煤层气井混合压裂系统技术方案

煤层气井混合压裂系统，包括氮气注入管、压裂液注入管、两个井筒封堵器、压裂介质混合器、气液混合增压泵、发电装置和PLC控制器，氮气注入管同轴套装压裂液注入管的外部，氮气注入管和压裂液注入管同中心下入到煤层气井中，两个井筒封堵器上下间隔同轴套装固定在氮气注入管上，压裂介质混合器同中心套装固定在氮气注入管上且位于两个阻隔密封装置之间，气液混合增压泵安装在压裂介质混合器的底部，气液混合增压泵的气液进口与压裂介质混合器的气液出口连接，气液混合增压泵的气液出口连接有气液压裂管。本技术设计科学，结构合理，压裂效果好，在井下对气液压裂介质进行加压，对设备性能要求低，节能降耗。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及煤层气井压裂，具体地说，涉及一种煤层气井混合压裂系统。

技术介绍

1、煤层压裂改造能够有效地将井孔与煤层天然裂隙连通起来，从而在排水采气时，更合理地分配井孔周围的压降，增加产能和气体解吸速度，提高采收率，因此，压裂改造作为一种重要的强化增产措施，在煤层气开采中得到普遍应用。

2、煤层压裂通常采用的是水力压裂或气力压裂的单相压裂方式，即在地面上通过压裂管道向煤层气井中压裂段注入压裂液或压裂气体，压裂效果差，而且在地面上泵入到井下，需要较大的工作压力，对设备性能要求高，耗能大。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种煤层气井混合压裂系统，本技术设计科学，结构合理，压裂效果好，在井下对气液压裂介质进行加压，对设备性能要求低，节能降耗。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、煤层气井混合压裂系统，包括氮气注入管、压裂液注入管、两个井筒封堵器、压裂介质混合器、气液混合增压泵、发电装置和plc控制器，氮气注入管同轴套装压裂液注入管的外部，氮气注入管和压裂液注入管的下端齐平并通过法兰盘密封固定连接，氮气注入管和压裂液注入管同中心下入到煤层气井中，氮气注入管的上端与井外的氮气供气装置连接，压裂液注入管的上端与井外的压裂液供液装置连接，两个井筒封堵器上下间隔同轴套装固定在氮气注入管上，压裂介质混合器同中心套装固定在氮气注入管上且位于两个阻隔密封装置之间，气液混合增压泵安装在压裂介质混合器的底部，发电装置和plc控制器均安装在压裂介质混合器的顶部，气液混合增压泵的气液进口与压裂介质混合器的气液出口连接，气液混合增压泵的气液出口连接有气液压裂管，发电装置分别提供电源给压裂介质混合器、气液混合增压泵和plc控制器，plc控制器分别与压裂介质混合器和气液混合增压泵信号连接，plc控制器与井外控制室内的远程控制系统信号连接。

4、两个井筒封堵器结构相同，下侧的井筒封堵器包括圆环气囊和两块圆环限位板，两块圆环限位板上下间隔同中心固定套装在氮气注入管的下侧部，圆环限位板的直径小于煤层气井的井筒内径，圆环气囊同中心套装在氮气注入管上且位于两块圆环限位板之间，圆环气囊的上侧面与上侧的圆环限位板的下侧面胶粘接触，圆环气囊的下侧面与下侧的圆环盘的上侧面胶粘接触，氮气注入管上设置有与圆环气囊内部连通的充气口，充气口上设置有第一防爆电磁阀，上侧的圆环限位板上安装有与圆环气囊内部连通的排气口，排气口上设置有第二防爆电磁阀，圆环气囊内设置有压力传感器，plc控制器分别与第一防爆电磁阀、第二防爆电磁阀和压力传感器信号连接。

5、压裂介质混合器包括混合罐，混合罐为具有中心孔的圆桶结构，混合罐同中心密封固定套装在氮气注入管上，混合罐内上部固定连接有同中心套在氮气注入管外部的圆环喷管，圆环喷管的下部等间隔设置有若干个向下喷射的雾化喷嘴，混合罐的顶部安装有液体增压泵，液体增压泵的进水端连接有抽水管，抽水管的另一端穿过氮气注入管并连接在压裂液注入管上，抽水管与氮气注入管之间密封连接，抽水管上设置有第三防爆电磁阀，液体增压泵的出水端连接有注水管，注水管的另一端向下穿过混合罐的顶板并连接在圆环喷管的上部，注水管与混合罐的顶板之间密封连接，氮气注入管上沿径向连接有一根位于混合罐内上部且位于圆环喷管下方的氮气喷管，氮气喷管穿出混合罐并沿着混合罐的外圆弯曲延伸，氮气喷管的出气端以混合罐的切向方向穿入到混合罐中，氮气喷管上设置有第四防爆电磁阀；

6、气液混合增压泵圆周阵列在混合罐的底部安装有若干个，混合罐的底部对应各个气液混合增压泵设置有若干个气液出口，气液出口上设置有第五防爆电磁阀，各个气液混合增压泵的气液进口分别对应与各个气液出口连接；

7、发电装置分别提供电源给液体增压泵和各个气液混合增压泵，plc控制器分别与液体增压泵、第三防爆电磁阀、第四防爆电磁阀、各个气液混合增压泵和各个第五防爆电磁阀信号连接。

8、发电装置包括小型风力发电机和电池组，小型风力发电机和电池组均安装在混合罐的顶部，小型风力发电机的进风口连接有进风管，进风管的另一端连接在氮气注入管上，进风管上设置有第六防爆电磁阀，小型风力发电机与电池组电性连接，电池组分别与plc控制器、各个气液混合增压泵和液体增压泵电性连接，plc控制器与第六防爆电磁阀信号连接。

9、本技术相对现有技术具有实质性特定和进步，具体的说，本技术的工作原理为：初始时，两个圆环气囊处于未充气状态，将氮气注入管和压裂液注入管下入到煤层气井中，进而，两个井筒封堵器、压裂介质混合器、气液混合增压泵、发电装置和plc控制器随氮气注入管一起下入到煤层气井中，当氮气注入管的下端下入到煤层气井内至一段需要压裂位置时，压裂介质混合器刚好位于相应的压裂段煤层气井井筒中，两个井筒封堵器分别位于该压裂段煤层气井井筒上部和下部，再将压裂液注入管的上端与井外的压裂液供液装置连接，氮气注入管的上端与井外的氮气供气装置连接，启动氮气供气装置，工作人员在井外控制室内通过远程控制系统操控plc控制器，plc控制器控制两个第一防爆电磁阀打开，则氮气供气装置将高压氮气通过氮气注入管与压裂液注入管之间环腔向下泵送，高压氮气通过两个充气口分别对应充入到两个圆环气囊中，使两个圆环气囊膨胀并与煤层气井井筒内壁紧密接触，当压力传感器达到规定值时，plc控制器控制相应的第一防爆电磁阀关闭，停止向相应圆环气囊内充气，两个圆环气囊便将该压裂段煤层气井井筒封闭，然后，启动压裂液供液装置，plc控制器控制液体增压泵启动，并控制第三防爆电磁阀和第四防爆电磁阀打开，压裂液供液装置将压裂液通过压裂液注入管向下泵送，液体增压泵通过抽水管抽吸压裂液，并将压裂液加压后通过注水管泵入到圆环喷管中，压裂液再经各个圆环喷管以雾状形式朝下喷出，同时，高压氮气经通过氮气喷管以混合罐的切向方向喷入到混合罐中，高压氮气进入混合罐内产生旋流并与雾化的压裂液充分混合形成气液压裂介质，混合十分钟后，plc控制器控制各个气液混合增压泵启动，并控制各个第五防爆电磁阀打开，则各个气液混合增压泵抽取混合罐内的气液压裂介质进行二次混合并再次加压后，将气液压裂介质通过相应的气液压裂管注入到该压裂段煤层中，气液压裂介质渗入到该压裂段煤层中进行混合压裂增透，压裂效果好，在井下对气液压裂介质进行加压，对设备性能要求低，节能降耗；整个过程中，如果电池组电量不足时，plc控制器控制第六防爆电磁阀打开，则高压氮气通过进风管进入小型风力发电机中，驱动小型风力发电机工作，给电池组充电，直至电池组电量充满为止，保证正常的压裂工作持续进行，设计科学。

10、综上所述，本技术设计科学，结构合理，压裂效果好，在井下对气液压裂介质进行加压，对设备性能要求低，节能降耗。

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【技术保护点】

1.煤层气井混合压裂系统，其特征在于：包括氮气注入管、压裂液注入管、两个井筒封堵器、压裂介质混合器、气液混合增压泵、发电装置和PLC控制器，氮气注入管同轴套装压裂液注入管的外部，氮气注入管和压裂液注入管的下端齐平并通过法兰盘密封固定连接，氮气注入管和压裂液注入管同中心下入到煤层气井中，氮气注入管的上端与井外的氮气供气装置连接，压裂液注入管的上端与井外的压裂液供液装置连接，两个井筒封堵器上下间隔同轴套装固定在氮气注入管上，压裂介质混合器同中心套装固定在氮气注入管上且位于两个阻隔密封装置之间，气液混合增压泵安装在压裂介质混合器的底部，发电装置和PLC控制器均安装在压裂介质混合器的顶部，气液混合增压泵的气液进口与压裂介质混合器的气液出口连接，气液混合增压泵的气液出口连接有气液压裂管，发电装置分别提供电源给压裂介质混合器、气液混合增压泵和PLC控制器，PLC控制器分别与压裂介质混合器和气液混合增压泵信号连接，PLC控制器与井外控制室内的远程控制系统信号连接；

2.根据权利要求1所述的煤层气井混合压裂系统，其特征在于：发电装置包括小型风力发电机和电池组，小型风力发电机和电池组均安装在混合罐的顶部，小型风力发电机的进风口连接有进风管，进风管的另一端连接在氮气注入管上，进风管上设置有第六防爆电磁阀，小型风力发电机与电池组电性连接，电池组分别与PLC控制器、各个气液混合增压泵和液体增压泵电性连接，PLC控制器与第六防爆电磁阀信号连接。

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【技术特征摘要】

1.煤层气井混合压裂系统，其特征在于：包括氮气注入管、压裂液注入管、两个井筒封堵器、压裂介质混合器、气液混合增压泵、发电装置和plc控制器，氮气注入管同轴套装压裂液注入管的外部，氮气注入管和压裂液注入管的下端齐平并通过法兰盘密封固定连接，氮气注入管和压裂液注入管同中心下入到煤层气井中，氮气注入管的上端与井外的氮气供气装置连接，压裂液注入管的上端与井外的压裂液供液装置连接，两个井筒封堵器上下间隔同轴套装固定在氮气注入管上，压裂介质混合器同中心套装固定在氮气注入管上且位于两个阻隔密封装置之间，气液混合增压泵安装在压裂介质混合器的底部，发电装置和plc控制器均安装在压裂介质混合器的顶部，气液混合增压泵的气液进口与压裂介质混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：马俊强，张光伟，校韩立，李海斌，刘自荣，张文宇，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局广东煤炭地质局勘查院，
类型：新型
国别省市：