[发明专利]基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统及方法

权利要求书

1.一种基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，包括高分子材料泵注系统以及冷循环系统；所述高分子材料泵注系统包括内部存储高分子材料的高分子材料罐(1)、用于向钻孔内泵注高分子材料的泵注泵(2)以及一端连接于泵注泵(2)输出端、另一端伸入钻孔的泵注管，所述高分子材料罐(1)与泵注泵(2)输入端管道连接；

所述冷循环系统包括内部存储液氮的储氮罐(5)、用于将液氮泵注入钻孔内的液氮泵(4)以及冷循环管道，所述液氮泵(4)输入端与储氮罐(5)管道连通，所述冷循环管道输入端与液氮泵(4)输出端连通，输出端与储氮罐(5)连通；

所述冷循环管道包括串、并联连通的外部冷循环管道和内部冷循环管道，外部冷循环管道和内部冷循环管道上分别设置有通断阀门，通过启闭相应的通断阀门，导通外部冷循环管道或内部冷循环管道；外部冷循环管道设置于井口，开启液氮泵以及外部冷循环管道上的通断阀门，储氮罐(5)中液氮于外部冷循环管道中循环流动，冻结井口；内部冷循环管道设置于钻孔内，开启液氮泵和内部冷循环管道上的通断阀门，储氮罐(5)中液氮于内部冷循环管道中循环流动，冻结钻孔。

2.根据权利要求1所述的基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，所述液氮冷冻压裂系统还包括一热循环系统，所述热循环系统包括热风机(6)以及热循环管道，所述热循环管道包括第一热循环管道和第二热循环管道，所述第一热循环管道一端与热风机(6)出风口连通，另一端通过三通与冷循环管道输入端连通；所述第二热循环管道输入端通过三通与冷循环管道输出端连通；所述第一热循环管道和第二热循环管道上分别设置有通断阀门，启闭相应通断阀门，实现热循环系统和冷循环系统的切换。

3.根据权利要求2所述的基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，所述液氮冷冻压裂系统还包括一高分子材料回收系统，所述回收系统包括与泵注泵(2)并联的抽吸泵(3)、抽吸泵(3)输入管道以及抽吸泵(3)输出管道，所述抽吸泵(3)输入管道和抽吸泵(3)输出管道分别通过三通连接于泵注管和泵注泵(2)输入管道上；所述抽吸泵(3)输入管道、抽吸泵(3)输出管道、泵注管以及泵注泵(2)输入管道上分别设置有通断阀门，启闭相应通断阀门，实现高分子材料的泵注或抽吸。

4.根据权利要求3所述的基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，所述高分子材料回收系统还包括一补水系统，所述补水系统包括与高分子材料罐(1)并联的补水罐(7)以及补水管道，所述补水管道输入端与补水罐(7)连通，输出端通过三通连接于泵注泵(2)输入管道上，所述补水管道上设置有通断阀门，启闭相应通断阀门，实现泵注高分子材料或水。

5.根据权利要求1所述的基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，所述泵注管伸入钻孔的一端外表面包裹有隔热套筒(8)。

6.根据权利要求1所述的基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，所述泵注泵(2)输出端设置有压力表。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于保水树脂的液氮冷冻压裂系统，其特征在于，所述高分子材料为保水树脂与水的混合物。

8.一种基于保水树脂的液氮冷冻压裂方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的液氮冷冻压裂系统，包括以下步骤：

步骤一：自动压裂系统初始化，默认将所有通断阀门关闭；

步骤二：开启泵注泵(2)、泵注泵(2)输入管道和泵注管上的通断阀门，将高分子材料泵注入钻孔中，并充满整个钻孔；

步骤三：关闭泵注泵(2)、泵注泵(2)输入管道和泵注管上的通断阀门；

步骤四：开启液氮泵(4)、外部冷循环管道上的通断阀门，钻孔外部冷循环系统工作，对井口进行冻结；

步骤五：井口冻结完成，关闭液氮泵(4)、外部冷循环管道上的通断阀门，钻孔外部冷循环系统停止工作；

步骤六：开启泵注泵(2)、泵注泵(2)输入管道和泵注管上的通断阀门，继续向钻孔内泵注高分子材料，达到设定压力；

步骤七：关闭泵注泵(2)、泵注泵(2)输入管道和泵注管上的通断阀门，停止泵注；

步骤八：开启液氮泵(4)、外部冷循环管道和内部冷循环管道上的所有通断阀门，钻孔内部冷循环系统和外部冷循环系统工作，对钻孔内部未冻结的高分子材料进行冷冻，直到全部冻结；

步骤九：关闭液氮泵(4)、外部冷循环管道和内部冷循环管道上的所有通断阀门，钻孔内部冷循环系统和外部冷循环系统停止工作；

步骤十：开启热风机(6)、热循环管道上的通断阀门以及第一热循环管道与第二热循环管道中间的冷循环管道上的通断阀门，热循环系统工作，对钻孔内高分子材料进行升温融化；

步骤十一：关闭热风机(6)、热循环管道上的通断阀门以及第一热循环管道与第二热循环管道中间的冷循环管道上的通断阀门，热循环系统关闭；

步骤十二：开启泵注泵(2)、补水管道和泵注管上的通断阀门，开始对钻孔内缺水的高分子材料进行补水；

步骤十三：开启抽吸泵(3)、抽吸泵(3)输入管道和抽吸泵(3)输出管道上的通断阀门，开始抽吸回收高分子材料；

步骤十四：关闭泵注泵(2)、补水管道和泵注管上的通断阀门，停止对钻孔内高分子材料进行补水；

步骤十五：关闭抽吸泵(3)、抽吸泵(3)输入管道和抽吸泵(3)输出管道上的通断阀门，停止抽吸回收高分子材料；

步骤十六：若产气效率不达标，重复上述步骤，直至增透效果达到要求。