[发明专利]微波照射联合干冰压裂开采页岩气的装置及方法

说明书

本发明公开了一种微波照射联合干冰压裂开采页岩气的装置及方法,其装置包括微波照射组件、干冰压裂组件和页岩气收集组件，所述微波照射组件包括依次连接的微波发生器、波导管和微波发射器，微波通过射孔对水平井筒外的页岩层进行微波照射；所述干冰压裂组件包括依次连接的干冰制备装置、高压输送泵、干冰输送管控制阀和干冰输送管，干冰制备装置和高压输送泵均置于页岩气井外，干冰输送管的末端穿过竖直井筒置于水平井筒内，干冰制备装置中制备的干冰经过高压输送泵及干冰输送管送入水平井筒中，通过射孔对页岩层进行压裂。本发明可促进吸附气转换为游离气，加快解析速率，提升压裂效果，降低了开采成本，提高了页岩气开采效益。

技术领域

本发明属于页岩气开采相关技术领域，尤其涉及一种微波照射联合干冰压裂开采页岩气的装置及方法。

背景技术

目前全球传统能源枯竭加剧，且对清洁能源的需求不断扩大，为缓解和最终解决能源短缺、生态环境恶化和全球气候变暖等问题，亟需在全球范围内推广使用清洁能源。随着水平井与压裂技术的不断进步，人类对页岩气的勘探开发正逐步形成热潮，页岩气极有可能在全球一次能源消费结构中占据主要地位。

页岩气的主要成分为CH₄，常以吸附态和游离态存在于页岩地层中。页岩渗透率极低，一般小于0.001mD，这使得页岩气储层具有自生自储的特点。和常规天然气储层不同，超过90％的页岩气储层在开采时必须进行储层改造，使储层产生复杂的裂隙网络，使得裂隙和孔隙中处于吸附态和游离态的页岩气被顺利采出，所以，储层改造效果和解析速率对页岩气的开采显得尤为重要。

水力压裂是页岩气开采储层改造的传统技术手段，即通过向页岩气井内泵入高压水，以达到高压水通过射孔后直接压裂岩石的目的。但是，这种压裂技术的发展也受到水资源消耗量大、不利于干旱地区使用、易造成水锁效应、诱发地震、环境污染等诸多不利因素的制约。甚至，一些国家和地区出于资源与环境的考虑，已经严令禁止使用水力压裂开采页岩气。

为满足页岩气开采中对储层性质以及地理环境等因素的高标准和严要求，同时解决开发效果较差的世界性难题，发展无水压裂技术开采页岩气的需求越来越紧迫，且受到世界各国的高度重视。

其中，授权公告号为CN102747998B的中国专利，公开了一种页岩气增产方法及页岩气增产设备，该专利是利用向页岩层注热以提升页岩气的解析速率和流速，达到页岩气开采的效率，然而该专利所公开内容并不能保证热应力的造缝效果，且流程复杂，成本高昂；

申请公布号为CN110159241A的中国专利申请，公开了一种微波辐照与水力压裂协同开采页岩气的装置，该装置是利用微波照射水力压裂后的页岩层，页岩层迅速升温产生的热应力使得之前水力压裂产生的水力裂缝进一步扩展，一定程度上提高了页岩气开采率。然而，该专利所公开的内容并没有解决依赖水力压裂所带来的生态环境等问题；

授权公告号为CN105822275B的中国专利，公开了一种针对页岩的压裂造缝的技术和方法，该技术通过微波照射结合液氮分段压裂页岩气，以解决水力压裂过程中生产压差过小导致井眼附近液相挥发速度较慢造成水锁堵塞渗流通道的问题。然而，该技术并没有考虑页岩气的解析速率，且一次压裂无法根本保证不同储层环境的压裂效果，液氮制备及输送成本较大。

因此，如何加快页岩气解析速率，确保压裂效果，并使成本低廉，是页岩气开采中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种压裂效果更好、页岩气解析速率更快、成本更低的微波照射联合干冰压裂开采页岩气的装置及方法。