[发明专利]一种等离子体定向致裂页岩的装置和方法

权利要求书

1.一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：包括聚能射孔装置（10）、纳米导电粉末输送装置（20）、等离子体放电装置（30）；

所述聚能射孔装置（10）包括高压流体泵站（11）、射流液输送管（12）和射孔器（13）；

所述高压流体泵站（11）与射流液输送管（12）的一端相连，射流液输送管（12）的另一端伸入页岩储层内，并且此端端部设置有射孔器（13）；

所述射流液输送管（12）上设置有用于控制聚能射孔装置（10）启闭的高压阀门（14）；

页岩储层内部在所述聚能射孔装置（10）的作用下，构筑有若干个定向缝槽（40）；

所述纳米导电粉末输送装置（20）包括输送风机（21）、纳米导电粉末输送管（22）和输送喷口（23）；

所述输送风机（21）出风口与纳米导电粉末输送管（22）一端相连，纳米导电粉末输送管（22）另一端设置有输送喷口（23）；所述输送喷口（23）在输送风机（21）的驱动下，通过纳米导电粉末输送管（22），将纳米导电粉末和氧化剂粉末喷在定向缝槽（40）表面；

所述等离子体放电装置（30）包括高压线缆（31）、金属丝驱动器（33）、若干根金属丝（34）；

每根所述金属丝（34）一端固定在高压线缆（31）上，另一端在金属丝驱动器（33）的驱动下，伸入页岩储层内的定向缝槽（40）中；

所述等离子体放电装置（30）还包括等离子体发生器（36）、正电极（37）、负电极（38）和高压放电开关（39）；

所述正电极（37）和负电极（38）均布设在高压线缆（31）上；

所述等离子体发生器（36）正极端与正电极（37）相连，等离子体发生器（36）负极端与负电极（38）相连；

所述等离子体发生器（36）与正电极（37）之间还设置有用于控制等离子体发生器（36）启停的高压放电开关（39）。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：所述聚能射孔装置（10）还包括压力表（15），压力表（15）设置在射流液输送管（12）上。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：所述高压线缆（31）外周套设有线缆保护套管（32）；线缆保护套管（32）上设置有与定向缝槽（40）数目相同的若干个金属丝预留孔（35）。

4.根据权利要求3所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：若干个所述金属丝预留孔（35）全部布设在正电极（37）与负电极（38）之间的线缆保护套管（32）上。

5.根据权利要求3所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：两个相邻金属丝预留孔（35）之间的距离与两个相邻定向缝槽（40）之间的距离大小相等。

6.根据权利要求1所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：所述定向缝槽（40）呈以高压线缆为中心的圆环状，定向缝槽（40）的厚度由中心位置向边缘位置逐渐减小。

7.根据权利要求3所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：所述金属丝（34）一端固定在高压线缆（31）上，另一端在金属丝驱动器（33）的驱动下，穿过布设在线缆保护套管（32）上的金属丝预留孔（35），伸入页岩储层内的定向缝槽（40）中。

8.根据权利要求7所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：每个所述金属丝预留孔（35）内穿设有两根金属丝（34）；所述定向缝槽（40）以高压线缆（31）所在水平面为分界，划分为水平面之上部分和水平面之下部分，两根金属丝（34）分别伸入定向缝槽（40）的水平面之上部分和水平面之下部分。

9.根据权利要求1所述的一种等离子体定向致裂页岩储层的装置，其特征在于：所述金属丝（34）直径范围为0.1-0.5 mm。

10.基于权利要求4或5或8任一所述的一种等离子体定向致裂页岩的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在已探测出的富含页岩气储层的岩层中施工并构筑钻井；

S2、将聚能射孔装置（10）中的射流液输送管（12）通过钻井送入页岩储层内，然后启动高压流体泵站（11），开启高压阀门（14），驱动射孔器（13）在页岩储层内部构筑若干个定向缝槽（40），完成后将射流液输送管（12）和射孔器（13）撤出钻井；

S3、将纳米导电粉末输送装置（20）中的纳米导电粉末输送管（22）通过钻井送入页岩储层内，输送喷口（23）在输送风机（21）的驱动下，通过纳米导电粉末输送管（22），将纳米导电粉末和氧化剂粉末喷在定向缝槽（40）表面，完成后将纳米导电粉末输送管（22）撤出钻井；

S4、将等离子体放电装置（30）中的高压线缆（31）通过钻井送入页岩储层内，调整高压线缆（31）位置，使金属丝预留孔（35）与定向缝槽（40）的中心位于同一竖直平面内，若干个金属丝预留孔（35）与若干个定向缝槽（40）一一对应；每根所述金属丝（34）一端固定在高压线缆（31）上，另一端在金属丝驱动器（33）的驱动下，穿过布设在线缆保护套管（32）上的金属丝预留孔（35），伸入页岩储层内的定向缝槽（40）中；同时，保证所有的金属丝（34）和定向缝槽（40）的布设位置处于正电极（37）和负电极（38）之间；

S5、开启等离子体发生器（36），合闸高压放电开关（39），引爆金属丝（34），对定向缝槽（40）内的金属粉末和氧化剂放电；

S6、单次放电完成后，将高压线缆（31）撤出钻井，重新安装金属丝（34）后，重复步骤S4，对定向缝槽（40）重复多次放电，从而实现页岩储层的定向致裂。