一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统及方法，包括地面控制系统、能量控制器和储层改造室，其中，所述储层改造室的内腔中设置有系统核心部分，所述系统核心部分通过能量控制器与地面控制系统连接，用于产生与煤层气储层的频率一致的冲击波；本发明专利技术利用相对简易的系统，可提高煤层气开采效率，在煤层气开发领域具有较好的推广意义。

【技术实现步骤摘要】
一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统及方法
本专利技术涉及煤层气储层改造
，特别涉及一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统及方法。
技术介绍
煤层气是指赋存在煤系中以甲烷(CH4)为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属于非常规天然气的范畴；但另一方面，煤层气又称为煤矿瓦斯，若在煤矿开采前不进行有效排泄和疏导，则可能为煤矿开采带来不安全因素，严重制约煤矿的安全生产。因此，无论从煤层气开采角度、还是从煤矿瓦斯治理角度，均有必要在煤矿开发前期对煤层气进行地面抽取。尽管目前我国已大规模开展煤层气资源勘探开发工作，但针对局部含气量偏低的煤层气储层，由于岩石渗透率偏低，限制了当地煤层气的高效利用与开发。因此，往往需要对煤岩进行增渗改造，以提高煤层气的产气量和产气效率。目前相对成熟的煤层气储层增渗手段主要包括水力压裂和冲击波改造两种，这两种手段尽管优势明显，但也存在一定的技术劣势。水力压裂虽然可实现较广泛的储层改造，但由于煤系储层各向异性明显，往往仅形成沿煤岩层理的单向裂缝，改造尺度有限；同时，水力压裂的改造程度往往偏高，会对煤层气储层造成严重破坏，对煤矿开采带来潜在的冲击地压风险。就冲击波改造手段而言，虽然对煤岩储层不会产生严重的破坏，但其改造能力较弱，有必要联合其他方式共同提高储层改造范围。因此，有必要一种既可有效提高煤层气储层渗透率、同时也能对煤系地层不产生明显破坏的储层改造手段。固有频率共振手段是近年在国内逐渐兴起的储层改造手段之一，但其主要应用于页岩气领域，在煤层气领域尚未得到广泛推广。若将固有频率共振手段和冲击波增渗手段相结合，则可形成一种既可为煤层气储层增渗、同时也可保护煤层的新技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统及方法，解决了现有的煤气储层的改造方法存在风险大、效率低的缺陷。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，包括地面控制系统、能量控制器和储层改造室，其中，所述储层改造室的内腔中设置有系统核心部分，所述系统核心部分通过能量控制器与地面控制系统连接，用于产生与煤层气储层的频率一致的冲击波。优选地，所述系统核心部分包括爆炸腔，所述爆炸腔内设置有爆炸丝，所述爆炸丝与能量控制器连接。优选地，所述系统核心部分还包括顶部支座和底部支座，所述爆炸腔置于顶部支座和底部支座之间。优选地，所述爆炸腔的两侧对称设置有用以放大共振冲击波的冲击波增强设备。优选地，所述储层改造室的内腔中还设置有应力感应设备；所述应力感应设备通过数据线与置于储层改造室外侧的示波器相连。优选地，所述储层改造室上套装有保护垫层。优选地，所述储层改造室内放置有煤岩筒状样品，所述系统核心部分置于煤岩筒状样品的空腔内；所述煤岩筒状样品的端面上，沿其轴向方向开设有圆孔，所述圆孔内装配有柱状样品。一种利用共振冲击波改造煤层气储层的方法，基于所述的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，包括以下步骤：步骤1，采集改造前的煤岩筒状样品的孔隙度和渗透率；步骤2，设定能量控制器输出电信号的频率、强度和时间；使得系统核心部分产生的冲击波频率与煤层气储层的频率一致；步骤3，开启实验一定时间后，记录实验参数，采集煤岩筒状样品和柱状样品改造后的孔隙度和渗透率，进行下一步分析。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统及方法，利用能量控制器控制系统核心部分产生与煤层气储层的频率一致的冲击波，形成一种联合共振频率手段和冲击波手段共同改造煤岩储层的系统，该系统既可为煤层气储层增渗、同时也可保护煤层，能够综合提高煤层气的产气量和产气速率，降低煤系瓦斯，对缓解全球能源压力和解决煤矿瓦斯安全问题具有积极的意义；同时，能够进一步分析共振冲击波改造煤层气的控制因素和影响规律；也能综合提高煤层气的产气量和产气速率，降低煤系瓦斯，对缓解全球能源压力和解决煤矿瓦斯安全问题具有积极的意义。本专利技术利用相对简易的系统，可提高煤层气开采效率，在煤层气开发领域具有较好的推广意义。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2是本专利技术的系统示意图。图3是本专利技术的系统A-A’截面俯视示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。为了提高煤层气储层的改造效果，同时促进煤层气的开采量和开采速率，本专利技术主要是在采集并制备煤层气储层(煤岩)筒状样品和柱状样品的基础上，测试煤岩筒状样品的固有频率，利用CT扫描技术观测改造前煤岩的裂缝展布与连通情况，并利用无损测试技术获取改造前煤岩的孔隙度φ0和渗透率k0。其次，组装利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，将系统的共振频率调为与煤岩储层固有频率f一致，置入煤岩筒状样品和柱状样品，并逐次置入封装上部设备。再次，启动地面控制系统，通过高强控制导线引爆爆炸腔内的爆炸丝，产生与煤岩同频率的高分贝冲击波，并通过冲击波增强设备向煤岩样品中推送高强同频冲击波。最后，在不同实验条件下分别重复开展储层改造实验，分别记录汇总煤岩储层改造前后的CT图像、孔隙度、渗透率等样品数据，分析共振冲击波改造煤层气储层效果的控制因素和影响规律，回收系统设备，以备下次使用。如图2所述，本专利技术提供的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，包括地面控制系统1、高强控制导线2和保护垫层4，其中，所述保护垫层4为壳体结构，所述壳体结构的内部为储层改造室3。所述改造室3内设置有功能/储能设备5、能量控制器6和系统核心部分，其中，所述地面控制系统1通过高强控制导线2伸入至储层改造室3，并与供能/储能设备5连接，用于向供能/储能设备5提供电源。所述供能/储能设备5通过能量控制器6与系统核心部分连接；所述能量控制器6用于向系统核心部分输出设定频率和强度的电信号，使得系统核心部分产生与煤层气储层频率一致的冲击波。所述系统核心部分包括顶部支座7和底部支座8，其中，所述顶部支座7和底部支座8之间设置有玻璃状爆炸腔9。所述爆炸腔9内设爆炸丝10；所述爆炸丝10与能量控制器6相接。所述爆炸腔9的两侧对称设置有冲击波增强设备11(类似音响等音频增强设备)，用以放大共振冲击波。所述系统核心部分的外缘套装有煤岩筒状样品12，所述煤岩筒状样品12上安装有柱状样品13，用以对煤层气储层进行改造和测试分析。所述储层改造室3的内腔中还设置有应力感应设备14，用以采集储层改造过程中的应力数据；所述应力感应设备14通过数据线15与储层改造室3外的示波器16相连。所述的高强控制导线2可承担吊装系统过程中的重力和摆动，并可承受储层改造过程中的振动和磨损。所述的储层改造室3外缘尺寸应为60cm(长)×60cm(宽)×80cm(高)，并可在储层改造过程中承受共振波的冲击作用而不发生显著变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，其特征在于，包括地面控制系统(1)、能量控制器(6)和储层改造室(3)，其中，所述储层改造室(3)的内腔中设置有系统核心部分，所述系统核心部分通过能量控制器(6)与地面控制系统(1)连接，用于产生与煤层气储层的频率一致的冲击波。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，其特征在于，包括地面控制系统(1)、能量控制器(6)和储层改造室(3)，其中，所述储层改造室(3)的内腔中设置有系统核心部分，所述系统核心部分通过能量控制器(6)与地面控制系统(1)连接，用于产生与煤层气储层的频率一致的冲击波。


2.根据权利要求1所述的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，其特征在于，所述系统核心部分包括爆炸腔(9)，所述爆炸腔(9)内设置有爆炸丝(10)，所述爆炸丝(10)与能量控制器(6)连接。


3.根据权利要求2所述的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，其特征在于，所述系统核心部分还包括顶部支座(7)和底部支座(8)，所述爆炸腔(9)置于顶部支座(7)和底部支座(8)之间。


4.根据权利要求2所述的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，其特征在于，所述爆炸腔(9)的两侧对称设置有用以放大共振冲击波的冲击波增强设备(11)。


5.根据权利要求1所述的一种利用共振冲击波改造煤层气储层的系统，其特征在于，所述储层改造室(3)的内腔中还设置有应力感应设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文韬，荆铁亚，王金意，张健，张国祥，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11