[发明专利]一种可控且可活动的双激光束开采页岩气装置及方法

说明书

本发明公开了一种可控且可活动的双激光束开采页岩气装置及方法，装置主要包括双激光头、地面控制系统、信号采集和提取系统、高精度数据预处理系统等组成。所使用的双激光头产生可控的双激光束，其中激光束1为连续激光，用于对页岩进行预热；激光束2为脉冲激光，用来使页岩产生本来局部裂纹并去除页岩；在激光头上安装有机器人关节活动机构，使得激光束1和激光束2可以在空间进行一定角度的转动，可以使激光头到达更远的位置进行破岩。同时，在激光头上安装有高精密电磁油气检测传感器和天然气水合物检测传感器，分别用来检测在破岩过程中可能会遇到的油气田和可燃冰，避免因激光破岩而导致的爆炸的发生，从而实现更安全的开采。

技术领域

本发明属于页岩气开采技术领域，涉及一种页岩气开采装置及方法，具体涉及一种可控且可活动的双激光束开采页岩气装置及方法。

背景技术

随着油气资源的日趋紧缺和对于能源安全的考虑，页岩气这一能够有效缓解世界能源压力的非常规天然气资源，正在被世界各国所追捧，已成为世界能源研究的热点之一，其开发和利用越来越多地得到世界各国的重视。页岩气是宝贵的资源、优质的能源和化工原料，可作为常规天然气的接替能源或补充能源。世界页岩气资源很丰富，但目前还没有广泛地勘探与开发，其根本原因是页岩基质渗透率很低（一般小于1mD），勘探开发技术要求高，难度大。

页岩气是赋存于暗色泥页岩层或高碳泥页岩层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种各个阶段，天然气一部分以游离相态（大约50％）存在于页岩层裂缝、页岩层孔隙及其它储集空间，另一部分以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及粘土孔隙表面。

全球对页岩气的开发尚处于早期阶段，美国已经建成了较大规模的页岩气产能，我国作为全球页岩气最多的国家之一，但页岩气开发尚未起步，且我国页岩气普遍埋藏较深，进一步增加了开发难度。

现有页岩气开采的主要是依靠其自身解吸，采气一段时间后，页岩气的产量急剧降低，页岩气开采的效果不理想，产量低、产量不稳定，不能达到工业开发标准。页岩气开采产气量低的原因主要是：与常规天然气相比，页岩气的储存方式以吸附为主、储层能量低（压力低）、渗透性差，页岩气的产出过程是先解吸，然后在孔隙介质中渗流。仅依靠自身解吸较难获得很高的产气量和采收率，必须寻找和研究提高开采速度(或日产气量) 和采收率的新方法。

为了提高页岩气的采收率，可在页岩气开产量低于工业开发标准（单井1000立方米/日）时，采取增产措施。现有的增产措施主要采用水力压裂进行储层改造。水力压裂技术，包括清水压裂技术、多段压裂技术、同步压裂技术、重复压裂技术等，是目前唯一可以开启页岩气矿藏的金钥匙，使页岩气产量有了突飞猛进的增长。它主要使用含砂的水，其中砂作为支撑剂，此外还有2%或更少的化学增强剂。其原理是通过地面泵车将压裂液泵入到井底，当高压液体注入钻井并使岩层裂开后，高压液体中的支撑剂可以保持住裂缝，使其成为油气导向钻井的高速渗透通道。一方面循环压裂液的净化不妥可能会造成严重的环境问题，因为水力压裂技术应用于工业，众所周知，会使用大量水和造成水污染问题，化学污染，甲烷污染等。另一方面，这种方法虽然增加了渗流通道，使部分解吸的页岩气流出，但没有从根本上加速吸附态页岩气的解吸，增产效果有限。同时，大部分页岩气埋藏较深，采用水力压裂法需要提供足够大的压力。导致设备投资大、运行费用高，限制了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种可控且可活动的双激光束开采页岩气的新方法，充分发挥连续激光与脉冲激光技术的优势，解决了开采页岩气效率低、开采页岩气过程中产生的环境污染、井底能量不足而导致的开采深度低的难题，实现了页岩气的高效、清洁生产，保障国家能源战略安全。同时，在激光破岩过程中，如遇到油气田或可燃冰将立马发生爆炸，为避免这一情况的发生，在连续激光头保持架安装有高精密电磁油气检测传感器和天然气水合物检测传感器，分别用来探测在破岩过程中可能会遇到的油气田和可燃冰，从而避开油气田或可燃冰区域，避免因激光破岩遇到油气田和可燃冰导致爆炸的发生，从而实现更安全的开采。