[发明专利]液氮压裂装置及其使用方法

说明书

本发明公开了液氮压裂装置及其使用方法，该装置包括：用于将气体压强转换为液氮压强的压强转换容器，供压系统和供液氮系统；压强转换容器具有相对密闭的腔体，腔体上设置有用于连通供压系统的第一端口、用于连通供液氮系统的第二端口；腔体上还设置有用于向待压试件输出带压液氮的第一开口；第一开口连接有第一控制阀；供压系统能够向压强转换容器提供预定气压；供液氮系统具有存储有液氮的带压容器，带压容器具有出口端，出口端设置有第二控制阀，打开第二控制阀，带压容器内的液氮能流入压强转换容器的腔体内。本发明能够可靠的将超低温液氮实现顺利注入，从而保证液氮压裂的顺利进行。

技术领域

本发明涉及油气增产技术领域，特别涉及液氮压裂装置及其使用方法。

背景技术

随着石油工业的逐渐发展，常规油气藏日益减少。面对巨大的能源需求，低渗透的非常规油气藏的开发逐渐被很多国家和地区所重视。其中，水力压裂技术极大地推动了非常规油气藏，例如页岩气的开发。但是，利用水力压裂开发油气藏的同时暴露出很多环境污染和资源浪费的问题。具体的，传统的压裂技术不仅需要大量的水资源而且在压裂液中添加许多化学物质，这对于环境的污染非常严重。针对此问题近年来很多科研学者开始进一步研究更环保且高效的方法。

其中一种比较有效的方法是利用液氮作为压裂液进行压裂。液氮是一种非常稳定的冷源，温度极低，为-198℃，并且化学性质稳定，不与其他物质发生反应，粘度低，使用和制备方便且环保。使用时，液氮的超低温可以使岩石更容易产生多裂缝，提高油气产量；而且液氮在汽化后不会污染环境，这使得液氮可以成为一种优秀的无水压裂液。

目前液氮压裂还处于实验室的探索阶段，且液氮的超低温给实验过程带来了许多不可控的因素。例如，由于地层中存在一定的压强，利用液氮进行压裂时，需要利用加压装置对液氮进行加压，从而将液氮顺利的注入地层中。但是，现有的加压装置一般为活塞式液压加压装置，该加压装置容易出现因降温收缩不一致导致漏压或卡塞。具体的，现有的加压装置一般用液压油来推动活塞。该活塞可以包括外筒和内活塞。由于液氮是超低温，在热胀冷缩的作用下，外筒和内活塞会产生收缩。如果外筒收缩比内活塞大，就会把内活塞卡住；如果外筒没有内活塞收缩大，那么内活塞和外筒之间就会出现空隙，液氮就会从缝隙中漏出。

因此，有必要提供一种新的液氮压裂装置和方法，能够可靠的将超低温液氮实现顺利注入，从而克服现有技术中的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供液氮压裂装置及其使用方法，能够克服现有技术中的缺陷，可靠的将超低温液氮实现顺利注入，从而保证液氮压裂的顺利进行。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种液氮压裂装置，包括：

用于将气体压强转换为液氮压强的压强转换容器，能与所述压强转换容器相连通的供压系统和供液氮系统；

所述压强转换容器具有相对密闭的腔体，所述腔体上设置有用于连通所述供压系统的第一端口、用于连通所述供液氮系统的第二端口；所述腔体上还设置有用于向待压试件输出带压液氮的第一开口；所述第一开口连接有第一控制阀；

所述供压系统能够向所述压强转换容器提供预定气压；

所述供液氮系统具有存储有液氮的带压容器，所述带压容器具有出口端，所述出口端设置有第二控制阀，打开所述第二控制阀，所述带压容器内的液氮能流入所述压强转换容器的腔体内。

在一个优选的实施方式中，所述供压系统包括：通过第一耐压管依次连通的空气压缩机、第一储气罐、气体增压泵、第二储气罐，所述第一储气罐的容积大于所述第二储气罐的容积。

在一个优选的实施方式中，所述空气压缩机与所述第一储气罐之间、所述第一储气罐与所述气体增压泵之间、所述气体增压泵与所述第二储气罐之间、所述第二储气罐与所述第一端口之间的第一耐压管上设置有第三控制阀。