一种利用蓄热技术的页岩气开采系统技术方案

本发明专利技术提供了一种利用蓄热技术的页岩气开采系统，所述系统包括蒸汽发生器、内管和套管，所述内管套设在套管内，所述套管设置在页岩气储气层中，所述蒸汽发生器产生的蒸汽通过内管进入套管内，所述套管内设置热管，所述套管壁面设置射裂孔，所述系统还包括蓄热器，所述蓄热器设置在套管下部的干热岩层中，所述热管的蒸发端设置在蓄热器内，所述热管的冷凝段设置在套管内。本发明专利技术采用蓄热器，充分利用蓄热器来对地热热源进行蓄热，然后热管利用蓄热器存储的热能加热蒸汽，提高热源的利用，进一步节约能源。

【技术实现步骤摘要】
一种利用蓄热技术的页岩气开采系统
本专利技术涉及一种热管蓄热利用技术，尤其涉及一种利用热管蓄热的页岩气开采技术。
技术介绍
页岩是一种沉积岩，成分复杂，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石。页岩气是一种储存于页岩的纳米孔径中主要由甲烷所构成的气体。页岩气多以游离态和吸附态储存于页岩中，在不同地质条件下这两种形态的页岩气所占比例存在显著的差别。页岩的孔径越大，就能储存越多的游离态页岩气，页岩的有机质含量越高，就能储存越多的吸附态页岩气。现有的页岩气大多储存于地下1-2千米深处(压力大约为10-20MPa，温度大约为338-378K)。页岩气主要由甲烷构成，是一种重要的清洁环保的新能源，其是否能改变现有的能源格局取决于它的开采成本的高低。在过去的几十年里，受益于包括液压钻井技术在内的多种技术的进步和发展，页岩气的产量取得了巨大的飞跃。由于页岩气储藏于页岩的纳米孔径之中，导致了其渗透率非常的低，且开采页岩气比起开采常规气体能源要困难得多。另外，一般的开采页岩气的油井产量会在三年后有一个显著的下降。因此，需要开发新的技术去开采页岩气。美国是现在页岩气工业最先进发达的国家，他们将混有化学物质的水注入油井中，化学物质会和地下的页岩发生化学反应并产生新的裂缝，页岩气会沿着产生的裂缝进入油井之中。美国能源信息署(EIA)预测，美国的页岩气总储量在18.8万亿立方米左右，占世界总储量的13％。截止至2009年，现在美国已经有50000口以上的液压油井来开采页岩气。截止至2010年，页岩气的产量已经达到了378×1011m3，年增长率达到了47.7％。在2000年，页岩气产量只占美国气体总产量的1％，现在，页岩气已经占据了美国每年气体总产量的34％。据估计，中国的页岩气总储量大约有26万亿立方米，远高于美国。然而，中国缺乏先进的页岩气开采技术。而且液压钻井技术需要消耗大量的水资源。在美国，由于页岩气矿藏大多分布于密西西比河和五大湖附近，所以美国不需要担心水资源问题。然而中国的页岩气矿藏大多分布于新疆，内蒙，四川等缺水地区，所以大规模使用液压钻井技术并不现实。此外，液压钻井技术还存在污染地下水和土壤资源的安全隐患。现有技术中，例如CN106884637A公开了一种利用热管进行页岩气开采的方法，该方法利用热管将干热岩层的热量传递给页岩气储层进行加热，促进页岩气的开采，但是该方法中的热管吸热能力存在不足的情况，而且该情况下仅仅采用单根重力热管上下布置，导致热管的吸热面不足，吸热能力收到限制。针对上述问题，本专利技术在前面专利技术的基础上进行了改进，提供了一种新的热管开采页岩气的系统，充分利用干页岩层的热源，降低能耗，提高开采效果。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的热管开采页岩气的系统，利用热管和蓄热器的共同作用，充分利用干页岩层的热源来开采页岩气，提高开采效果，节约能源。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种利用热管的页岩气开采系统，所述系统包括蒸汽发生器、内管和套管，所述内管套设在套管内，所述套管设置在页岩气储气层中，所述蒸汽发生器产生的蒸汽通过内管进入套管内，所述套管内设置热管，所述套管壁面设置射裂孔，所述系统还包括蓄热器，所述蓄热器设置在套管下部的干热岩层中，所述热管的蒸发端设置在蓄热器内，所述热管的冷凝段设置在套管内。作为优选，所述热管为多根，所述热管环形分布。作为优选，所述蓄热器为圆管，所述蓄热器的内径大于套管的外径。作为优选，所述蓄热器中的蓄热材料是石蜡。作为优选，所述的蒸汽发生器为太阳能蒸汽发生器，包括太阳能集热器、换热器和给水罐，所述换热器连接太阳能集热器，所述给水罐将水输入到换热器，在换热器中加热成蒸汽后，进入内管。作为优选，所述热管第一竖直段、第二竖直段和水平段，其中水平段的两端分别连接第一竖直段、第二竖直段，第一竖直段位于套管内，水平段和第二竖直段设置在蓄热器中，所述第一竖直段底部连接水平段，所述水平段沿着第一竖直段底部向蓄热器的外壁延伸。作为优选，所述的水平段沿着蓄热器的径向方向延伸。作为优选，所述第二竖直段围绕蓄热器的中心轴线环形分布。作为优选，从蓄热器的中心轴线向蓄热器的外壁方向，所述蓄热材料的蓄热能力逐渐减弱。作为优选，从蓄热器的中心轴线向蓄热器的外壁方向，所述蓄热材料的蓄热能力逐渐减弱的幅度逐渐增加。作为优选，中心轴线设置热管，沿着中心轴线设置多层热管，每层热管的轴线与中心轴线的距离相同，从而形成以蓄热器中心轴线为圆心的圆；所述的蓄热器的内径为D，热管的外径为d，同一层的相邻的热管中心轴线的圆弧为A，所述圆弧的圆心是蓄热器的中心轴线，同一层所在圆的直径D2，相邻内层的圆的直径D1，则满足下面要求：Sin(A)＝a-b*Ln(S),其中Ln是对数函数，S＝d/(D2-D1)，a,b是参数，满足如下要求：D2/D<＝0.3，0.1525<a<0.1550,0.283<＝b<0.303；当0.3<D2/D<＝0.7时，0.1473<a<＝0.1525,0.265<＝b<0.283；当0.7<D2/D<＝1时，0.1450<a<＝0.1473,0.248<b<0.265。作为优选，随着D2/D的逐渐变小，a越来越大,b越来越大。作为优选，其特征在于，0°<A<120°。作为优选，10°<A<70°。与现有技术相比较，本专利技术具有如下的优点：1)采用蓄热器，充分利用蓄热器来对地热热源进行蓄热，然后热管利用蓄热器存储的热能加热蒸汽，提高热源的利用，进一步节约能源。2)采用新式的适用页岩气开采的热管结构，将热管分为水平段和垂直段，利用水平段扩大热管的吸热范围，进一步提高热量的利用，节约能源。3)进行了大量的数值模拟和实验的研究，对热管在蓄热器中的分布结构进行了最优的结构，而且通过研究得出热管分布的最优关系式，进一步提高热管的分布，达到最佳的热吸收，降低成本。4)充分利用太阳能来加热产生蒸汽，将太阳能应用到页岩气的开采，节约了能源，同时节约水资源，这使得缺水区域页岩气的开发成本大大降低。附图说明图1为本专利技术太阳能光热系统产生高温高压水蒸气结构示意图。图2为本专利技术埋藏井内水蒸气再加热系统示意图。图3为本专利技术蓄热器内热管分布结构示意图。图4为本专利技术埋藏井布置示意图。图5为本专利技术页岩气脱附温度对应温度图。图6是图2中进一步改进的实施例。图7是图6中热管蓄热器细化结构示意图。图8是图3的尺寸标注示意图。图中：1太阳能集热器2高温熔盐罐3换热器4低温熔盐罐5给水罐6覆岩层7页岩气储层8干热岩层9内管10套管11射裂孔12重力热管13蓄热器14水平井入口15埋藏井16埋藏井17埋藏井18埋藏井19水平井出口20水平井21埋藏井22埋藏井23埋藏井24埋藏井121第一竖直段122第二竖直段123水平段具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用蓄热技术的页岩气开采系统，所述系统包括蒸汽发生器、内管和套管，所述内管套设在套管内，所述套管设置在页岩气储气层中，所述蒸汽发生器产生的蒸汽通过内管进入套管内，所述套管内设置热管，所述套管壁面设置射裂孔，其特征在于，所述系统还包括蓄热器，所述蓄热器设置在套管下部的干热岩层中，所述热管的蒸发端设置在蓄热器内，所述热管的冷凝段设置在套管内。

【技术特征摘要】
1.一种利用蓄热技术的页岩气开采系统，所述系统包括蒸汽发生器、内管和套管，所述内管套设在套管内，所述套管设置在页岩气储气层中，所述蒸汽发生器产生的蒸汽通过内管进入套管内，所述套管内设置热管，所述套管壁面设置射裂孔，其特征在于，所述系统还包括蓄热器，所述蓄热器设置在套管下部的干热岩层中，所述热管的蒸发端设置在蓄热器内，所述热管的冷凝段设置在套管内。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热管为多根，所述热管环形分布。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热器为圆管，所述蓄热器的内径大于套管的外径。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热器的内径是套管外径的2-3倍。5.如权利要求1所述的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程煦，
申请(专利权)人：程煦，
类型：发明
国别省市：山东,37