本發(fā)明頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置，以及該裝置的工作方法。

背景技術(shù)：

頁(yè)巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源和化工原料，主要用于居民燃?xì)狻⒊鞘泄?、發(fā)電、汽車燃料和化工生產(chǎn)等，用途廣泛。頁(yè)巖氣生產(chǎn)過程中一般無需排水，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，一般為30年～50年，勘探開發(fā)成功率高，具有較高的工業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力大，初步估計(jì)我國(guó)頁(yè)巖氣可采資源量在25萬億立方米。

頁(yè)巖氣開發(fā)具有開采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)——大部分產(chǎn)氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地穩(wěn)定產(chǎn)氣。但頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層滲透率低，開采難度較大。隨著世界能源消費(fèi)的不斷攀升，包括頁(yè)巖氣在內(nèi)的非常規(guī)能源越來越受到重視。美國(guó)和加拿大等國(guó)已實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)性開發(fā)。頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，所有的井都需要實(shí)施儲(chǔ)層壓裂改造才能開采出來。另一方面，頁(yè)巖氣采收率比常規(guī)天然氣低，常規(guī)天然氣采收率在60％以上，而頁(yè)巖氣僅為5％～60％。低產(chǎn)影響著人們對(duì)它的熱衷，美國(guó)已經(jīng)有一些先進(jìn)技術(shù)可以提高頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量。中國(guó)頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)層與美國(guó)相比有所差異，如四川盆地的頁(yè)巖氣層埋深要比美國(guó)的大，美國(guó)的頁(yè)巖氣層深度在800～2600米，而四川盆地的頁(yè)巖氣層埋深在2000～3500米。頁(yè)巖氣層深度的增加無疑在我們本不成熟的技術(shù)上又增添了難度。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，頁(yè)巖氣井壓裂措施的費(fèi)用也逐步降低。水平井是頁(yè)巖氣藏成功開發(fā)的另一關(guān)鍵因素。根據(jù)美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，水平井的日均產(chǎn)氣量及最終產(chǎn)氣量是垂直井的3-5倍，產(chǎn)氣速率則提高10倍，而水平井的成本則不足垂直井的2-4倍。因此，水平井的推廣應(yīng)用加速了頁(yè)巖氣的開發(fā)進(jìn)程。由于頁(yè)巖氣發(fā)育規(guī)模較大、單口井的控制可采儲(chǔ)量高(可達(dá)6千萬方)，采取措施后的單井日產(chǎn)量可達(dá)3萬方。加之頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量遞減率低，容易實(shí)現(xiàn)30-50年的穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間，因此能實(shí)現(xiàn)相對(duì)的高產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前頁(yè)巖氣的開采技術(shù)主要包括水平井鉆完井技術(shù)和分段壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)及最新的同步壓裂技術(shù)，這些技術(shù)正不斷提高著頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量。

頁(yè)巖氣勘探開發(fā)已在美國(guó)取得成功,而國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的研究還處于起步階段,但作為一種潛力巨大的非常規(guī)能源,正逐漸受到國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)和各石油公司的重視。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造技術(shù)的研究一直是開發(fā)人員研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置，其能夠有效地提高頁(yè)巖的滲透率，從而達(dá)到改善儲(chǔ)層滲透率的目的。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：這種頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置，其包括地面電源與控制系統(tǒng)、鎧裝電纜、伺服控制機(jī)構(gòu)、井下頻譜共振單元；地面電源與控制系統(tǒng)包括電源和主控單元，井下頻譜共振單元包括高壓脈沖發(fā)生器、爆炸絲和觸發(fā)電路；主控單元通過鎧裝電纜與井下的高壓脈沖發(fā)生器連接，主控單元將電源的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓來驅(qū)動(dòng)井下的高壓脈沖發(fā)生器，使與高壓脈沖發(fā)生器相連的觸發(fā)電路的內(nèi)部電容充滿電能，爆炸絲通過伺服控制機(jī)構(gòu)送至與內(nèi)部電容一定距離，主控單元驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容放電，在放電脈沖的控制下使爆炸絲通過瞬間高壓大電流，發(fā)生頻譜共振。

還提供了一種頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置的工作方法，包括以下步驟：

(1)在頁(yè)巖井上布置電源、主控單元、伺服控制機(jī)構(gòu)；

(2)在頁(yè)巖井打下套管，主控單元連接鎧裝電纜，通過鎧裝電纜將井下頻譜共振單元下入頁(yè)巖井內(nèi)；

(3)主控單元將電源的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓來驅(qū)動(dòng)井下的高壓脈沖發(fā)生器，使與高壓脈沖發(fā)生器相連的觸發(fā)電路的內(nèi)部電容充滿電能；

(4)爆炸絲通過伺服控制機(jī)構(gòu)送至與內(nèi)部電容一定距離；

(5)主控單元驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容放電，在放電脈沖的控制下使爆炸絲通過瞬間高壓大電流，發(fā)生頻譜共振。

本發(fā)明通過主控單元將電源的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓來驅(qū)動(dòng)井下的高壓脈沖發(fā)生器，使與高壓脈沖發(fā)生器相連的觸發(fā)電路的內(nèi)部電容充滿電能，爆炸絲通過伺服控制機(jī)構(gòu)送至與內(nèi)部電容一定距離，主控單元驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容放電，在放電脈沖的控制下使爆炸絲通過瞬間高壓大電流，發(fā)生頻譜共振，此時(shí)，地下受到電爆炸沖擊振動(dòng)的部分頁(yè)巖中，由于其本身具有很多的頁(yè)理面，在應(yīng)力的作用下，會(huì)使其沿層理面，繼續(xù)產(chǎn)生微小裂隙，并不斷向遠(yuǎn)端延伸。這樣就可以有效地提高該部分頁(yè)巖的滲透率，從而達(dá)到改善儲(chǔ)層滲透率的目的。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了高壓脈沖發(fā)生器的原理圖。

圖3示出了marx發(fā)生器原理圖。

圖4示出了s²bm發(fā)生器原理圖。

圖5示出了系統(tǒng)整體框圖。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

從圖1中可以看出，這種頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置，其包括地面電源與控制系統(tǒng)、鎧裝電纜、伺服控制機(jī)構(gòu)、井下頻譜共振單元；地面電源與控制系統(tǒng)包括電源和主控單元，井下頻譜共振單元包括高壓脈沖發(fā)生器、爆炸絲和觸發(fā)電路；主控單元通過鎧裝電纜與井下的高壓脈沖發(fā)生器連接，主控單元將電源的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓來驅(qū)動(dòng)井下的高壓脈沖發(fā)生器，使與高壓脈沖發(fā)生器相連的觸發(fā)電路的內(nèi)部電容充滿電能，爆炸絲通過伺服控制機(jī)構(gòu)送至與內(nèi)部電容一定距離，主控單元驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容放電，在放電脈沖的控制下使爆炸絲通過瞬間高壓大電流，發(fā)生頻譜共振。

本發(fā)明通過主控單元將電源的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓來驅(qū)動(dòng)井下的高壓脈沖發(fā)生器，使與高壓脈沖發(fā)生器相連的觸發(fā)電路的內(nèi)部電容充滿電能，爆炸絲通過伺服控制機(jī)構(gòu)送至與內(nèi)部電容一定距離，主控單元驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容放電，在放電脈沖的控制下使爆炸絲通過瞬間高壓大電流，發(fā)生頻譜共振，此時(shí)，地下受到電爆炸沖擊振動(dòng)的部分頁(yè)巖中，由于其本身具有很多的頁(yè)理面，在應(yīng)力的作用下，會(huì)使其沿層理面，繼續(xù)產(chǎn)生微小裂隙，并不斷向遠(yuǎn)端延伸。這樣就可以有效地提高該部分頁(yè)巖的滲透率，從而達(dá)到改善儲(chǔ)層滲透率的目的。

另外，所述爆炸絲為金屬絲或者金屬箔片。

另外，如圖3所示，所述高壓脈沖發(fā)生器為marx發(fā)生器，其包括引燃管、閘流管、真空觸發(fā)開關(guān)、火花隙和偽火花開關(guān)。marx發(fā)生器是一種脈沖電源的典型電路結(jié)構(gòu)，對(duì)比傳統(tǒng)整流逆變脈沖電源，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性高，對(duì)輸入電壓等級(jí)要求低等優(yōu)點(diǎn)使得它在諸多需求高脈沖功率技術(shù)的場(chǎng)合都有著廣泛的應(yīng)用。

圖3中cn為儲(chǔ)能電容，s為高壓開關(guān)，r、z為限流電阻，vdc為充電電源。

marx發(fā)生器實(shí)現(xiàn)能量壓縮和高電壓輸出的原理是控制儲(chǔ)能電容在工作過程中并聯(lián)充電、串聯(lián)放電。傳統(tǒng)的marx發(fā)生器常使用氣體開關(guān)作為主開關(guān)器件，主要包括引燃管(ignitron)、閘流管(thyratron)、真空觸發(fā)開關(guān)(tvs)、火花隙(sparkgap)和偽火花開關(guān)(pss)等，可以獲得數(shù)百千伏的高壓脈沖輸出。盡管此類開關(guān)的耐壓可以達(dá)到上百千伏，但是體積、重量較大，加工、安裝復(fù)雜，工作過程中電極的燒蝕等缺陷限制了marx發(fā)生器的壽命，降低了脈沖重復(fù)頻率，并且需要配備專用的開關(guān)觸發(fā)電路和稀有氣體供應(yīng)設(shè)備。

另外，如圖4所示，所述高壓脈沖發(fā)生器為s²bm發(fā)生器。

s²bm(solid-statebipolarmarx)發(fā)生器是以marx發(fā)生器為基本模型，采用半導(dǎo)體開關(guān)作為主要開關(guān)，通過結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輸出脈沖多參數(shù)可調(diào)、脈沖極性可變等需求。其原理圖如圖4所示。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的頁(yè)巖頻譜共振發(fā)生器采用s²bm高壓脈沖發(fā)生器，系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，井上部分和井下部分。井上部分為地面電源與控制系統(tǒng)，利用220v(或者380v)市電經(jīng)過整流之后為井下部分提供電源(根據(jù)需要時(shí)候需要進(jìn)行升壓)，同時(shí)主控電路也放置在井上；井下部分放置s²bm發(fā)生器、爆炸絲和觸發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)脈沖產(chǎn)生，其主要結(jié)構(gòu)如圖4所示?；陧?yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層改造系統(tǒng)組成裝置示意圖如圖5所示。

另外，如圖6所示，該改造裝置還包括電流檢測(cè)單元，其與觸發(fā)電路的內(nèi)部電容相連來檢測(cè)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容是否充滿電能。圖6中：1、地面電源與控制系統(tǒng)2、鎧裝電纜3、套管4、電流檢測(cè)單元5、發(fā)射換能器6、射孔孔眼

另外，在頁(yè)巖處打下套管，主控單元連接鎧裝電纜，通過鎧裝電纜將井下頻譜共振單元下入頁(yè)巖井內(nèi)。

另外，電源包括整流部分，輸出的交流電經(jīng)過整流部分后由主控單元控制。

還提供了一種頁(yè)巖頻譜共振儲(chǔ)層的改造裝置的工作方法，包括以下步驟：

(1)在頁(yè)巖井上布置電源、主控單元、伺服控制機(jī)構(gòu)；

(2)在頁(yè)巖井打下套管，主控單元連接鎧裝電纜，通過鎧裝電纜將井下頻譜共振單元下入頁(yè)巖井內(nèi)；

(3)主控單元將電源的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓來驅(qū)動(dòng)井下的高壓脈沖發(fā)生器，使與高壓脈沖發(fā)生器相連的觸發(fā)電路的內(nèi)部電容充滿電能；

(4)爆炸絲通過伺服控制機(jī)構(gòu)送至與內(nèi)部電容一定距離；

(5)主控單元驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容放電，在放電脈沖的控制下使爆炸絲通過瞬間高壓大電流，發(fā)生頻譜共振。

另外，所述步驟(3)中，電流檢測(cè)單元與觸發(fā)電路的內(nèi)部電容相連，來檢測(cè)觸發(fā)電路的內(nèi)部電容是否充滿電能。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。