CN114961652B - 高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，所述装置包括供气罐、气体增压装置、气体固体混合装置及气体固体二次混合装置；供气罐的排气端分别通过第一管路、第二管路与气体固体二次混合装置的第二进气口连接、气体增压装置的进气口连接，气体增压装置的出气口通过第三管路与气体固体混合装置的进气口连接，气体固体混合装置的出气口与气体固体二次混合装置的第一进气口连接；气体固体二次混合装置的出气口与注热井的井口连接。本发明可实现对煤层的持续加热压裂，便于高效施工、开采操作的进行，可提高煤层气的解吸速率，从而产生大量的人造裂隙，进而可提高低煤阶煤层气的产量。

Description

高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率 的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，属于煤层气开采技术领域。

背景技术

煤层气是煤炭伴生的一种非常规天然气，其主要成分是甲烷，既是重要的清洁能源，也是优质的化工原料。低煤阶煤层气是世界煤层气开发的主要对象。目前，世界成功实现煤层气规模开发利用的国家只有美国、加拿大、澳大利亚和中国。美国、加拿大、澳大利亚的煤层气产量绝大部分来自低煤阶煤层气，而我国的煤层气产量绝大部分来自山西沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的中、高煤阶煤层气。

然而，我国低煤阶煤层气的开发效果并不理想，主要原因在于成藏区域地质构造复杂，开采利用难度大，低煤阶煤化作用程度低，孔缝相对较多、基质松散，导致储层渗透率极低，很难有效提高煤层气的产量。

目前，煤层气的抽采方法多种多样，注热开采煤层气，这一作为提高低煤阶储层的渗透能力的有效措施已被普遍认可，国内外很多学者探究了温度对煤体中瓦斯解吸速率的影响规律，实验结果发现提高温度能够增加煤体中的煤层气的解吸速率。然而，传统采用的电加热煤储层、高温过热水蒸气加热煤储层的方法，因其资源消耗大、成本较高，经济成效低而很难实现产业化、规模化实施应用。

因此，提供一种新型的气体固体混合装置、高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种气体固体混合装置。

本发明的另一个目的还在于提供一种提高低阶储层煤层气产率的装置。

本发明的又一个目的还在于提供一种提高低阶储层煤层气产率的方法。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种气体固体混合装置，其中，所述气体固体混合装置包括：壳体及料仓，所述壳体的一端开设有进气口，另一端开设有出气口，所述壳体的侧壁开设有进料口；所述壳体内设置有活塞以及旋转腔，所述活塞设有凹陷处，所述旋转腔的表面分布有若干个出料口；

所述壳体内靠近进气口侧设置有直线电机，所述直线电机与所述活塞的一端连接，以使所述活塞能沿壳体水平轴线方向做水平往复运动，所述料仓的出料管线经由所述进料口进入壳体内，并将料仓内所盛装的支撑剂送至活塞的凹陷处，再通过活塞的水平往复运动将所述支撑剂通过所述旋转腔的开口端送入旋转腔内；

所述壳体内还分别设置有第一轴承座和第二轴承座，所述第一轴承座和第二轴承座的中心处分别设置有第一轴承和第二轴承，所述旋转腔的闭口端与所述第二轴承连接，所述旋转腔的开口端穿过所述第一轴承与电机转子相连且所述电机转子外套设有电机定子，以使电机转子通电后，所述旋转腔能在第一轴承和第二轴承带动下进行旋转。

作为本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式，其中，所述旋转腔为圆锥形腔体。

作为本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式，其中，所述活塞上设置有密封橡胶圈，以避免活塞往复运动过程中气体回流至料仓内。

作为本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式，其中，所述旋转腔的开口端穿过所述第一轴承并通过轴承压圈与电机转子相连。

在本发明以上所述气体固体混合装置的一具体实施方式中，轴承压圈与旋转腔的开口端螺纹连接，通过螺纹旋进，将电机转子固定在旋转腔上；所述电机定子安装在第一轴承座的一侧(即靠近壳体进气口的一侧)，可采用螺钉紧固，在上电时，电机转子旋转，从而带动旋转腔转动；第一轴承座的另一侧(即靠近壳体出气口的一侧)设置有第一轴承，以保证所述旋转腔平稳地进行转动。

另一方面，本发明还提供了一种提高低阶储层煤层气产率的装置，其中，所述提高低阶储层煤层气产率的装置包括：

供气罐、气体增压装置、以上所述的气体固体混合装置及气体固体二次混合装置；

所述供气罐的排气端分别通过第一管路、第二管路与所述气体固体二次混合装置的第二进气口连接、气体增压装置的进气口连接，所述气体增压装置的出气口通过第三管路与气体固体混合装置的进气口连接，所述气体固体混合装置的出气口与所述气体固体二次混合装置的第一进气口连接；所述气体固体二次混合装置的出气口与注热井的井口连接。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述装置还包括显示器(9)。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述气体增压装置包括壳体及接线盒，所述壳体的顶端封闭，底端与所述接线盒固定连接，所述壳体内底部于所述接线盒上设置有直线电机，所述壳体内还设置有活塞腔，所述壳体及活塞腔的侧壁上端及中下端分别开设有出气口、进气口，以使所述活塞腔与外部连通；所述活塞腔内设置有活塞，且所述活塞能于所述活塞腔内做上下往复运动，所述活塞的底部与所述直线电机相连接，所述活塞腔的顶部固定设置有承压弹簧，所述承压弹簧的底部连接有滑块；所述承压弹簧处于自然状态时，所述滑块能封闭出气口；所述承压弹簧处于压缩状态时，所述滑块沿着承压弹簧收缩方向移动，使所述出气口导通；

所述活塞通过上下往复运动能控制所述进气口封闭或导通，并于向上运动时对气体增压，增压后的气体能推动滑块使承压弹簧收缩，进而控制所述出气口导通或封闭。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述活塞腔的底部设置有直线轴承，用以辅助所述活塞做上下往复运动。

在本发明的一具体实施例中，所述直线轴承采用过盈配合的方式压装在活塞腔内底部，所述直线轴承的内圆面与所述活塞的底部外圆接触，以保证活塞平稳地进行往复运动。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述活塞及滑块上还分别设置有若干组密封橡胶圈。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述气体固体二次混合装置包括：壳体及设置于壳体内的旋转轴，所述旋转轴上设置有若干组旋转叶片，所述壳体侧壁的上端，壳体的顶端、壳体的底端分别设置有第一进气口、第二进气口及出气口，所述第二进气口设置有单向阀；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承，所述壳体内顶部设置有电机定子、电机转子，所述电机定子套设于所述电机转子外，所述旋转轴的底端连接于所述下端轴承，所述旋转轴的顶端通过压圈与所述电机转子中心处的沉孔相连。

在本发明一具体实施方式中，所述电机转子的中心设置有沉孔，所述旋转轴顶端外缘为螺纹结构，所述压圈与旋转轴顶端外缘的螺纹结构连接，并将所述旋转轴的顶端固定于电机转子中心的沉孔，以实现电机转子与旋转轴的连接。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述下端轴承的底部安装有下端轴承压圈，用于固定所述下端轴承。

作为本发明以上所述提高低阶储层煤层气产率的装置的一具体实施方式，其中，所述电机定子的顶部设置有定子压圈。

本发明所提供的提高低阶储层煤层气产率的装置中各组成装置的分布以及所用连接管路的布局美观、合理，有效提高了实验场地空间利用率、便于检修维护。

又一方面，本发明还提供了一种提高低阶储层煤层气产率的方法，其中，所述方法利用以上所述的提高低阶储层煤层气产率的装置，其包括以下步骤：

(1)供气罐的排气端排出的高温高压热风进入气体增压装置中，以进一步增大所述高温高压热风的压力；

(2)步骤(1)中增压后的高温高压热风进入气体固体混合装置中与支撑剂均匀混合(一次混合)；

(3)供气罐的排气端排出的高温高压热风以及步骤(2)中所得混有支撑剂的高温高压热风进入气体固体二次混合装置，并于气体固体二次混合装置中实现高温高压热风和支撑剂更加充分、均匀地混合(二次混合)；

(4)将步骤(3)中所得混有支撑剂的高温高压热风注入注热井后进行低阶储层煤层气开采。

作为本发明以上所述方法的一具体实施方式，其中，在低阶储层煤层气开采过程中，所述注热井与开采井的井口在地面构成井网，该井网中，一口注热井四周均布四口开采井。该设置及操作有利于煤层气规模化开采、利用，提高经济效益。

作为本发明以上所述方法的一具体实施方式，其中，步骤(2)包括以下具体步骤：

从供气罐的排气端排出的高温高压热风经气体增压装置的进气口进入活塞腔，直线电机通电后，推动活塞向上运动，此时进气口闭合，活塞腔内密闭，活塞的运动导致气体体积减小，压力增大，当压力增大到特定值时，滑块受力挤压承压弹簧收缩，滑块沿着收缩方向移动，出气口导通，压力增大后的气流经出气口流出；气体流出后活塞腔内气压减小，承压弹簧推动滑块向下运动，出气口闭合，同时直线电机带动活塞向下运动，进气口导通，气体重新进入活塞腔内，完成一次增压流程。

作为本发明以上所述方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)包括以下具体步骤：

步骤(2)中所得混有支撑剂的高温高压热风进入气体固体二次混合装置后，电机转子通电，在所述电机转子和上端轴承、下端轴承的带动下，旋转轴上设置的若干组旋转叶片高速旋转，在旋转叶片的作用下，混有支撑剂的高温高压热风再次被搅拌，并与经气体固体二次混合装置的第二进气口进入的高温高压热风气体二次充分混合，同时增大气体固体二次混合装置壳体内气压，使二次充分混合的气固气流经出气口进入煤层。

作为本发明以上所述方法的一具体实施方式，其中，所述支撑剂包括石英砂、球形陶粒砂及烧结矾土中的一种或几种的组合。

本发明对所用高温高压热风的压力、温度，步骤(1)中增压后的高温高压热风的压力、温度等均不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场实际作业需要，如待开采的具体地质条件(包括深度、裂隙发展情况等)等合理设置所用高温高压热风的压力、温度，步骤(1)中增压后的高温高压热风的压力、温度，只要保证可以实现本发明的目的即可。

此外，本发明对步骤(2)中的一次混合时间及步骤(3)中的二次混合时间均不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场实际作业需要合理设置混合时间，只要保证采用本发明所用的一次混合和二次混合交替混合方式将高温高压热风及支撑剂充分混合均匀即可。

本发明所提供的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法为一种基于高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，其使高温高压热风和支撑剂均匀混合后，通过气体固体二次混合装置的出气口一同注入到注热井中，该操作可以实现对煤层的持续加热压裂，便于高效施工、开采操作的进行，提高煤层气的解吸速率，从而产生大量的人造裂隙。煤层升温的同时降低了煤储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高了低煤阶煤层气的产量。同时，支撑剂充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中提供的所述装置适用井网布置示意图。

图3为本发明实施例中所用的气体增压装置的结构示意图。

图4为本发明实施例中所用的气体固体混合装置的结构示意图。

图5为本发明实施例中所用的气体固体二次混合装置的结构示意图(放大剖视图)。

主要附图标号说明：

图1：1、供气罐，2、第一管路，3、第二管路，4、气体增压装置，5、第三管路，6、气体固体混合装置，7、气体固体二次混合装置，8、注热井，9、显示器。

图2：8、注热井，10、开采井。

图3：4、气体增压装置，11、接线盒，12、直线电机，13、活塞，14、密封橡胶，15、进气口，16、出气口，17、直线轴承，18、承压弹簧，19、滑块，47、活塞腔。

图4：6、气体固体混合装置，20、进气口，21、直线电机，22、活塞，23、密封橡胶圈，24、料仓，25、轴承压圈，26、电机转子，27、电机定子，28、第一轴承座，29、第一轴承，30、旋转腔，31、出料口，32、第二轴承，33、第二轴承座，34、出气口。

图5：7、气体固体二次混合装置，35、第一进气口，36、旋转叶片，37、旋转轴，38、下端轴承，39、下端轴承压圈，40、电机定子，41、电机转子；42、定子压圈，43、压圈，44、单向阀，45、第二进气口，46、出气口。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“顶”及“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种气体固体混合装置，其结构示意图如图4所示，从图4中可以看出，所述气体固体混合装置包括：壳体及料仓24，所述壳体的一端开设有进气口20，另一端开设有出气口34，所述壳体的侧壁开设有进料口；所述壳体内设置有活塞22以及旋转腔30，所述活塞22设有凹陷处，所述旋转腔30的表面分布有若干个出料口31；

所述壳体内靠近进气口20侧设置有直线电机21，所述直线电机21与所述活塞22的一端连接，以使所述活塞22能沿壳体水平轴线方向做水平往复运动，所述料仓24的出料管线经由所述进料口进入壳体内，并将料仓24内所盛装的支撑剂送至活塞20的凹陷处，再通过活塞20的水平往复运动将所述支撑剂通过所述旋转腔30的开口端送入旋转腔30内；

所述壳体内还分别设置有第一轴承座28和第二轴承座33，所述第一轴承座28和第二轴承座33的中心处分别设置有第一轴承29和第二轴承32，所述旋转腔30的闭口端与所述第二轴承32连接，所述旋转腔30的开口端穿过所述第一轴承29与电机转子26相连且所述电机转子26外套设有电机定子27，以使电机转子26通电后，所述旋转腔30能在第一轴承29和第二轴承32带动下进行旋转。

本实施例中，所述旋转腔30为圆锥形腔体。

本实施例中，所述活塞22上设置有密封橡胶圈23，以避免活塞22往复运动过程中气体回流至料仓24内。

本实施例中，所述旋转腔30的开口端穿过所述第一轴承29并通过轴承压圈25与电机转子26相连；

具体地，轴承压圈25与旋转腔30的开口端螺纹连接，通过螺纹旋进，将电机转子26固定在旋转腔30上；所述电机定子27安装在第一轴承座28的一侧(即靠近壳体进气口的一侧)，可采用螺钉紧固，在上电时，电机转子26旋转，从而带动旋转腔30转动；第一轴承座28的另一侧(即靠近壳体出气口的一侧)设置有第一轴承29，以保证所述旋转腔30平稳地进行转动。

实施例2

本实施例提供了一种高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述提高低阶储层煤层气产率的装置包括：

供气罐1、气体增压装置4、实施例1所提供的气体固体混合装置6及气体固体二次混合装置7；

所述供气罐1的排气端通过第二管路3与所述气体增压装置4的进气口15连接，所述供气罐1的排气端还通过第一管路2与所述气体固体二次混合装置7的第二进气口45连接；

所述气体增压装置4的出气口16通过第三管路5与气体固体混合装置6的进气口20连接，所述气体固体混合装置6的出气口34与所述气体固体二次混合装置7的第一进气口35连接；所述气体固体二次混合装置7的出气口46与注热井8的井口连接。

本实施例中，所述装置还包括显示器9。

本实施例中，所述气体增压装置4的结构示意图如图3所示，从图3中可以看出，所述气体增压装置4包括壳体及接线盒11，所述壳体的顶端封闭，底端与所述接线盒11固定连接，所述壳体内底部于所述接线盒11上设置有直线电机12，所述壳体内还设置有活塞腔47，所述壳体及活塞腔47的侧壁上端及中下端分别开设有出气口16、进气口15，以使所述活塞腔47与外部连通；所述活塞腔47内设置有活塞13，且所述活塞13能于所述活塞腔47内做上下往复运动，所述活塞13的底部与所述直线电机12相连接，所述活塞腔47的顶部固定设置有承压弹簧18，所述承压弹簧18的底部连接有滑块19；所述承压弹簧18处于自然状态时，所述滑块19能封闭出气口16；所述承压弹簧18处于压缩状态时，所述滑块19沿着承压弹簧18收缩方向移动，使所述出气口16导通；

所述活塞13通过上下往复运动能控制所述进气口15封闭或导通，并于向上运动时对气体增压，增压后的气体能推动滑块19使承压弹簧18收缩，进而控制所述出气口16导通或封闭；

所述活塞腔的底部设置有直线轴承17，用以辅助所述活塞13做上下往复运动；具体地，所述直线轴承17采用过盈配合的方式压装在活塞腔47内底部，所述直线轴承17的内圆面与所述活塞13的底部外圆接触，以保证活塞13平稳地进行往复运动。

所述活塞13及滑块19上还分别设置有若干组密封橡胶圈14。其中，本发明实施例中所用的气体增压装置是通过活塞于活塞腔内上下往复运动压缩空气实现增压。活塞13上设置上下两组间隔分布的密封橡胶圈14，当活塞13向下运动时，气体从进气口15进入活塞腔47腔体，此时密封橡胶圈14应保证活塞13与活塞腔47之间的密封，防止气体从下端溢出；当活塞13向上运动时，上下两组间隔分布的密封橡胶圈14应保证进气口15与活塞腔之间密封；同时，滑块19上也设置有密封橡胶圈，以保证滑块19向上运动时，气体不会从活塞腔上端溢出。

本实施例中，所述气体固体二次混合装置7的结构示意图如图5所示，从图5中可以看出，所述气体固体二次混合装置7包括：

壳体及设置于壳体内的旋转轴37，所述旋转轴37上对称地设置有若干组旋转叶片36，所述壳体侧壁的上端，壳体的顶端、壳体的底端分别设置有第一进气口35、第二进气口45及出气口46，所述第二进气口45设置有单向阀44；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承38，所述壳体内顶部设置有电机定子40、电机转子41，所述电机定子40套设于所述电机转子41外，所述旋转轴37的底端连接于所述下端轴承38，所述旋转轴37的顶端通过压圈43与所述电机转子41中心处的沉孔相连；

所述下端轴承38的底部还安装有下端轴承压圈39，用于固定所述下端轴承38；

所述电机定子40的顶部还设置有定子压圈42。

实施例3

本实施例提供了一种高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的方法，其中，所述方法利用实施例2提供的高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置，其包括以下步骤：

(1)供气罐1的排气端排出的高温高压热风进入气体增压装置4中，以进一步增大所述高温高压热风的压力；

(2)步骤(1)中增压后的高温高压热风进入气体固体混合装置6中与支撑剂均匀混合；

(3)供气罐1的排气端排出的高温高压热风以及步骤(2)中所得混有支撑剂的高温高压热风进入气体固体二次混合装置7，并于气体固体二次混合装置7中实现高温高压热风和支撑剂更加充分、均匀地混合；

(4)将步骤(3)中所得混有支撑剂的高温高压热风注入注热井8后进行低阶储层煤层气开采。

本实施例中，在低阶储层煤层气开采过程中，所述注热井8与开采井10的井口在地面构成井网，该井网中，一口注热井8四周均布四口开采井10，如图2所示。

本实施例步骤(1)中，在所使用的气体增压装置中，当接线盒11通电后，直线电机12通电，在直线轴承17的辅助下，驱动与直线电机11固定连接的活塞13于活塞腔内做上下往复运动。所述活塞腔的顶部固定设置有承压弹簧18，所述承压弹簧18的底部连接有滑块19，其中，滑块19的受力情况决定了承压弹簧18的伸缩状况，进而决定了出气口16的导通和闭合。

当所述气体增压装置工作时，从供气罐1的排气端排出的高温高压热风经气体增压装置4的进气口15进入活塞腔，直线电机12通电后，推动活塞13向上运动，此时进气口15闭合，腔内密闭，活塞13的运动导致气体体积减小，压力增大，当压力增大到特定值时，滑块19受力挤压承压弹簧18收缩，滑块19沿着收缩方向移动，出气口16导通，压力增大后的气流经出气口16流出；气体流出后活塞腔内气压减小，承压弹簧18推动滑块19向下运动，出气口16闭合，同时直线电机12带动活塞13向下运动，进气口15导通，气体重新进入活塞腔内，完成一次增压流程。特别地，可通过调整承压弹簧18的弹性系数，实现增压倍率的控制。

本实施例步骤(2)中，支撑剂通过料仓24的出料管线经由气体固体混合装置的进料口进入壳体内，并将料仓24内所盛装的支撑剂送至活塞20的凹陷处，直线电机21通电后，在其带动下活塞22可以进行水平往复运动，并通过活塞20的水平往复运动将所述支撑剂通过所述旋转腔30的开口端送入旋转腔30内，活塞22上装配的密封橡胶圈23起到密封效果，可有效地防止活塞水平往复运动中气体回流至料仓24内；同时，还可以通过活塞22的水平往复运动来控制支撑剂的添加量；

支撑剂进入旋转腔30后，电机转子26通电，所述旋转腔30能在第一轴承29和第二轴承32带动下进行飞速旋转，支撑剂在旋转腔30内作离心运动，受离心力作用，当旋转腔旋转的转速达到临界值时，支撑剂由旋转腔30表面的出料口31飞出，并与经气体固体混合装置的进气口进入的增压后的高温高压热风(气体)于气体固体混合装置的壳体内混合形成含颗粒气流，即实现一次混合。

本实施例步骤(3)中，一次混合后的混有支撑剂的高温高压热风通过第一进气口进入到气体固体二次混合装置7中，气体固体二次混合装置7壳体内的电机转子41通电后，结合下端轴承38，带动旋转轴37、旋转叶片36转动，在旋转叶片36的作用下，高温高压热风气流混合的支撑剂再次被搅拌，与经第二进气口45进入的高温高压热风气体二次充分混合，同时增大壳体内气压，迫使二次混合的气固气流经出气口46进入煤层中，有利于高温高压热风与支撑剂的充分混合、输送，从而提高储层煤层气的产率；特别地，第二进气口45与单向阀44连接，可保证高温高压热风气体仅由进气口45进入，可避免由于压差作用，气体经第二进气口45回流。

综上所述，本发明实施例提供的高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法为一种基于高温高压热风与支撑剂离心混合的提高低阶储层煤层气产率的装置及方法，其使高温高压热风和支撑剂均匀混合后，通过气体固体二次混合装置的出气口一同注入到注热井中，该操作可以实现对煤层的持续加热压裂，便于高效施工、开采操作的进行，提高煤层气的解吸速率，从而产生大量的人造裂隙。煤层升温的同时降低了煤储层的吸附能力，促进甲烷分子的解吸，进而提高了低煤阶煤层气的产量。同时，支撑剂充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (17)

1.一种气体固体混合装置，其特征在于，所述气体固体混合装置包括壳体及料仓（24），所述壳体的一端开设有进气口（20），另一端开设有第一出气口（34），所述壳体的侧壁开设有进料口；所述壳体内设置有第一活塞（22）以及旋转腔（30），所述第一活塞（22）设有凹陷处，所述旋转腔（30）的表面分布有若干个出料口（31）；

所述壳体内靠近进气口（20）侧设置有第一直线电机（21），所述第一直线电机（21）与所述第一活塞（22）的一端连接，以使所述第一活塞（22）能沿壳体水平轴线方向做水平往复运动，所述料仓（24）的出料管线经由所述进料口进入壳体内，并将料仓（24）内所盛装的支撑剂送至第一活塞（22）的凹陷处，再通过第一活塞（22）的水平往复运动将所述支撑剂通过所述旋转腔（30）的开口端送入旋转腔（30）内；

所述壳体内还分别设置有第一轴承座（28）和第二轴承座（33），所述第一轴承座（28）和第二轴承座（33）的中心处分别设置有第一轴承（29）和第二轴承（32），所述旋转腔（30）的闭口端与所述第二轴承（32）连接，所述旋转腔（30）的开口端穿过所述第一轴承（29）与第一电机转子（26）相连且所述第一电机转子（26）外套设有第一电机定子（27），以使第一电机转子（26）通电后，所述旋转腔（30）能在第一轴承（29）和第二轴承（32）带动下进行旋转。

2.根据权利要求1所述的气体固体混合装置，其特征在于，所述旋转腔（30）为圆锥形腔体。

3.根据权利要求1或2所述的气体固体混合装置，其特征在于，所述第一活塞（22）上设置有第一密封橡胶圈（23），以避免第一活塞（22）往复运动过程中气体回流至料仓（24）内。

4.根据权利要求1或2所述的气体固体混合装置，其特征在于，所述旋转腔（30）的开口端穿过所述第一轴承（29）并通过轴承压圈（25）与第一电机转子（26）相连。

5.一种提高低阶储层煤层气产率的装置，其特征在于，所述提高低阶储层煤层气产率的装置包括：

供气罐（1）、气体增压装置（4）、权利要求1-4任一项所述的气体固体混合装置（6）及气体固体二次混合装置（7）；

所述供气罐（1）的排气端分别通过第一管路（2）、第二管路（3）与所述气体固体二次混合装置（7）的第二进气口（45）连接、气体增压装置（4）的进气口（15）连接，所述气体增压装置（4）的第二出气口（16）通过第三管路（5）与气体固体混合装置（6）的进气口（20）连接，所述气体固体混合装置（6）的第一出气口（34）与所述气体固体二次混合装置（7）的第一进气口（35）连接；所述气体固体二次混合装置（7）的第三出气口（46）与注热井（8）的井口连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述提高低阶储层煤层气产率的装置还包括显示器（9）。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述气体增压装置（4）包括壳体及接线盒（11），所述壳体的顶端封闭，底端与所述接线盒（11）固定连接，所述壳体内底部于所述接线盒（11）上设置有第二直线电机（12），所述壳体内还设置有活塞腔，所述壳体及活塞腔的侧壁上端及中下端分别开设有第二出气口（16）、进气口（15），以使所述活塞腔与外部连通；所述活塞腔内设置有第二活塞（13），且所述第二活塞（13）能于所述活塞腔内做上下往复运动，所述第二活塞（13）的底部与所述第二直线电机（12）相连接，所述活塞腔的顶部固定设置有承压弹簧（18），所述承压弹簧（18）的底部连接有滑块（19）；所述承压弹簧（18）处于自然状态时，所述滑块（19）能封闭第二出气口（16）；所述承压弹簧（18）处于压缩状态时，所述滑块（19）沿着承压弹簧（18）收缩方向移动，使所述第二出气口（16）导通；

所述第二活塞（13）通过上下往复运动能控制所述进气口（15）封闭或导通，并于向上运动时对气体增压，增压后的气体能推动滑块（19）使承压弹簧（18）收缩，进而控制所述第二出气口（16）导通或封闭。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述活塞腔的底部设置有直线轴承（17），用以辅助所述第二活塞（13）做上下往复运动。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二活塞（13）及滑块（19）上还分别设置有若干组第二密封橡胶圈（14）。

10.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述气体固体二次混合装置（7）包括：壳体及设置于壳体内的旋转轴（37），所述旋转轴（37）上设置有若干组旋转叶片（36），所述壳体侧壁的上端，壳体的顶端、壳体的底端分别设置有第一进气口（35）、第二进气口（45）及第三出气口（46），所述第二进气口（45）设置有单向阀（44）；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承（38），所述壳体内顶部设置有第二电机定子（40）、第二电机转子（41），所述第二电机定子（40）套设于所述第二电机转子（41）外，所述旋转轴（37）的底端连接于所述下端轴承（38），所述旋转轴（37）的顶端通过压圈（43）与所述第二电机转子（41）中心处的沉孔相连。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述下端轴承（38）的底部安装有下端轴承压圈（39），用于固定所述下端轴承（38）。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二电机定子（40）的顶部设置有定子压圈（42）。

13.一种提高低阶储层煤层气产率的方法，其特征在于，所述方法利用权利要求5-12任一项所述的提高低阶储层煤层气产率的装置，其包括以下步骤：

（1）供气罐的排气端排出的高温高压热风进入气体增压装置中，以进一步增大所述高温高压热风的压力；

（2）步骤（1）中增压后的高温高压热风进入气体固体混合装置中与支撑剂均匀混合；

（3）供气罐的排气端排出的高温高压热风以及步骤（2）中所得混有支撑剂的高温高压热风进入气体固体二次混合装置，并于气体固体二次混合装置中实现高温高压热风和支撑剂更加充分、均匀地混合；

（4）将步骤（3）中所得混有支撑剂的高温高压热风注入注热井后进行低阶储层煤层气开采。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在低阶储层煤层气开采过程中，所述注热井与开采井的井口在地面构成井网，该井网中，一口注热井四周均布四口开采井。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述气体增压装置（4）包括壳体及接线盒（11），所述壳体的顶端封闭，底端与所述接线盒（11）固定连接，所述壳体内底部于所述接线盒（11）上设置有第二直线电机（12），所述壳体内还设置有活塞腔，所述壳体及活塞腔的侧壁上端及中下端分别开设有第二出气口（16）、进气口（15），以使所述活塞腔与外部连通；所述活塞腔内设置有第二活塞（13），且所述第二活塞（13）能于所述活塞腔内做上下往复运动，所述第二活塞（13）的底部与所述第二直线电机（12）相连接，所述活塞腔的顶部固定设置有承压弹簧（18），所述承压弹簧（18）的底部连接有滑块（19）；所述承压弹簧（18）处于自然状态时，所述滑块（19）能封闭第二出气口（16）；所述承压弹簧（18）处于压缩状态时，所述滑块（19）沿着承压弹簧（18）收缩方向移动，使所述第二出气口（16）导通；

所述第二活塞（13）通过上下往复运动能控制所述进气口（15）封闭或导通，并于向上运动时对气体增压，增压后的气体能推动滑块（19）使承压弹簧（18）收缩，进而控制所述第二出气口（16）导通或封闭；

步骤（1）包括以下具体步骤：

从供气罐的排气端排出的高温高压热风经气体增压装置的进气口进入活塞腔，第二直线电机通电后，推动第二活塞向上运动，此时进气口闭合，活塞腔内密闭，第二活塞的运动导致气体体积减小，压力增大，当压力增大到特定值时，滑块受力挤压承压弹簧收缩，滑块沿着收缩方向移动，第二出气口导通，压力增大后的气流经第二出气口流出；气体流出后活塞腔内气压减小，承压弹簧推动滑块向下运动，第二出气口闭合，同时第二直线电机带动第二活塞向下运动，进气口导通，气体重新进入活塞腔内，完成一次增压流程。

16.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述气体固体二次混合装置（7）包括：壳体及设置于壳体内的旋转轴（37），所述旋转轴（37）上设置有若干组旋转叶片（36），所述壳体侧壁的上端，壳体的顶端、壳体的底端分别设置有第一进气口（35）、第二进气口（45）及第三出气口（46），所述第二进气口（45）设置有单向阀（44）；

所述壳体内底部设置有轴承支架，所述轴承支架的中心位置安装有下端轴承（38），所述壳体内顶部设置有第二电机定子（40）、第二电机转子（41），所述第二电机定子（40）套设于所述第二电机转子（41）外，所述旋转轴（37）的底端连接于所述下端轴承（38），所述旋转轴（37）的顶端通过压圈（43）与所述第二电机转子（41）中心处的沉孔相连；

步骤（3）包括以下具体步骤：

步骤（2）中所得混有支撑剂的高温高压热风进入气体固体二次混合装置后，第二电机转子通电，在所述第二电机转子和上端轴承、下端轴承的带动下，旋转轴上设置的若干组旋转叶片高速旋转，在旋转叶片的作用下，混有支撑剂的高温高压热风再次被搅拌，并与经气体固体二次混合装置的第二进气口进入的高温高压热风气体二次充分混合，同时增大气体固体二次混合装置壳体内气压，使二次充分混合的气固气流经第三出气口进入煤层。

17.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述支撑剂包括石英砂、球形陶粒砂及烧结矾土中的一种或几种的组合。