[发明专利]一种大温差冻融循环强化页岩气开采的方法

权利要求书

1.一种大温差冻融循环强化页岩气开采的方法，其特征在于，采用的冻融循环系统包括第一管路（4）、第一耐低温管路（5）、激光测距仪（6）、钻井密封盖（7）、第一三通接头（8）、第二管路（10）、脉动泵（11）、第三管路（12）、磁化水发生器（14）、第四管路（15）、氮气增压装置（17）、第二三通接头（18）、第五管路（19）、第三三通接头（21）、第六管路（22）、制氮机（24）、第七管路（25）、氮气升温装置（28）、第八管路（29）、第九管路（32）、第四三通接头（33）、第十管路（35）、第十一管路（37）、液氮三通接头（38）、第二耐低温管路（40）、液氮脉动泵（43）、第三耐低温管路（46）和液氮罐（47），磁化水发生器（14）通过第三管路（12）与脉动泵（11）的进口相连，脉动泵（11）的出口通过第二管路（10）与第一三通接头（8）的其中一个端口连通，第一三通接头（8）的另外两个端口分别与第四管路（15）的一端和第一管路（4）的一端连通，第四管路（15）的另一端与氮气增压装置（17）的出口连通，氮气增压装置（17）的入口通过第十二管路（48）与第二三通接头（18）的其中一个端口连通，第二三通接头（18）的另外两个端口分别与第五管路（19）的一端和第八管路（29）的一端连通，第八管路（29）的另一端与氮气升温装置（28）的出口连通，第五管路（19）的另一端与第三三通接头（21）的其中一个端口连通，第三三通接头（21）的另外两个端口分别与第六管路（22）的一端和第七管路（25）的一端连通，第六管路（22）的另一端与制氮机（24）的出口连通，第七管路（25）的另一端与第四三通接头（33）其中的一端口连通，第四三通接头（33）的另外两个端口分别与第九管路（32）的一端和第十管路（35）的一端连通，第九管路（32）的另一端与氮气升温装置（28）的进口连通，第十管路（35）的另一端与液氮三通接头（38）的其中一个端口连通，液氮三通接头（38）的另外两个端口分别与第一耐低温管路（5）的一端和第二耐低温管路（40）的一端连通，第二耐低温管路（40）的另一端与脉动液氮泵（43）的出口连通，脉动液氮泵（43）的进口通过第三耐低温管路（46）与液氮罐（47）连通；钻井密封盖（7）密封固定在页岩气抽采管（3）的端口，第一管路（4）的另一端与第一耐低温管路（5）的另一端穿过钻井密封盖（7）伸入页岩气抽采管（3）内，所述激光测距仪（6）固定在钻井密封盖（7）上；

所述第二管路（10）上设有第一阀门（9），第三管路（12）上设有第二阀门（13），第四管路（15）上设有第三阀门（16），第五管路（19）上设有第四阀门（20），第六管路（22）上设有第五阀门（23），第七管路（25）上设有第六阀门（26）和第一逆止阀（27）、且第一逆止阀（27）的进口与第三三通接头（21）连通，第八管路（29）上设有第七阀门（30）和第二逆止阀（31）、且第二逆止阀（31）的进口与氮气升温装置（28）连通，第十管路（35）上设有第八阀门（36）和第三逆止阀（34）、且第三逆止阀（34）的进口与液氮三通接头（38）连通，第二耐低温管路（40）上设有第一液氮阀门（41），第三耐低温管路（46）上设有第二液氮阀门（44）和液氮逆止阀（45）、且液氮逆止阀（45）的进口与液氮罐（47）连通，所述液氮三通接头（38）与钻井密封盖（7）之间的第一耐低温管路（5）上设有温度测量装置（39），所述钻井密封盖（7）上安装有气体压力测量装置（42），具体步骤为：

A、打开第一阀门（9）和第二阀门（13），启动磁化水发生器（14）和脉动泵（11），磁化水经脉动泵（11）脉动作用得到脉动磁化水，脉动磁化水经过第三管路（12）、第二管路（10）与第一管路（4）进入页岩气抽采管（3），对页岩层（1）进行冲击，使页岩裂隙发育、扩展，控制脉动磁化水的脉动频率为0.02Hz～0.15Hz，脉动压力为30MPa～50MPa，脉动时间为2h～5h；

B、待脉动磁化水注入结束后，依次关闭磁化水发生器（14）、脉动泵（11）、第一阀门（9）与第二阀门（13）；

C、打开第五阀门（23）、第四阀门（20）、第三阀门（16），依次启动氮气增压装置（17）与制氮机（24），得到高压氮气，所述高压氮气压力为5MPa～10MPa，高压氮气经第六管路（22）、第五管路（19）、第四管路（15）与第一管路（4）进入页岩气抽采管（3），当气体压力测量装置（42）显示页岩气抽采管（3）内的气压为8MPa时，关闭制氮机（24）、氮气增加装置（17）、第五阀门（23）、第四阀门（20）与第三阀门（16）；

D、等待一段时间，当气体压力测量装置（42）显示页岩气抽采管（3）内的气压小于6MPa时，重复步骤C，确保页岩气抽采管（3）内压力维持在6MPa～8MPa，使高压氮气驱动磁化水进入页岩层内，当激光测距仪（6）测得的距离磁化水液面的值等于页岩气抽采管（3）长度时，关闭制氮机（24）、氮气增加装置（17）、第五阀门（23）、第四阀门（20）与第三阀门（16），停止向页岩气井（2）内注入高压氮气，然后将页岩气井密闭36h～72h；

E、打开第二液氮阀门（44）与第一液氮阀门（41），启动液氮脉动泵（43），液氮经第三耐低温管路（46）、第二耐低温管路（40）与第一耐低温管路（5）进入页岩气抽采管（3），并与页岩层（1）接触，已注入页岩层（1）内的磁化水遇液氮发生冻结，体积膨胀，使页岩的裂隙进一步扩展、发育；

F、当激光测距仪（6）测得的距离液氮液面的值为页岩气抽采管（3）长度减去2倍页岩层（1）厚度时，关闭液氮脉动泵（43）、第二液氮阀门（44）与第一液氮阀门（41），停止向页岩气井（2）内脉动注入液氮；

G、将页岩气井密闭8～16h，在该时间段内液氮气化生成氮气，页岩气井（2 ）内压力升高，促进液氮在页岩层内流动，进一步冻结磁化水，增加页岩的致裂效果；

H、页岩气井（2）密闭结束后，打开第八阀门（36）、第七阀门（30）与第三阀门（16），启动氮气升温装置（28）与氮气增压装置（17），页岩气抽采管（3）内的氮气从第十一管路（37）进入氮气升温装置（28）后加热为高温氮气，高温氮气经过第八管路（29）和第十二管路（48）进入氮气增压装置（17）内进行增压，经过增压后的高温高压氮气经第四管路（15）和第一管路（4）注入页岩气井（2）内，高温高压氮气与冻结的页岩接触后形成超大温差效应，对页岩再次进行致裂；

I、打开第五阀门（23）和第六阀门（26），启动制氮机（24），氮气经过第六管路（22）、第七管路（25）与第九管路（32）进入氮气升温装置（28），补充高温高压氮气的气源；

J、调节第八阀门（36）的打开程度为35%～55%，保证页岩气井内的蓄压环境，同时排出部分已降温的氮气；

K、当温度测量装置（39）测量的温度为150℃时，关闭第八阀门（36）、第七阀门（30）、第三阀门（16）、第五阀门（23）、第六阀门（26）、氮气升温装置（28）、氮气增压装置（17）与制氮机（24），页岩气井（2）密闭48h；

L、重复循环10～16次步骤E～K，对页岩层（1）进行多次液氮冻结与高温高压氮气融化形成超大温差效应，最终通过增加页岩的渗透率，确保页岩气井的页岩气大流量、高浓度、长时间抽采。

2.根据权利要求1 所述的一种大温差冻融循环强化页岩气开采的方法，其特征在于，所述高温高压氮气温度为200～300℃，压力为15～18MPa。