[发明专利]一种微波辅助超临界二氧化碳循环压裂系统及方法

摘要

一种微波辅助超临界二氧化碳循环压裂系统及方法，系统包括：液态二氧化碳储罐、加热器、增压泵、压裂管及回收管、三相分离器、空压机、冷却器形成一个回路实现超临界二氧化碳循环压裂，在煤层内形成裂隙网；方法：利用微波加热煤层和二氧化碳以保证二氧化碳长期处于超临界状态，同时其热效应也能够致裂煤体、疏通孔隙、促进瓦斯解吸。超临界二氧化碳扩散性强，极易深入煤体孔、裂隙，同时能够驱替瓦斯；循环压裂有效降低了作业成本并简化了施工工艺。本发明将微波辐射与超临界二氧化碳循环压裂相结合，大大提高了煤层孔隙率、渗透率，促进了瓦斯解吸，从而大幅度提高了瓦斯抽采效果，在本技术领域内具有广泛的实用性。

主权项

1.一种微波辅助超临界二氧化碳循环压裂方法，包括采用压裂系统，压裂系统包括与回收管（10）相连的三相分离器（19）、与三相分离器（19）相连的空压机（20）、与空压机（20）相连的冷却器（21）和与冷却器（21）相连的液态二氧化碳储罐（18），液态二氧化碳储罐（18）下侧管线连接有加热器（16），加热器（16）经管线一路连接有与压裂管（9）相连的增压泵（17），另一路连接有与同轴波导（8）相连的波导转换器（12），形成一个实现超临界二氧化碳循环压裂，在煤层内形成裂隙网的回路；所述的同轴波导（8）上连有微波天线（7），所述的波导转换器（12）经矩形波导（13）连接有微波发生器（14），其特征在于，压裂方法包括以下步骤：a、在巷道内向煤层（1）施工一个压裂钻孔（2），并在压裂钻孔（2）两侧施工两个瓦斯抽采钻孔（3），压裂钻孔（2）和瓦斯抽采钻孔（3）的两端分别位于顶板（4）和底板（5）内；b、向瓦斯抽采钻孔（3）内送入抽采管（6），向压裂钻孔（2）内送入压裂管（9）、回收管（10）和连有微波天线（7）的同轴波导（8），之后利用封孔器（11）对压裂钻孔（2）和瓦斯抽采钻孔（3）进行密封；c、将同轴波导（8）的外端部连接到波导转换器（12）上，波导转换器（12）一端经矩形波导（13）与微波发生器（14）连接，波导转换器（12）另一端通过波导（15）与加热器（16）相连接；d、将压裂管（9）的外端部连接到增压泵（17）上，增压泵（17）经管线与加热器（16）相连接，加热器（16）经管线与液态二氧化碳储罐（18）相连接；e、将回收管（10）的外端部连接三相分离器（19），三相分离器（19）与空压机（20）连接，空压机（20）与冷却器（21）连接，冷却器（21）与液态二氧化碳储罐（18）相连接；f、管路连接完成后，打开液态二氧化碳储罐（18），使液态二氧化碳进入加热器（16）；g、打开微波发生器（14），产生的微波通过矩形波导（13）进入波导转换器（12），波导转换器（12）将微波分为两路，一路通过同轴波导（8）到达微波天线（7）并由微波天线（7）向压裂钻孔（2）内辐射，另一路通过波导（15）到达加热器（16），对液态二氧化碳加热；h、启动增压泵（17）对加热后的二氧化碳加压，形成超临界二氧化碳，超临界二氧化碳通过压裂管（9）进入压裂钻孔（2）内，对煤层（1）实施压裂；i、微波天线（7）辐射出的微波对煤层（1）和二氧化碳持续加热，使二氧化碳长时间处于超临界状态，煤层（1）在高温下解吸出大量瓦斯，瓦斯通过压裂产生的裂隙涌向瓦斯抽采钻孔（3），将瓦斯抽采管（6）与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采；j、压裂钻孔（2）内的残余气体通过回收管（10）进入三相分离器（19），三相分离器（19）将气体中的煤渣、水及瓦斯过滤出来，剩余的二氧化碳通过空压机（20）压缩并通过冷却器（21）冷却，最后返回液态二氧化碳储罐（18）。