CN206668240U - 一种高温射流强化液氮汽化压裂装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高温射流强化液氮汽化压裂装置，其主要利用液氮汽化压裂开采页岩气：先由高温高压射流将水平井切割分支裂缝，使井下形成“丰”字型裂隙结构，然后通过液氮管道向地下注入液态氮，再利用喷嘴喷出高温流体使液氮迅速汽化，转化为氮气，制造出高压环境，压裂页岩，每节管体通过自锁结构和电磁铁进行连接并可通过控制模块实现每节管体独立工作。本压裂装置只需预加热基液，在基液通过喷嘴时，通过喷嘴处的电热线圈迅速加热到高温，并通过喷嘴的锥体结构以及涡流导槽可以在喷嘴口迅速给流体加速加压，提高切割力度。释放液氮和高温射流反复交替，完成压裂任务。本实用新型压裂效率高，节约水资源，保护环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及页岩气压裂开采领域，具体而言涉及一种高温射流强化液氮汽化压裂装置。
背景技术
随着传统常规能源对生态环境的影响，以及可开采资源越来越少的限制，一些新能源逐渐成为了世界的焦点。但大部分新能源可利用率低、制取成本高，是现今制约新能源发展的主要因素。页岩气是一种非常规的天然气资源，其特点在于开采寿命长、生产周期长、清洁、高效、用途广泛。我国页岩气可开采储量居世界第一，因此极其具有开发价值。但是,现今页岩气的开采也具有诸多限制，其主要体现在两个方面：①页岩气储层渗透率低，开采难度大，产量低；②传统页岩气开采方法需要消耗大量的水资源，易造成污染和浪费。因此，在页岩气开采领域，针对以上问题，可以极大的提高产能且可以摆脱对传统资源依赖的页岩气开采技术十分具有研究价值，对我国页岩气开发及商业化发展都具有十分重要的意义。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高温射流强化液氮汽化压裂装置。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种高温射流强化液氮汽化压裂装置主要由管状喷射装置相互连接而成。所述管状喷射装置主要由管路、控制模块、控制阀、喷嘴、连接结构五部分组成。
作为优选，管状喷射装置管体最大直径在90cm-100cm之间，管体长在2m-3m之间。
作为优选，管状喷射装置管身的主体结构由强度高、抗疲劳、可磁化的合金材料制成。
作为优选，所述管路部分主要由高温热流管道和液氮管道两部分构成。高温热流管道为内管，直径控制在35cm-40cm。高温热流的载体以油基或是凝胶基为主，基液加热到500-1000℃，磨料为直径小于1mm的氧化铝粉末。液氮管道为外层管道，包裹着高温热流管，直径控制在65cm-70cm左右。
作为优选，高温热流管道和液氮管道之间设置有隔温层。
作为优选，所述控制模块为整个系统的主控制系统，由微型电脑组成，控制各个部分的工作。
作为优选，所述控制阀由控制模块控制，可独立控制高温热流管道开关和液氮管道的开关。
作为优选，所述喷嘴由两部分组成：其一是与液氮管道相连接将液氮释放，孔直径约在8cm-10cm左右，四周均匀分布四个；其二是锥体结构喷嘴，内部设计有涡流导槽和电热线圈与热流管道相连，可加热、增速、加压流体，进行射流，四周均布四个。
作为优选，所述连接结构由对接结构和电磁铁两部分组成。对接结构为圆锥自锁结构，每个管状喷射装置管体分为前端接口和后端接口。前端接口设计为外锥形结构，与前一个管体的内锥形后端接口相连，并形成自锁结构。
作为优选，每一个后端接口都配有一个由控制模块控制的电磁铁用于加固两个管体的连接。进一步的，对接口设置有电路终端，可以保证每个管体之间的电路连接与控制。
本实用新型的有益效果是：
①本实用新型利用液氮汽化压裂的方法实现页岩气开采，效率高，能够节约水资源。通过液氮管道向地下注入一定量的液态氮，然后通过喷嘴喷出高温流体吸热，使液氮迅速汽化，转化为氮气，迅速制造高压环境，压裂页岩。高温高压射流将水平井切割分支裂缝，使井下形成“丰”字型结构，再通过液氮压裂。反复交替，实现高效压裂效果，提高产率以满足生产需要。
②本实用新型每节管体可独立地实现对流体的开关控制，节省了传统分隔器的使用，简化施工步骤，提高工作效率。各节管体自锁结构和电磁铁进行连接，相较于传统连接方式来说，施工更为方便、安全。喷嘴的锥体结构以及涡流导槽可以在喷嘴口迅速给流体加速加压，提高切割力度。
③本实用新型打破了传统高温高压射流需要使加热流体的局限，只需初步加热，在通过喷嘴时，通过喷嘴处的电热线圈迅速加热。这样既可以节约能源有可以减少液氮和高温热流之间的影响。
附图说明
图1为本实用新型管状喷射装置结构示意图；
图2为本实用新型管状喷射装置的俯视图；
图3为本实用新型所述喷嘴的构示意图；
图4为本实用新型管状喷射装置的连接示意图。
附图说明：1-高温热流管道 2-液氮管道 3-隔温层 4-主控系统 5-控制模块 6-电路终端 7-电磁铁 8-锥体结构喷嘴 9-液氮流出口 10-连接结构 11-涡流导槽 12-电热线圈
具体实施方式
下面结合附图1-4，对本实用新型的技术方案作进一步说明。所述实施例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，但该描述仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
一种高温射流强化液氮汽化压裂装置主要由管状喷射装置相互连接而成。所述管状喷射装置主要由管路、控制模块、控制阀、喷嘴、连接结构五部分组成。管状喷射装置管体最大直径在90cm-100cm之间，管体长在2m-3m之间。管状喷射装置管身的主体结构由强度高、抗疲劳、可磁化的合金材料制成(如：A3Q235D钢材)。所述管路部分主要由高温热流管道和液氮管道两部分构成。高温热流管道为内管，直径控制在35cm-40cm。高温热流的载体以油基或是凝胶基为主，基液加热到500-1000℃，磨料为直径小于1mm的氧化铝粉末。液氮管道为外层管道，包裹着高温热流管，直径控制在65cm-70cm左右。高温热流管道和液氮管道之间设置有隔温层(如：聚氨酯泡沫塑料、多层度铝薄膜等)。所述控制模块为整个系统的主控制系统，由微型电脑组成，控制各个部分的工作。所述控制阀由控制模块控制，可独立控制高温热流管道开关和液氮管道的开关。所述喷嘴由两部分组成：其一是与液氮管道相连接将液氮释放，孔直径约在8cm-10cm左右，四周均匀分布四个；其二是锥体结构喷嘴，内部设计有涡流导槽和电热线圈与热流管道相连，可加热、增速、加压流体，进行射流，四周均布四个。所述连接结构由对接结构和电磁铁两部分组成。对接结构为圆锥自锁结构，每个管状喷射装置管 体分为前端接口和后端接口。前端接口设计为外锥形结构，与前一个管体的内锥形后端接口相连，并形成自锁结构。每一个后端接口都配有一个由控制模块控制的电磁铁用于加固两个管体的连接。进一步的，对接口设置有电路终端，可以保证每个管体之间的电路连接与控制。
一种高温射流强化液氮汽化压裂装置，具体实施方式包括以下主要步骤：
步骤S1，将各节管体通过连接结构(10)相互连接并通过电磁铁(7)加固；
步骤S2，连通后向管路的高温热流管道(1)中通载有磨料的基液，向液氮管道(2)中通液态氮；
特别说明，高温热流管道(1)和液氮管道(2)之间由隔温层(3)保护。
在上述步骤S2中所述的载有磨料的基液和液氮由地面压裂装置产生。
步骤S3，分节打开热流阀(由控制模块5控制)，基液通过喷嘴(8)时，依靠喷嘴出的电热线圈(12)迅速加热加压，经涡流导槽(11)加速从喷嘴喷出，切割页岩；
步骤S4，在制造出分支孔隙后，关闭热流阀，打开低温控制阀(由控制模块5控制)，液氮由液氮流出口(9)流出，注入分支孔隙中；再关闭低温控制阀，打开热流阀，由喷嘴喷出的高温气体使液氮迅速汽化，产生高压环境，增大页岩裂隙，提高页岩压裂效率。
在上述步骤S4中所述的释放液氮与高温射流反复交替进行，增加、增大页岩空隙，促进页岩气的渗透，提高页岩气产量。
Claims (4)
1.一种高温射流强化液氮汽化压裂装置，所述压裂装置主要由管状喷射装置相互连接而成；所述管状喷射装置主要由管路、控制模块、控制阀、喷嘴、连接结构五部分组成；所述一种高温射流强化液氮汽化压裂装置其特征在于：
(a)所述管路部分主要由高温热流管道和液氮管道两部分构成；高温热流管道为内管，直径控制在35cm-40cm；液氮管道为外层管道，包裹着高温热流管，直径控制在65cm-70cm；高温热流管道和液氮管道之间设置有隔温层；
(b)所述喷嘴由两部分组成：其一是与液氮管道相连接将液氮释放，孔直径约在8cm-10cm，四周均匀分布四个；其二是锥体结构喷嘴，内部设计有涡流导槽和电热线圈与热流管道相连，可加热、增速、加压流体，进行射流，四周均布四个；
(c)所述连接结构由对接结构和电磁铁两部分组成；对接结构为圆锥自锁结构，每个管状喷射装置管体分为前端接口和后端接口；前端接口设计为外锥形结构，与前一个管体的内锥形后端接口相连，并形成自锁结构；每一个后端接口都配有一个由控制模块控制的电磁铁用于加固两个管体的连接；进一步的，对接口设置有电路终端，可以保证每个管体之间的电路连接与控制。
2.根据权利要求1中所述的一种高温射流强化液氮汽化压裂装置，其特征在于，所述管状喷射装置管体最大直径在90cm-100cm之间，管体长在2m-3m之间；管状喷射装置管身的主体结构由强度高、抗疲劳、可磁化的合金材料制成。
3.根据权利要求1中所述的一种高温射流强化液氮汽化压裂装置，所述控制模块为整个系统的主控制系统，由微型电脑组成，控制各个部分的工作；所述控制阀由控制模块控制，可独立控制高温热流管道开关和液氮管道的开关。
4.根据权利要求1中所述的一种高温射流强化液氮汽化压裂装置，其特征在于所述高温热流的载体以油基或是凝胶基为主，基液加热到500-1000℃，磨料为直径小于1mm的氧化铝粉末。
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