[发明专利]一种应用于页岩气开采的电动水力压裂装置

说明书

技术领域

本发明涉及页岩气开采领域，尤其关于页岩水力压裂技术，是一种电动水力压裂装置。

背景技术

能源危机日益严峻，同时化石燃料过度燃烧造成严重的环境问题，寻找新的可替代能源迫在眉睫。由美国掀起的页岩气革命将页岩气这种非常规天然气带入了人们的视野，页岩气全球储量大、分布广，能够极大地改写世界能源格局。

目前，页岩气的开采已经成为全球资源开发的热点问题。所谓页岩气指的是保留在石油岩层中的天然气，与“煤层气”、“致密气”同属一类。由于页岩气藏基岩非常致密，有效孔喉半径小、渗透率很低，90％以上的页岩气井需要采取压裂等增产措施。所以，岩层压裂技术对页岩气的开采显得尤为重要。

目前，水力压裂技术是页岩气开采的核心技术之一，已得到极大发展。水力压裂就是指向井内泵入高压液体，有资料表明，当气藏深1880m时，闭合压力可达33MPa，破裂压力高达40MPa，高压液体产生的井内高压压裂岩层，从而使页岩气流入井内的技术。以水力压裂技术为基础，逐渐发展产生的清水压裂技术、水平井分段压裂技术、重复压裂技术以及同步压裂技术等压裂先进技术的规模化应用大幅度提高了页岩气井产量，极大地促进了页岩气产业的快速发展。

但所有的水力压裂技术都需要向井下泵入高压液体，中间沿程损失大，能耗高，并不符合我国发展国情，尤其在环保呼声愈发高涨的今天，水力压裂技术存在的问题显得更加突出，造成页岩气开采成本和能耗过高。申请号为CN191510651290.0的中国专利(一种应用于页岩气开采的岩层蒸汽压裂装置)提出采用电磁感应加热的方式，产生高压蒸汽代替高压水来进行岩层压裂，该装置不需要压裂液，避免了对地下水的污染，加热速度快，沿程损失少。但该装置对原水力压裂方法改动大，在实际应用中实现难度大。

发明内容

为解决上述问题，本发明在现有水力压裂技术基础上，提出一种应用于页岩气开采的电动水力压裂装置，该装置仍保留原水力压裂原理，但泵入的液体为常压压裂液，通过电动增压，避免沿程能量损失。该装置在现有水力压裂基础上进行优化，改动成本低，电能的输送比高压液体的输送更容易实现，且沿程损失低，降低页岩气开采能耗及成本，符合节能减排的要求。

为实现上述功能，本发明采用的技术方案如下：一种应用于页岩气开采的电动水力压裂装置，由压裂系统、收集系统和液体输送系统组成，液体输送系统将压裂液输送进入水平井筒内的压裂套管，增压部分压裂系统通过控制高压塞来挤压压裂液产生井下高压压裂岩层，最后由集气系统进行页岩气的收集。

竖直井筒从地面延伸至地下深处，地面装置位于竖直井筒的地面端；压裂作业在水平井筒完成，水平井筒上有压裂装置，将岩层压出裂缝，收集页岩气。

液体输送系统由液体输送管、储水池、潜水泵和加料口组成，储水池位于地面，潜水泵放置于储水池中，潜水泵将储水池中的水输送进入液体输送管，在经过加料口时，添加支撑剂，得到压裂液，压裂液通过液体输送管进入水平井筒，并通过入口阀进入压裂系统。

压裂系统由压裂套管、入口阀、水平井筒、出口阀、丝杠、丝母、压裂孔、导线、电机、高压塞、推杆、电源、支撑弹簧和高压密封圈组成。压裂套管位于水平井筒内部，压裂套管两端开口，管壁上有压裂孔，压裂孔处设有出口阀，其他装置均置于压裂套管内部；导线连接地面的电源，控制电机工作，电机带动丝杠高速旋转，从而带动丝母高速旋转并水平运动，其中，丝杠两端螺纹旋向相反，使丝杠两端的丝母相向运动；推杆和高压塞连接为一体，套在丝杠的光杆部分，位于丝母内侧，支撑弹簧套在丝杠中间，两端抵着高压塞，在支撑弹簧的作用下，推杆另一端紧靠在丝母上；高压塞与压裂套管内表面、丝杠的接触面分别装有高压密封圈，一方面使两个高压塞之间形成密封腔，同时避免压裂液中的支撑剂进入丝杠的螺纹处，影响丝杠与丝母的配合。压裂系统产生的高压通过压裂孔释放，压裂岩层，裂缝形成后需要进行页岩气的收集。入口阀和出口阀都是单向阀，入口阀只允许流体从液体输送管进入压裂套管，在压裂套管内压力高于水平井筒内压力时关闭；出口阀只允许流体从压裂套管内流出，在压裂套管内压裂达到20MPa时开启