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专利号: 2021113591372
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种甲烷原位燃爆压裂循环式天然气强化抽采系统,其特征在于:它包括钻入天然气储层的工作井(8),工作井(8)为上粗下细的阶梯钻井,上端粗的井段为活塞井段,下端洗的为压裂井段;其中活塞井段与压裂井段的连接处为台阶(1),台阶(1)上设有用以密封的橡胶环(9),橡胶环(9)下方的压裂井段中设有筛管(5),筛管(5)上布满多个圆孔,活塞井段内设有尾部延伸出工作井(8)井口的耐温耐磨套管(4),耐温耐磨套管(4)外侧紧密缠绕有线圈(2),线圈(2)连接电源,耐温耐磨套管(4)内设有尺寸匹配的工作活塞(3),耐温耐磨套管(4)的管口上方通过支架垂直设有井口信号收发器(13),耐温耐磨套管(4)顶部内设有用以固定工作活塞(3)的活卡(17),工作井(8)两侧等间距分别设有多个注气井(6)和多个排气井(7),其中注气井(6)的通过水平井段与压裂井段的底部侧壁连接,排气井(7)通过水平井段与压裂井段上方的侧壁连接;所述工作活塞(3)包括通过螺栓铰接的上下两部分,上部分包括永磁铁(301),永磁铁(301)外侧包裹有耐温耐磨壳(302),下部分为配重体,上部分顶部和下部分底部分别设有聚脲涂层(303),其中下部分底部设置的聚脲涂层(303)圆形出设有点火器(304),上部分顶部分别设有高度计(305)和工作活塞信号收发器(306)。

2.根据权利要求1所述的甲烷原位燃爆压裂循环式天然气强化抽采系统,其特征在于:多个注气井(6)和多个排气井(7)在在工作井(8)两侧等间距相对设置,注气井(6)和排气井(7)平行布置,两组井平行间距20~30m,同组相邻两井间隔10~15m,工作井(8)居中布置。

3.根据权利要求1所述的甲烷原位燃爆压裂循环式天然气强化抽采系统,其特征在于:注气井(6)排气井(7)的水平井段内分别包括第一阀门(12)和第二阀门(13),其中第一阀门(12)设置在水平井段靠近筛管(5)处,第二阀门(13)设置在水平井段原理筛管(5)处,其中第二阀门(13)处设有防尘滤网(14),并利用第二阀门(13)在水平井段内固定甲烷浓度探头(15)和氧气浓度探头(16);所述排气井(7)的水平井段靠近筛管(5)的端部内设有第三阀门(18)。

4.一种使用权利要求1所述甲烷原位燃爆压裂循环式天然气强化抽采系统的抽采方法,其特征在于步骤如下:

a向天然气储层垂直钻取工作井(8),通过直径差在工作井(8)距离天然气储层5~10米处形成台阶(1),使工作井(8)分为上半部分的活塞井段和下半部分的压裂井段,再在工作井(8)两侧地表定向钻取多口注气井(6)和多口排气井(7),利用含氧气流清洁注气井(6)和排气井(7);

b向工作井(8)的压裂井送入筛管(5),后在台阶区域(1)放置橡胶圈(9),在橡胶圈(9)上方安装缠有线圈(2)的耐温耐磨套管(4),线圈(2)接入电源;

c在耐温耐磨套管(4)内装入工作活塞(3),利用立架在工作井(8)井口上方垂直设置信号收发器(10);

d向注气井(6)内下放设有第一阀门(12)、第二阀门(13)、防尘滤网(14)、甲烷浓度探头(15)和氧气浓度探头(16)的柔性钢管,向排气井(7)内下放设有第三阀门(18)的柔性钢管;

e关闭所有注气井(6)内的第一阀门(12)、第二阀门(13),关闭所有排气井(7)内的第三阀门(18),利用线圈(2)通电产生的磁力使工作活塞(3)从工作井(8)井口下落至台阶区域(1)从而压缩工作井(8)内残留的含氧气体与渗出的含甲烷气体;

f利用线圈(2)通电产生的磁力使工作活塞(3)在耐温耐磨套管(4)中反复做工,从而提高工作井(8)内甲烷气体内能,利用甲烷浓度探头(15)检测到甲烷浓度达到预设范围时,利用计算机(11)控制工作活塞(3)上的点火器(304)点火激发筛管(5)内反复被压缩的含甲烷气体从而产生燃爆,爆轰气体和燃爆冲击波通过筛管(5)上的孔洞产生径向裂隙和环向裂隙,从而使工作井(8)经径向裂隙和环向裂隙与注气井(6)、排气井(7)沟通;

g计算机(11)利用井口信号收发器(10)实时接收工作活塞(3)在套管(4)中通过高度计(305)测得,通过工作活塞信号收发器(306)发送的高度信息,当工作活塞(3)高度出现下降趋势时,开启排气井(7)柔性管内的第三阀门(18)对工作井(8)内的甲烷进行抽采;

h工作活塞(3)返回至台阶区域(1)后,计算机(11)控制开启所有注气井(6)的第一阀门(12),利用注气井(6)内设置的甲烷浓度探头(15)和氧气浓度探头(16)实时监测燃爆后工作井(8)内天然气产量变化及甲烷浓度,保证氧气/甲烷浓度比不大于6:1;待天然气产量下降、甲烷浓度回落至15%以下时,通过线圈(2)通电产生磁场推动工作活塞(3)返回井口,然后使用活卡(17)固定后断电,通过注气井(6)持续通入含氧清洁气体至甲烷浓度接近5%时停止;

i在天然气储层区域重复步骤e~步骤h间隔布置多组工作井(8),即可实现甲烷气储层燃爆压裂与甲烷气抽采的循环作业,甲烷气储层渗透率得到极大改善;控制多组工作井(8)的点火时间形成时间差,从而产生聚能脉冲波以使工作井(8)受到的机械性破坏达到最大。

5.根据权利要求4所述抽采方法,其特征在于:工作井(8)、注气井(6)和排气井(7)在钻井完毕后均需要利用循环泵入泥浆清理各井残留碎石,之后对工作井(8)、注气井(6)和排气井(7)使用含氧气流清洁干燥处理,并使用水泥浆修筑加固钻井孔口。

6.根据权利要求4所述抽采方法,其特征在于:所述的线圈(2)为多个线圈段并联组合,单个线圈段为多层缠绕方式。

7.根据权利要求4所述抽采方法,其特征在于:所述的台阶(1)的压裂井段钻孔直径为活塞井段直径的1/2。

8.根据权利要求4所述抽采方法,其特征在于:所述注气井(6)泵气压力控制在5~

10MPa,泵入气体含氧浓度为10%;燃爆的预设甲烷浓度为5%~15%之间。

9.根据权利要求4所述抽采方法,其特征在于:所述筛管(5)的厚度为10mm,管壁钻有密集孔眼。

10.根据权利要求4所述抽采方法,其特征在于:所述注气井(6)水平段深度应当大于排气井(7)水平段,其垂直间距应在20~40m。