开机自检，确保装置可正常工作且各项条件满足装置运行条件；
S2：启动微波源向指定目标层位辐射微波，首先采用频率为915MHz和2450MHz，功率为3000W的微波源持续辐射储层，直到井下温度压力检测系统显示高于稠油可流动温度；
S3：通过地面微波控制系统调节地下微波加热装置，采用频率为433MHz和915MHz，功率为500W的微波源持续辐射煤层，保持温度一直高于稠油可流动温度，期间持续抽采稠油；
S4：当前层位开采结束后，关闭微波加热装置，使用连续油管拖动将井下固态源微波加热装置转移至下一目标层位；
S5：重复S2至S4，直到完成全部目标层位的注热开采；当生产井无法产生工业油气流时，关闭微波源并起出连续油管和微波加热装置，对相关设备进行检修和维护，以备下一次使用。
实施例3：
一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，当开发油页岩促进其热解时，包括如下步骤：
S1：以油页岩储层为目标层，在地面部署微波控制系统，并通过连续油管向目标层下入井下固态源微波加热装置；随后地面微波控制系统开机自检，确保装置可正常工作且各项条件满足装置运行条件；
S2：启动微波源向指定目标层位辐射微波，首先采用频率为915MHz和2450MHz，功率为5000W的微波源持续辐射储层，直到井下温度压力检测系统显示高于油页岩热解温度；
S3：通过地面微波控制系统调节地下微波加热装置，采用频率为433MHz和915MHz，功率为1000W的微波源持续辐射煤层，保持温度一直高于油页岩热解温度，期间持续抽采产生的油气；当温度高于油页岩热解温度后，打开生产井进行开采；
S4：当生产井无法产生工业油气流时，关闭生产井；关闭微波源后，使用连续油管拖动调整微波加热装置位置，辐射下一目标层位；
S5：重复S2至S4，直到完成全部目标层位的注热开采；当生产井无法产生工业油气流时，关闭微波源并起出连续油管和微波加热装置，对相关设备进行检修和维护，以备下一次使用。
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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：以油气储层为目标层，在地面部署微波控制系统，并通过连续油管向目标层下入固态源微波加热装置；随后地面微波控制系统开机自检，确保装置可正常工作且各项参数满足装置运行条件；
步骤二：启动微波源向指定目标层位辐射微波，首先以较高频率、高功率微波辐射目标层位，直到井下温度压力检测系统显示达到所需工作温度；
步骤三：通过地面微波控制系统(3)调节井下固态源微波加热装置(5)，以较低频率、低功率微波继续辐射目标层位，维持温度处于工作温度之上，期间持续抽采产生的油气；
步骤四：某一目标层位开采结束后，关闭固态源微波加热装置，使用连续油管拖动固态源微波加热装置转移至下一目标层位；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直到完成全部目标层位的注热开采；当生产井无法产生工业油气流时，关闭微波源并起出连续油管和固态源微波加热装置，对相关设备进行检修和维护，以备下一次使用；
所述固态源微波加热装置，包括以下部分：地面微波控制系统(3)通过连续油管(4)与井下固态源微波加热装置(5)相连接；井下固态源微波加热装置(5)主要由以下部分组成：变压器(501)，433MHz微波源(502)，微波天线(503)，温度检测系统(504)，915MHz微波源(505)，压力检测系统(506)，2450MHz微波源(507)，辅助固定装置(508)，外壳(509)，上开口(5101)，下开口(5102)。
2.根据权利要求1所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，所述连续油管(4)可以拖动井下固态源微波加热装置(5)到指定目标层位，并且内置线缆还能为固态源微波加热装置提供电能和实现实时数据传输；设备整体封装在聚四氟乙烯制作的外壳(509)内，该外壳不会对微波的传播造成阻滞和干扰。
3.根据权利要求1所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，固态源微波加热装置中微波源部分的基本组成如下：控制系统，双通道固态源，一分二功率分配器，三级功率放大器，一分三功率分配器，天线单元。
4.根据权利要求3所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，包括实时检测系统，可以对微波反射进行检测；所述控制系统借助微波固态源自带的功率检测电路可以实现微波输出功率PID反馈控制，确保仪器稳定运作；所述的三级功率放大器由前级放大器，第二级放大器和末级放大器组成；所述的天线单元共有6个，以环形规律分布于圆柱形微波加热装置内部，可以实现向四周辐射微波能量。
5.根据权利要求1所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，所述固态源微波加热装置包括可产生频率为433MHz，915MHz，2450MHz的三种微波发生器，且单个微波发生器功率均可调；此外基于半导体的氮化镓晶体管可以在高温和高压下工作，电路板还镀有保护膜，增强耐温散热且防腐蚀。
6.根据权利要求1所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，所述步骤二中的辐射频率为915MHz和2450MHz，功率为1000W至5000W，辐射时间由温度传感器反馈结果判断到达所需工作温度停止。
7.根据权利要求1所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，所述步骤三中的频率为433MHz和915MHz，功率为100W至1000W。
8.根据权利要求1所述的一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法，其特征在于，可以用于实现煤层气，稠油，油页岩的高效原位开发。
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