CN202991002U

CN202991002U - 页岩气增产设备

Info

Publication number: CN202991002U
Application number: CN 201220317903
Authority: CN
Inventors: 杨胜来; 章星; 李武广; 吕三波; 李桂云; 郑皑皑; 钱坤; 孟维伟
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-06-29

Abstract

本实用新型提供一种页岩气增产设备，包括蒸汽发生器、注入泵、内管和套设在内管外侧且固定在页岩气井内壁上的外管，所述注入泵的入口端与蒸汽发生器连通，所述注入泵的出口端与内管连通。本实用新型解决了现有页岩气开采中的诸多问题，将其用于页岩气增产可有效的提高页岩气解吸速度和渗流速度，进而提高页岩气产量。本实用新型提供的页岩气增产设备适合于直井、水平井或多分支井的页岩气开发。

Description

页岩气增产设备

技术领域

本实用新型涉及页岩气开采技术，尤其涉及一种页岩气增产设备。

背景技术

页岩气是赋存于暗色泥页岩层或高碳泥页岩层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种各个阶段，天然气一部分以游离相态（大约50％）存在于页岩层裂缝、页岩层孔隙及其它储集空间，另一部分以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及粘土孔隙表面。页岩气是宝贵的资源、优质的能源和化工原料，可作为常规天然气的接替能源或补充能源。

现有页岩气开采的主要是依靠其自身解吸，采气一段时间后，页岩气的产量急剧降低，页岩气开采的效果不理想，产量低、产量不稳定，不能达到工业开发标准。页岩气开采产气量低的原因主要是：与常规天然气相比，页岩气的储存方式以吸附为主、储层能量低（压力低）、渗透性差，页岩气的产出过程是先解吸，然后在孔隙介质中渗流。仅依靠自身解吸较难获得很高的产气量和采收率，必须寻找和研究提高开采速度(或日产气量)和采收率的新方法。

为了提高页岩气的采收率，可在页岩气开产量低于工业开发标准（单井1000米³/日）时，采取增产措施。现有的增产措施主要采用水力压裂进行储层改造。其原理是通过地面泵车将压裂液泵入到井底，高压压裂液在页岩气储层内压裂出一条或多条裂缝，从而为页岩气的渗流提供更多的通道。这种方法虽然增加了渗流通道，使部分解吸的页岩气流出，但没有从根本上加速吸附态页岩气的解吸，增产效果有限。这种页岩气增产的设备投资大、运行费用高，也限制了其广泛应用。

此外，还有一种针对页岩气的增产方法：CO₂吸附法，该方法是利用CO₂具有比甲烷（CH₄）高的吸附性，向页岩层注入CO₂，排挤甲烷或改变其吸附特性。这种方法还必须适当地降压，在降压过程中CH₄解吸，CO₂具有强吸附性而占据CH₄的位置，从而使CH₄保持游离状态。具体过程是：生产井开井降压，注入井注入CO₂，降压后CH₄解吸为游离状态，CO₂吸附。然后增加注入压力，CH₄沿页岩层孔隙流动从气井产出。按照上述方法生产一段时间后，再次降压，进行下一个循环的注入和产出。但由于降压过程在生产井，而CO₂是在注入井注入，导致CH₄与CO₂的竞争可能不同时发生，另外由于升压与降压的反复循环，缩短了页岩气生产的有效时间，因此也不能很大幅度地提高日产气量。且此增产方法设备复杂，制备成本极高，也使其仅停留于实验室研究阶段。

综上，现有页岩气增产方法均无法快速、有效的实现页岩气的增产，同时，也没有经济、合理的页岩气增产设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述页岩气开发问题，提出一种页岩气增产设备，其结构简单、合理、投资小，在用于页岩气增产时可有效提高页岩气解吸速度和渗流速度，进而提高页岩气产量。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种页岩气增产设备，包括蒸汽发生器、注入泵、内管和套设在内管外侧且固定在页岩气井内壁上的外管，所述注入泵的入口端与蒸汽发生器连通，所述注入泵的出口端与内管连通。所述外管上端用于固定页岩气井井壁，位于页岩气所在页岩层一端给自页岩层中解析出的页岩气提供通道，使解析后的页岩气汇入内管中。

进一步地，所述内管为不锈钢管或塑料内衬管。如石油行业常用的油管。

进一步地，所述内管外侧设置有隔热层，防止过热水蒸汽在未达到页岩气所在页岩层前热量散失。

进一步地，所述隔热层为包覆在内管外侧的隔热材料（如高分子泡沫材料）层；或

设置在所述内管和外管间的惰性气体层或氮气层，

进一步地，所述内管和外管位于页岩气所在页岩层的一段，均开设有筛孔，作为过热水蒸汽和解析后的页岩气的流通通道。

进一步地，所述蒸汽发生器注汽压力比页岩层孔隙压力高1-2MPa，注汽速度为5-10m³/h水当量过热水蒸汽。

上述页岩气增产设备的增产方法，包括以下步骤：（1）、向页岩气井的页岩层输送热能，并通过驱使所输送的热能在页岩层中实现热量传递而使页岩层温度升高；（2）、关闭页岩气井1－10天；（3）、打开页岩气井采气。

进一步地，实现热量传递而使以页岩气井为圆心半径50米范围内页岩层平均温度升高20-30℃。

进一步地，所述关闭页岩气井的时间为1－2天，等待热量进一步传递扩散。

进一步地，所述输送热能包括过热水蒸汽加热或微波加热。

进一步地，所述过热水蒸汽加热方法为：向页岩气所在页岩层注入过热水蒸汽，过热水蒸汽的单井注汽压力比页岩层孔隙压力高1-2MPa，注汽速度为5-10m³/h水当量过热水蒸汽，使进入页岩气所在页岩层的过热水蒸汽干度大于50%。当过热水蒸汽干度小于50%时，对页岩气的加热效果不佳，页岩气解析速度达不到要求。

进一步地，所述过热水蒸汽注入总量为每米页岩层厚注5~15吨水当量过热水蒸汽，或8~12吨水当量过热水蒸汽。

页岩气增产原理：页岩气通常是以吸附状态存在于页岩层孔隙表面的，它的产出至少要经过解吸、扩散和渗流三个过程，其中解吸速度和渗流速度是决定产气速度的主要因素。本使用新本实用新型页岩气增产设备，通过向页岩气所在岩层注入热能，增加吸附态页岩气（甲烷）的自由能，从而提高甲烷从页岩层孔隙表面上解吸的速度；同时页岩气受热膨胀加速渗流流动，从而达到大幅度提高页岩气产量、实现页岩气的工业化开发的目的。

本实用新型的工作步骤：蒸汽发生器产生的过热水蒸汽通过注入泵导入内管，过热水蒸汽依次通过内管、内管上的筛孔和外管上的筛孔输送到页岩气井的页岩层，并通过驱使所输送的热能在页岩层中实现热量传递而使页岩气所页岩层温度升高，使吸附在页岩层上的呈吸附态的页岩气（甲烷）迅速解吸，变为游离态。随着热量向页岩层深部传递，大量页岩气解吸为游离状态，游离状态的页岩气又受热膨胀。当开井生产时，这些游离态的页岩气迅速产出，依稀通过外管上的筛孔、内管上的筛孔和内管到达地面，汇入输气管道。

本实用新型所述页岩气增产设备结构简单、合理、灵活、可靠、投资小、热量高、页岩气增产效果好。本实用新型提供的页岩气增产设备适合于直井、水平井或多分支井的页岩气开发。

附图说明

图1为本实用新型过热水蒸汽加热示意图；

图2为本实用新型过热水蒸汽加热开采示意图。

具体实施方式

实施例1

图1为本实用新型加热示意图；图2为本实用新型开采示意图。

本实施例公开了一种页岩气增产的设备，如图1和图2所示，包括蒸汽发生器1、注入泵2、内管3和套设在内管3外侧且固定在页岩气井内壁上的外管5，注入泵2的入口端与蒸汽发生器1连通，注入泵2的出口端与内管3连通。

本实施例中的内管3采用石油行业常用的塑料内衬油管，可防止长期注入过热水蒸汽使内管3内壁生锈。内管3位于页岩气所在页岩层4的一段设置有作为过热水蒸汽和解析后页岩气通道的筛孔。内管3与外管5间设置有作为隔热层的氮气层，防止过热水蒸汽在未达到页岩气所在页岩层前热量散失。可以理解，其他形式的管路隔热方式均可应用在本设备中。

本实施例中外管5位于页岩气所在页岩层4的一段也设置有作为过热水蒸汽和解析后页岩气通道的筛孔。外管5上端（未设置有筛孔的一段）用于固定页岩气井井壁。

本实施例页岩气增产的设备的工作步骤：通过注入泵2将蒸汽发生器1产生的过热水蒸汽通入内管3，在内管3外侧隔热层的保护下，过热水蒸汽的热量损失较少，过热水蒸汽依次通过设置在内管3上的筛孔和外管5上的筛孔输送到页岩气所在页岩层4，在页岩气所在页岩层4中实现热量传递而使页岩层4温度升高；当以页岩气井为圆心半径50米范围内页岩层平均温度升高20-30℃时，停止输送过热水蒸汽；关闭页岩气井1-10天；被加热的页岩层4中的页岩气解析速度提高，且受热膨胀，流向页岩气井，依次通过设置在外管5上的筛孔和内管3上的筛孔，进入内管3；打开气井采气，经内管3流到地面，并汇入页岩气输气管网。

本实施例中需要开采的页岩气所在页岩层埋藏深度约1000米，页岩气所在页岩层原始温度约50℃。页岩气井经过一段时间的正常采气后，当单井日产量低于工业开发标准时（1000米³/日），采用上述页岩气增产设备继续开采页岩气，页岩气增产包括以下步骤：

（1）、向页岩气井的页岩层4输送热能，并通过驱使所输送的热能在页岩层4中实现热量传递而使页岩层温度升高；具体地，通过注入泵2向页岩气所在页岩层4注入蒸汽发生器1产生的过热水蒸汽，加热页岩气所在页岩层4，过热水蒸汽温度为100-300℃，单井注汽压力比页岩层孔隙压力高1-2MPa，注汽速度为5-10m³／h水当量过热水蒸汽，使进入页岩气所在页岩层的过热水蒸汽干度大于60%。过热水蒸汽注入总量为：每米页岩层厚注5~15吨水当量过热水蒸汽，使以页岩气井为圆心半径50米范围内页岩层平均温度升高20-30℃。加热温度不宜太高，以防止过热水蒸汽加热时热流体将页岩气推向远井地带；

（2）、关闭页岩气井2天，关闭页岩气井的作用是防止热量散失，并使注入的热量在页岩层内进一步传递扩散，在一定范围内温度分布均匀；

（3）、打开页岩气井采气：大量高温的游离状态的页岩气（甲烷）由远井地带页岩层依次流入外管5和内管3，经内管3输送到达地面汇入页岩气输气管线。

吸附于页岩层的页岩气在被过热水蒸汽加热后，页岩气的解吸速度提高，吸附能力大大降低；同时在热能向页岩层传递的过程中页岩气受热膨胀，有利于建立生产压差，从而大幅度地增加气井日产量。本实施例中原始地层温度约50℃，加热后页岩气井底半径50米范围内页岩层平均温度可达到70℃，此时页岩层的吸附能力约降低到原来的约1/10，解吸速度提高约10倍，气井产量提高约5-10倍。

本实用新型不局限于上述实施例所描述的页岩气增产设备，管路种类的变换、蒸汽发生器注汽压力和注汽速度的改变均落在本实用新型的保护范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种页岩气增产的设备，其特征在于，包括蒸汽发生器、注入泵、内管和套设在内管外侧且固定在页岩气井内壁上的外管，所述注入泵的入口端与蒸汽发生器连通，所述注入泵的出口端与内管连通。

2.根据权利要求1所述页岩气增产设备，其特征在于，所述内管为不锈钢管或塑料内衬管。

3.根据权利要求1所述页岩气增产设备，其特征在于，所述内管为油管。

4.根据权利要求1或2所述页岩气增产设备，其特征在于，所述内管外侧设置有隔热层。

5.根据权利要求4所述页岩气增产设备，其特征在于，所述隔热层为包覆在内管外侧的隔热材料层；或

设置在所述内管和外管间的惰性气体层或氮气层。

6.根据权利要求1或2所述页岩气增产设备，其特征在于，所述内管和外管位于页岩气所在页岩层的一段，均开设有筛孔。

7.根据权利要求1所述页岩气增产设备，其特征在于，所述蒸汽发生器注汽压力比页岩层孔隙压力高1-2MPa，注汽速度为5-10m³/h水当量过热水蒸汽。