CN114961651A - 高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，所述提高低阶储层煤层气产率的装置包括供气罐、气体增压装置、增压罐、换向装置、气体固体混合装置、单向装置及气体固体二次混合装置；供气罐的排气端通过第一管路与气体增压装置的蜗壳进气口连接；气体增压装置的蜗壳出气口通过第二管路与增压罐的进气口连接，增压罐的出气口与换向装置的进气口连接，换向装置的第二出气口与气体固体混合装置的进气口连接，换向装置的第一出气口与气体固体二次混合装置的高压气进气口连接，气体固体混合装置的出气口通过单向装置与气体固体二次混合装置的进气口连接，气体固体二次混合装置的出气口与注热井的井口连接。

Description

高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率 的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，属于煤层气开采技术领域。

背景技术

煤层气是煤炭伴生的一种非常规天然气，其主要成分是甲烷，既是重要的清洁能源，也是优质的化工原料。低煤阶煤层气是世界煤层气开发的主要对象。目前，世界成功实现煤层气规模开发利用的国家只有美国、加拿大、澳大利亚和中国。美国、加拿大、澳大利亚的煤层气产量绝大部分来自低煤阶煤层气，而我国的煤层气产量绝大部分来自山西沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的中、高煤阶煤层气。

然而，我国低煤阶煤层气的开发效果并不理想，主要原因在于成藏区域地质构造复杂，开采利用难度大，低煤阶煤化作用程度低，孔缝相对较多、基质松散，导致储层渗透率极低，很难有效提高煤层气的产量。

目前，煤层气的抽采方法多种多样，注热开采煤层气，这一作为提高低煤阶储层的渗透能力的有效措施已被普遍认可，国内外很多学者探究了温度对煤体中瓦斯解吸速率的影响规律，实验结果发现提高温度能够增加煤体中的煤层气的解吸速率。然而，传统采用的电加热煤储层、高温过热水蒸气加热煤储层的方法，因其资源消耗大、成本较高，经济成效低而很难实现产业化、规模化实施应用。

因此，提供一种新型的高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种气体固体混合装置。

本发明的另一个目的还在于提供一种提高低阶储层煤层气产率的装置。

本发明的又一个目的还在于提供一种提高低阶储层煤层气产率的方法。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种气体固体混合装置，其中，所述气体固体混合装置包括：壳体、设置于壳体内的混合仓及设置于壳体外的料仓，所述壳体的一端开设有进气口，另一端开设有出气口；

所述混合仓的一端固定于靠近出气口侧的壳体内侧壁上，所述混合仓的侧壁分别设置有进料口以及若干气体入口；所述料仓的出料管线穿过所述壳体侧壁与所述进料口相连通；所述混合仓内还安装有旋转轴，所述旋转轴上设置有若干组旋转叶片；

所述壳体内靠近出气口侧设置有电机转子及套设于所述电机转子外的电机定子，所述电机转子的中心以及混合仓的另一端内顶部分别设置有第一轴承及第二轴承，所述旋转轴的两端分别连接于第一轴承及第二轴承，且在电机转子、第一轴承及第二轴承作用下，所述旋转轴能带动若干组旋转叶片进行旋转。

作为本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式，其中，所述气体入口均布于所述混合仓的侧壁，且所述气体入口为倾斜圆柱孔形式。

作为本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式，其中，所述气体固体混合装置还包括轴承压圈，用于固定所述第一轴承。

作为本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式，其中，所述气体固体混合装置还包括定子压圈，用于固定所述电机定子。

另一方面，本发明还提供了一种提高低阶储层煤层气产率的装置，其中，所述提高低阶储层煤层气产率的装置包括：供气罐、气体增压装置、增压罐、换向装置、以上所述的气体固体混合装置、单向装置及气体固体二次混合装置；

所述供气罐的排气端通过第一管路与气体增压装置的蜗壳进气口连接；所述气体增压装置的蜗壳出气口通过第二管路与增压罐的进气口连接，增压罐的出气口与所述换向装置的进气口连接，换向装置的第二出气口与气体固体混合装置的进气口连接，换向装置的第一出气口与气体固体二次混合装置的高压气进气口连接，所述气体固体混合装置的出气口通过单向装置与气体固体二次混合装置的进气口连接，所述气体固体二次混合装置的出气口与注热井的井口连接。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述装置还包括显示器。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述气体增压装置包括蜗壳壳体以及设置于蜗壳壳体内的双向叶轮、旋转轴，所述蜗壳壳体的一端与接线盒固定连接，蜗壳壳体的另一端开设有蜗壳出气口，蜗壳壳体的侧壁靠近接线盒侧开设有蜗壳进气口；所述旋转轴设置有内部通道，且所述内部通道与所述蜗壳进气口连通，以使气体能经所述内部通道进入所述双向叶轮内进行增压；

所述蜗壳壳体内靠近接线盒侧设置有电机转子及套设于电机转子外的电机定子；

所述蜗壳壳体内靠近蜗壳出气口侧安装有轴承，所述轴承上安装有双向叶轮，所述旋转轴的一端连接于电机转子，另一端连接于双向叶轮，以使电机转子转动时能带动所述旋转轴旋转，进而带动双向叶轮旋转。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，双向叶轮为中间镂空、两侧均布有叶片的结构。该双向叶轮结构可使气体从双向叶轮内部流入，增大气体增压效率。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述增压罐包括罐体，所述罐体的顶端和底端分别开设有进气口、出气口；所述罐体的侧壁还开设有泄压口，所述泄压口设置有减压阀。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述换向装置包括壳体，设置于所述壳体内的滑块以及设置于壳体外的直线电机，所述滑块设置有贯穿块体的通孔，所述壳体的侧壁开设有进气口，与进气口相对侧侧壁分别开设有第一出气口及第二出气口；所述壳体内的两端分别设置有直线轴承，所述直线电机经由轴与所述滑块的一端相连，以使在直线电机、轴及直线轴承的带动下，所述滑块能在壳体内沿水平方向做往复运动，并于往复运动过程中能通过其通孔使进气口分别与第一出气口或者第二出气口相连通。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述换向装置还包括轴承压圈，用以固定所述直线轴承。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述滑块上设置有气密橡胶圈，当滑块通过其通孔使进气口与第一出气口或者第二出气口相连通时，用以保持进气口与通孔之间，通孔与第一出气口或者第二出气口之间密封。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述单向装置包括壳体，壳体内部具有贯穿壳体的中空孔道，中空孔道靠近出气口的一端为坡面结构，所述坡面结构上设置有可开合的闭合板，所述闭合板能在外力作用下闭合，以关闭所述中空孔道。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述气体固体二次混合装置包括：壳体及设置于壳体内的旋转轴，所述旋转轴上设置有若干组旋转叶片，所述壳体侧壁的上端、壳体的顶端、壳体的底端分别设置有进气口、高压气进气口及出气口；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承，所述壳体内顶部设置有电机定子、电机转子，所述电机定子套设于所述电机转子外，所述旋转轴的底端连接于所述下端轴承，所述旋转轴的顶端通过压圈与所述电机转子中心处的沉孔相连。

在本发明一具体实施方式中，所述电机转子的中心设置有沉孔，所述旋转轴顶端外缘为螺纹结构，所述压圈与旋转轴顶端外缘的螺纹结构连接，并将所述旋转轴的顶端固定于电机转子中心的沉孔，以实现电机转子与旋转轴的连接。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述下端轴承的底部安装有下端轴承压圈，用于固定所述下端轴承。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述电机定子的顶部设置有定子压圈。

本发明所提供的提高低阶储层煤层气产率的装置中的各组成部件的分布以及连接管路的布局美观、合理，可有效提高实验场地空间利用率、便于检修维护。

又一方面，本发明还提供了一种提高低阶储层煤层气产率的方法，其中，所述方法利用以上所述的提高低阶储层煤层气产率的装置，其包括以下步骤：

(1)供气罐的排气端排出的高温高压热风进入气体增压装置中，以增大所述高温高压热风的压力；

(2)将步骤(1)中增压后的高温高压热风存储于增压罐中，以进一步增大高温高压热风的压力；

(3)通过换向装置使步骤(2)中进一步增压后的高温高压热风进入气体固体混合装置中与支撑剂均匀混合(一次混合)；

(4)使步骤(3)中所得混有支撑剂的高温高压热风通过单向装置进入气体固体二次混合装置并于气体固体二次混合装置中实现高温高压热风和支撑剂更加充分、均匀地混合(二次混合)；

(5)通过换向装置使步骤(2)中进一步增压后的高温高压热风进入气体固体二次混合装置，在高温高压热风压力作用下单向装置关闭，同时于高温高压热风压力作用下步骤(4)中所得混有支撑剂的高温高压热风注入注热井后进行低阶储层煤层气开采。

作为本发明以上所述方法的一具体实施方式，其中，在低阶储层煤层气开采过程中，所述注热井与开采井的井口在地面构成井网，该井网中，一口注热井四周均布四口开采井。该设置及操作有利于煤层气规模化开采、利用，提高经济效益。

作为本发明以上所述方法的一具体实施方式，其中，所述支撑剂包括石英砂、球形陶粒砂及烧结矾土中的一种或几种的组合。

本发明中，由于换向装置在工作过程中，增压罐始终只与气体固体混合装置或者气体固体二次混合装置导通，即增压罐与气体固体混合装置及气体固体二次混合装置不同时导通，使得高温高压热风与支撑剂之间的一次混合和二次混合是交替进行的，可以有效避免气体回流，可使气体逐次冲击增压，进而可实现对煤层的持续冲击加热压裂。

本发明对所用高温高压热风的压力、温度，步骤(1)及步骤(2)中增压后的高温高压热风的压力、温度等均不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场实际作业需要，如待开采的具体地质条件(包括深度、裂隙发展情况等)等合理设置所用高温高压热风的压力、温度，步骤(1)及步骤(2)中增压后的高温高压热风的压力、温度，只要保证可以实现本发明的目的即可。

此外，本发明对步骤(3)中的一次混合时间及步骤(4)中的二次混合时间均不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场实际作业需要合理设置混合时间，只要保证采用本发明所用的一次混合和二次混合交替混合方式将高温高压热风及支撑剂充分混合均匀即可。

本发明所提供的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法为一种基于高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，其使高温高压热风和支撑剂均匀混合后，通过气体固体二次混合装置的出气口一同注入到注热井中，该操作可以实现对煤层的持续冲击加热压裂，便于高效施工、开采操作的进行，提高煤层气的解吸速率，从而产生大量的人造裂隙。煤层升温的同时降低了煤储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高了低煤阶煤层气的产量。同时，支撑剂充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中提供的所述装置适用井网布置示意图。

图3为本发明实施例中所用的增压罐的结构示意图。

图4为本发明实施例中所用的换向装置的结构示意图。

图5为本发明实施例中所用的气体固体混合装置的结构示意图。

图6a为本发明实施例中所用的气体增压装置的结构示意图。

图6b为本发明实施例中所用的气体增压装置的剖面图。

图6c为本发明实施例中所用的气体增压装置的剖面图。

图7a为本发明实施例中所用的单向装置的结构示意图。

图7b为本发明实施例中所用的单向装置的结构示意图。

图8为本发明实施例中所用的气体固体二次混合装置的结构示意图。

主要附图标号说明：

图1：1、供气罐，2、第一管路，3、气体增压装置，4、第二管路，5、增压罐，6、换向装置，7、第三管路，8、气体固体混合装置，9、第四管路，10、气体固体二次混合装置，11、单向装置，12、显示器，13、注热井。

图2：13、注热井，14、开采井。

图3：5、增压罐，15、减压阀，57、进气口，58、出气口。

图4：6、换向装置，16、进气口，17、直线电机，18、轴，19、轴承压圈，20、直线轴承，21、气密橡胶圈，22、第一出气口，23、第二出气口。

图5：8、气体固体混合装置，24、进气口，25、料仓，26、混合仓，27、旋转叶片，28、旋转轴，29、电机定子，30、电机转子，31、定子压圈，32、第一轴承，33、轴承压圈，34、出气口，35、第二轴承。

图6a-图6c：3、气体增压装置，36、接线盒，37、电机转子，38、电机定子，39、双向叶轮，40、蜗壳进气口，41、蜗壳出气口，42、旋转轴，43、轴承。

图7a-图7b：11、单向装置，45、进气口，46、闭合板，47、出气口。

图8：10、气体固体二次混合装置，48、进气口，49、旋转叶片，50、旋转轴，51、下端轴承，52、电机定子，53、电机转子，54、高压气进气口，55、出气口，定子压圈56。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“左”、“右”、“顶”及“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种气体固体混合装置，其结构示意图如图5所示，从图5中可以看出，所述气体固体混合装置5包括：

壳体、设置于壳体内的混合仓26及设置于壳体外的料仓25，所述壳体的一端开设有进气口24，另一端开设有出气口34；

所述混合仓26的一端固定于靠近出气口34侧的壳体内侧壁上，所述混合仓26的侧壁分别设置有进料口以及若干气体入口；所述料仓25的出料管线穿过所述壳体侧壁与所述进料口相连通；所述混合仓26内还安装有旋转轴28，所述旋转轴28上对称地设置有若干组旋转叶片27；

所述壳体内靠近出气口34侧设置有电机转子30及套设于所述电机转子30外的电机定子29，所述电机转子30的中心以及混合仓26的另一端内顶部分别设置有第一轴承32及第二轴承35，所述旋转轴28的两端分别连接于第一轴承32及第二轴承35，且在电机转子30、第一轴承32及第二轴承35作用下，所述旋转轴28能带动若干组旋转叶片27进行旋转。

本实施例中，所述混合仓26为圆锥形腔体，圆锥形腔体的底面端固定于靠近出气口34侧的壳体内侧壁上。

本实施例中，所述气体入口均布于所述混合仓26的侧壁，且所述气体入口为倾斜圆柱孔形式。

本实施例中，所述气体固体混合装置还包括轴承压圈33，用于固定所述第一轴承32。

本实施例中，所述气体固体混合装置还包括定子压圈31，用于固定所述电机定子29。

实施例2

本实施例提供了一种高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置，其中，所述高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置的结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述装置包括：供气罐1、气体增压装置3、增压罐5、换向装置6、实施例1提供的气体固体混合装置8、单向装置11及气体固体二次混合装置10；

本实施例中，所述气体增压装置3的结构示意图如图6a-图6c所述，从图6a-图6c中可以看出，所述气体增压装置3包括：

蜗壳壳体以及设置于蜗壳壳体内的双向叶轮39、旋转轴42，所述蜗壳壳体的一端与接线盒36固定连接，蜗壳壳体的另一端开设有蜗壳出气口41，蜗壳壳体的侧壁靠近接线盒36侧开设有蜗壳进气口40；所述旋转轴42设置有内部通道，且所述内部通道与所述蜗壳进气口40连通，以使气体能经所述内部通道进入所述双向叶轮39内进行增压；

所述蜗壳壳体内靠近接线盒36侧设置有电机转子37及套设于电机转子37外的电机定子38；

所述蜗壳壳体内靠近蜗壳出气口41侧安装有轴承43，所述轴承43上安装有双向叶轮39，所述旋转轴42的一端连接于电机转子37，另一端连接于双向叶轮39，以使电机转子37转动时能带动所述旋转轴42旋转，进而带动双向叶轮39旋转。

其中，所述双向叶轮39为中间镂空、两侧均布有叶片的结构。

本实施例中，所述增压罐5的结构示意图如图3所示，从图3中可以看出所述增压罐5包括罐体，所述罐体的顶端和底端分别开设有进气口57、出气口58；所述罐体的侧壁还开设有泄压口，所述泄压口设置有减压阀15。

本实施例中，所述换向装置6的结构示意图如图4所示，从图4中可以看出，所述换向装置6包括壳体，设置于所述壳体内的滑块以及设置于壳体外的直线电机17，所述滑块设置有贯穿块体的通孔，所述壳体的侧壁开设有进气口16，与进气口16相对侧侧壁分别开设有第一出气口22及第二出气口23；所述壳体内的两端分别设置有直线轴承20，所述直线电机17经由轴18与所述滑块的一端相连，以使在直线电机17、轴18及直线轴承20的带动下，所述滑块能在壳体内沿水平方向做往复运动，并于往复运动过程中能通过其通孔使进气口16分别与第一出气口22或者第二出气口23相连通。

其中，所述换向装置6还包括轴承压圈19，用以固定所述直线轴承20。

其中，所述滑块上设置有气密橡胶圈21，当滑块通过其通孔使进气口16与第一出气口22或者第二出气口23相连通时，用以保持进气口16与通孔之间，通孔与第一出气口22或者第二出气口23之间密封。

本实施例中，所述单向装置11的结构示意图如图7a-图7b所示，从图7a-图7b中可以看出，所述单向装置11包括壳体，壳体内部具有贯穿壳体的中空孔道(一端为进气口45，另一端为出气口47)，中空孔道靠近出气口的一端为坡面结构，所述坡面结构上设置有可开合的闭合板46，所述闭合板46能在外力作用下闭合，以关闭所述中空孔道。

本实施例中，所述气体固体二次混合装置10的结构示意图如图8所示，从图8中可以看出，所述气体固体二次混合装置10包括：壳体及设置于壳体内的旋转轴50，所述旋转轴50上对称地设置有若干组旋转叶片49，所述壳体侧壁的上端、壳体的顶端、壳体的底端分别设置有进气口48、高压气进气口54及出气口55；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承51，所述壳体内顶部设置有电机定子52、电机转子53，所述电机定子52套设于所述电机转子53外，所述旋转轴50的底端连接于所述下端轴承51，所述旋转轴50的顶端通过压圈与所述电机转子53中心处的沉孔相连。

其中，所述下端轴承51的底部安装有下端轴承压圈，用于固定所述下端轴承51。

其中，所述电机定子52的顶部设置有定子压圈56。

本实施例中，所述供气罐1的排气端通过第一管路2与气体增压装置3的蜗壳进气口40连接；所述气体增压装置3的蜗壳出气口41通过第二管路4与增压罐5的进气口57连接，增压罐5的出气口58与所述换向装置6的进气口16连接，换向装置6的第二出气口23通过第三管路7与气体固体混合装置8的进气口24连接，换向装置6的第一出气口22通过第四管路9与气体固体二次混合装置10的高压气进气口54连接，所述气体固体混合装置8的出气口34通过单向装置11与气体固体二次混合装置10的进气口48连接，所述气体固体二次混合装置10的出气口55与注热井13的井口连接。

本实施例中，所述装置还包括显示器12。

实施例3

本实施例提供了一种高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的方法，其中，所述方法利用实施例2提供的高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置，其包括以下步骤：

(1)供气罐1的排气端排出的高温高压热风进入气体增压装置3中，以增大所述高温高压热风的压力；

(2)将步骤(1)中增压后的高温高压热风存储于增压罐5中，以进一步增大高温高压热风的压力；

(3)通过换向装置6使步骤(2)中进一步增压后的高温高压热风进入气体固体混合装置8中与支撑剂均匀混合；

(4)使步骤(3)中所得混有支撑剂的高温高压热风通过单向装置11进入气体固体二次混合装置10并于气体固体二次混合装置10中实现高温高压热风和支撑剂更加充分、均匀地混合；

(5)通过换向装置6使步骤(2)中进一步增压后的高温高压热风进入气体固体二次混合装置10，在高温高压热风压力作用下单向装置11关闭，同时于高温高压热风压力作用下步骤(4)中所得混有支撑剂的高温高压热风注入注热井13后进行低阶储层煤层气开采。

本实施例中，在低阶储层煤层气开采过程中，所述注热井13与开采井14的井口在地面构成井网，该井网中，一口注热井13四周均布四口开采井14，如图2所示。

本实施例步骤(1)中，当气体增压装置的3的接线盒36通电后，电机转子37上电，根据安培定理，磁场中产生洛伦兹力以驱动与电机转子37固定连接的旋转轴42高速旋转。所述旋转轴在蜗壳进气口40的一端连接有，双向叶轮39安装在轴承43上，在所述旋转轴42的带动下所述双向叶轮39进行高速旋转。此时从供气罐1的排气端排出的高温高压热风经气体增压装置3的蜗壳进气口40进入气体增压装置3，经旋转轴42的内部通道进入双向叶轮39内，双向叶轮39高速旋转时，气流经双向叶轮39上均布的孔流出，并在双向叶轮39的叶片的旋转压缩作用下，实现高温高压热风的二次增压，二次增压后的高温高压热风经蜗壳出气口41排出，经第二管路4输送至增压罐5内。

本实施例步骤(2)中，二次增压后的高温高压热风经气体增压装置3的蜗壳出气口41、增压罐5的进气口57进入增压罐5内，在换向装置6的直线电机17工作前，增压罐5的出气口58是封闭的，二次增压后的高温高压热风存储在增压罐5中，压力进一步增大；

此外，增压罐5的泄压口与减压阀15连接，在增压罐5内压力达到设定值时，开启减压阀15，释放增压罐5内的气体，以使罐内压力至设定值以下，进而对整个系统进行保护。

本实施例步骤(3)中，高温高压热风经气体增压装置3增压后储存在增压罐5中，压力进一步增大，换向装置6的直线电机17向左运动时，进气口16与第二出气口23连通，增压后的高温高压热风经第三管路7进入气体固体混合装置8中，高温高压热风经混合仓26侧壁均布的倾斜圆柱状气体入口(倾斜圆柱孔)进入混合仓26，料仓25内存储的支撑剂经进料口进入混合仓26后在旋转叶片27的作用下被搅拌均匀，再与高温高压热风混合形成含颗粒气流，即实现一次混合。

本实施例步骤(4)中，一次混合后混有支撑剂的高温高压热风通过单向装置11经气体固体二次混合装置10的进气口48进入气体固体二次混合装置10内，电机转子53通电后带动旋转轴50转动，进而带动旋转叶片49转动，在旋转叶片49的转动作用下，一次混合后的混有支撑剂的高温高压热风进一步被搅拌混合(二次混合)；

换向装置6的直线电机17向右运动时，进气口16与第一出气口22连通(此时高压气进气口54与换向装置6导通)，增压后的高温高压热风经第四管路9从进气口54进入所述气体固体二次混合装置，所述单向装置11中的闭合板46在重力以及气压作用下向下运动，使得单向装置11的出气口47关闭，即使得气体固体混合装置8和所述气体固体二次混合装置10不连通，此时增压后的高温高压热风迫使已完成二次混合的混有支撑剂的高温高压热风通过气体固体二次混合装置10出气口55一同注入到注热井13中，有利于高温高压热风与支撑剂的充分混合、输送，从而提高储层煤层气的产率。

综上所述，本发明实施例提供的高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法为一种基于高温高压热风与支撑剂搅拌混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，其使高温高压热风和支撑剂均匀混合后，通过气体固体二次混合装置的出气口一同注入到注热井中，该操作可以实现对煤层的持续冲击加热压裂，便于高效施工、开采操作的进行，提高煤层气的解吸速率，从而产生大量的人造裂隙。煤层升温的同时降低了煤储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高了低煤阶煤层气的产量。同时，支撑剂充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (19)

1.一种气体固体混合装置，其特征在于，所述气体固体混合装置包括壳体、设置于壳体内的混合仓(26)及设置于壳体外的料仓(25)，所述壳体的一端开设有进气口(24)，另一端开设有出气口(34)；

所述混合仓(26)的一端固定于靠近出气口(34)侧的壳体内侧壁上，所述混合仓(26)的侧壁分别设置有进料口以及若干气体入口；所述料仓(25)的出料管线穿过所述壳体侧壁与所述进料口相连通；所述混合仓(26)内还安装有旋转轴(28)，所述旋转轴(28)上设置有若干组旋转叶片(27)；

所述壳体内靠近出气口(34)侧设置有电机转子(30)及套设于所述电机转子(30)外的电机定子(29)，所述电机转子(30)的中心以及混合仓(26)的另一端内顶部分别设置有第一轴承(32)及第二轴承(35)，所述旋转轴(28)的两端分别连接于第一轴承(32)及第二轴承(35)，且在电机转子(30)、第一轴承(32)及第二轴承(35)作用下，所述旋转轴(28)能带动若干组旋转叶片(27)进行旋转。

2.根据权利要求1所述的气体固体混合装置，其特征在于，所述气体入口均布于所述混合仓(26)的侧壁，且所述气体入口为倾斜圆柱孔形式。

3.根据权利要求1或2所述的气体固体混合装置，其特征在于，所述气体固体混合装置还包括轴承压圈(33)，用于固定所述第一轴承(32)。

4.根据权利要求1或2所述的气体固体混合装置，其特征在于，所述气体固体混合装置还包括定子压圈(31)，用于固定所述电机定子(29)。

5.一种提高低阶储层煤层气产率的装置，其特征在于，所述提高低阶储层煤层气产率的装置包括：供气罐(1)、气体增压装置(3)、增压罐(5)、换向装置(6)、权利要求1-4任一项所述的气体固体混合装置(8)、单向装置(11)及气体固体二次混合装置(10)；

所述供气罐(1)的排气端通过第一管路(2)与气体增压装置(3)的蜗壳进气口(40)连接；所述气体增压装置(3)的蜗壳出气口(41)通过第二管路(4)与增压罐(5)的进气口(57)连接，增压罐(5)的出气口(58)与所述换向装置(6)的进气口(16)连接，换向装置(6)的第二出气口(23)与气体固体混合装置(8)的进气口(24)连接，换向装置(6)的第一出气口(22)与气体固体二次混合装置(10)的高压气进气口(54)连接，所述气体固体混合装置(8)的出气口(34)通过单向装置(11)与气体固体二次混合装置(10)的进气口(48)连接，所述气体固体二次混合装置(10)的出气口(55)与注热井(13)的井口连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括显示器(12)。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述气体增压装置(3)包括蜗壳壳体以及设置于蜗壳壳体内的双向叶轮(39)、旋转轴(42)，所述蜗壳壳体的一端与接线盒(36)固定连接，蜗壳壳体的另一端开设有蜗壳出气口(41)，蜗壳壳体的侧壁靠近接线盒(36)侧开设有蜗壳进气口(40)；所述旋转轴(42)设置有内部通道，且所述内部通道与所述蜗壳进气口(40)连通，以使气体能经所述内部通道进入所述双向叶轮(39)内进行增压；

所述蜗壳壳体内靠近接线盒(36)侧设置有电机转子(37)及套设于电机转子(37)外的电机定子(38)；

所述蜗壳壳体内靠近蜗壳出气口(41)侧安装有轴承(43)，所述轴承(43)上安装有双向叶轮(39)，所述旋转轴(42)的一端连接于电机转子(37)，另一端连接于双向叶轮(39)，以使电机转子(37)转动时能带动所述旋转轴(42)旋转，进而带动双向叶轮(39)旋转。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，双向叶轮(39)为中间镂空、两侧均布有叶片的结构。

9.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述增压罐(5)包括罐体，所述罐体的顶端和底端分别开设有进气口(57)、出气口(58)；所述罐体的侧壁还开设有泄压口，所述泄压口设置有减压阀(15)。

10.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述换向装置(6)包括壳体，设置于所述壳体内的滑块以及设置于壳体外的直线电机(17)，所述滑块设置有贯穿块体的通孔，所述壳体的侧壁开设有进气口(16)，与进气口(16)相对侧侧壁分别开设有第一出气口(22)及第二出气口(23)；所述壳体内的两端分别设置有直线轴承(20)，所述直线电机(17)经由轴(18)与所述滑块的一端相连，以使在直线电机(17)、轴(18)及直线轴承(20)的带动下，所述滑块能在壳体内沿水平方向做往复运动，并于往复运动过程中能通过其通孔使进气口(16)分别与第一出气口(22)或者第二出气口(23)相连通。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述换向装置(6)还包括轴承压圈(19)，用以固定所述直线轴承(20)。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述滑块上设置有气密橡胶圈(21)，当滑块通过其通孔使进气口(16)与第一出气口(22)或者第二出气口(23)相连通时，用以保持进气口(16)与通孔之间，通孔与第一出气口(22)或者第二出气口(23)之间密封。

13.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述单向装置(11)包括壳体，壳体内部具有贯穿壳体的中空孔道，中空孔道靠近出气口的一端为坡面结构，所述坡面结构上设置有可开合的闭合板(46)，所述闭合板(46)能在外力作用下闭合，以关闭所述中空孔道。

14.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述气体固体二次混合装置(10)包括：壳体及设置于壳体内的旋转轴(50)，所述旋转轴(50)上设置有若干组旋转叶片(49)，所述壳体侧壁的上端、壳体的顶端、壳体的底端分别设置有进气口(48)、高压气进气口(54)及出气口(55)；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承(51)，所述壳体内顶部设置有电机定子(52)、电机转子(53)，所述电机定子(52)套设于所述电机转子(53)外，所述旋转轴(50)的底端连接于所述下端轴承(51)，所述旋转轴(50)的顶端通过压圈与所述电机转子(53)中心处的沉孔相连。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述下端轴承(51)的底部安装有下端轴承压圈，用于固定所述下端轴承(51)。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述电机定子(52)的顶部设置有定子压圈(56)。

17.一种提高低阶储层煤层气产率的方法，其特征在于，所述方法利用权利要求5-16任一项所述的提高低阶储层煤层气产率的装置，其包括以下步骤：

(1)供气罐的排气端排出的高温高压热风进入气体增压装置中，以增大所述高温高压热风的压力；

(2)将步骤(1)中增压后的高温高压热风存储于增压罐中，以进一步增大高温高压热风的压力；

(3)通过换向装置使步骤(2)中进一步增压后的高温高压热风进入气体固体混合装置中与支撑剂均匀混合；

(4)使步骤(3)中所得混有支撑剂的高温高压热风通过单向装置进入气体固体二次混合装置并于气体固体二次混合装置中实现高温高压热风和支撑剂更加充分、均匀地混合；

(5)通过换向装置使步骤(2)中进一步增压后的高温高压热风进入气体固体二次混合装置，在高温高压热风压力作用下单向装置关闭，同时于高温高压热风压力作用下步骤(4)中所得混有支撑剂的高温高压热风注入注热井后进行低阶储层煤层气开采。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在低阶储层煤层气开采过程中，所述注热井与开采井的井口在地面构成井网，该井网中，一口注热井四周均布四口开采井。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述支撑剂包括石英砂、球形陶粒砂及烧结矾土中的一种或几种的组合。

Images