本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种煤储层冷媒液井下冷交换装置及方法。
背景技术：
水力压裂是一种使地层产生裂缝，然后裂缝延伸到煤层或岩层的技术。这些裂缝提高地层的导流能力。当高压水泵的注入速度大于地层的吸收速度时，产生的巨大压力就会使地层破裂。用压裂支撑剂填充并支撑这些裂缝，当压裂液回流，支撑剂会停留在这些空隙中形成一个通道，这样油气就可以在井中流动。
通过研究发现，采用低温相变改造方式对煤储层进行改造，即将低温冷媒液输送至井底煤储层中，在不破坏煤储层为前提下，扩大煤储层裂隙，使吸附的煤层气有通道被开采出来，低温压裂方式压裂效果较好；而目前，一般是利用常温压裂液直接注入井底煤储层进行压裂，常温压裂液的注入设备并不能够对低温冷媒液进行制备及输送。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
常温压裂液的注入设备并不能够对低温冷媒液进行制备及输送，现有技术缺乏低温冷媒液的制备及输送装置。
技术实现要素：
为了解决现有技术缺乏低温冷媒液的制备及输送装置的问题，本发明实施例提供了一种煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置及方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置，所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置包括：从上到下顺次连接的上法兰、第一油管头、第二油管头、套管法兰、套管，所述套管法兰与地面平齐，所述套管位于煤层气井内部，所述第一油管头内密封连接有内层油管悬挂器，所述内层油管悬挂器下端连接内油管，所述第二油管头内密封连接有外层油管悬挂器，所述外层油管悬挂器下端连接外油管，所述内油管、所述外油管均向下伸至所述套管中，且所述内油管位于所述外油管中，所述内油管下端开口，所述外油管下端密封连接丝堵，煤储层位于所述丝堵上方；
所述第一油管头与所述第二油管头之间设置有第一连通管，所述内油管与所述外油管之间的空间与所述第一连通管连通，所述第二油管头与所述套管法兰之间设置有第二连通管，所述外油管与所述套管之间的环空与所述第二连通管连通。
进一步地，所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置还包括套管阀门，所述第一连通管、所述第二连通管上均设置有所述套管阀门。
更进一步地，所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置还包括电子压力计，所述电子压力机设置在所述丝堵下方。
另一方面，提供了一种煤储层相变改造用冷媒液的冷交换方法，所述方法包括：
安装所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置，使套管位于煤层气井内部；
将外油管与套管之间的环空注满常温的冷媒液；
通过内层油管悬挂器向内油管连续注入冷源，所述冷源沿所述内油管、所述外油管流动，且通过第一连通管流出回收；
向所述环空继续连续注入常温的冷媒液，所述冷媒液与所述冷源进行冷交换，冷交换之后的所述冷媒液注入煤储层。
作为优选，所述冷媒液为氯化钙溶液或煤油，所述冷源为氮气或煤油。
作为优选，所述冷源注入内油管时的温度为-50～-70℃，流量为160-250m3/min，所述冷媒液注入环空时的流量为100～200L/min。
作为优选，冷交换之后的所述冷媒液注入煤储层时的温度为-25～-40℃。
作为优选，所述煤储层位于丝堵上方3-5米。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置及方法，通过将外油管与套管之间的环空注满常温的冷媒液，通过内层油管悬挂器向内油管连续注入冷源，冷源沿内油管内壁向下流动，流至内油管与外油管之间的空间，并沿外油管内部向上流动，最终通过第一连通管流出回收，继续向环空连续注入常温的冷媒液，冷媒液与冷源通过外油管的管壁互相进行冷交换，冷交换之后的冷媒液温度降低，直至到达需要的温度，并沿套管流动并直接注入煤层气井中的煤储层；通过对常温冷媒液进行冷交换，实现实际需要的低温冷媒液在井下直接制备及输送，本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置结构简单，运用灵活，本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换方法，操作简单，工作效率较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置结构示意图；
其中：1上法兰,
2第一油管头，21内层油管悬挂器，22内油管，23喇叭口，
3第二油管头,31外层油管悬挂器，32外油管，33丝堵，
4套管法兰,
5套管，
6第一连通管，61套管阀门，
7第二连通管，
8煤储层，
9电子压力计。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置，所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置包括：从上到下顺次连接的上法兰1、第一油管头2、第二油管头3、套管法兰4、套管5，所述套管5位于煤层气井内部，所述第一油管头2内密封连接有内层油管悬挂器21，所述内层油管悬挂器21下端连接内油管22，所述第二油管头3内密封连接有外层油管悬挂器31，所述外层油管悬挂器31下端连接外油管32，所述内油管22、所述外油管32均向下伸至所述套管5中，且所述内油管22位于所述外油管32中，所述内油管22下端开口，所述外油管32下端密封连接丝堵33，煤储层8位于所述丝堵33上方；
所述第一油管头2与所述第二油管头3之间设置有第一连通管6，所述内油管22与所述外油管32之间的空间与所述第一连通管6连通，所述第二油管头3与所述套管法兰4之间设置有第二连通管7，所述外油管32与所述套管5之间的环空与所述第二连通管7连通。
其中，套管5可以采用原煤层气井中的套管，本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置，通过第二连通管7向外油管32与套管5之间的环空注满常温的冷媒液，通过内层油管悬挂器21向内油管22连续注入冷源，冷源沿内油管22内壁向下流动，流至内油管22与外油管32之间的空间，并沿外油管32内部向上流动，最终通过第一连通管6流出回收，在冷源流动的同时，继续向环空连续注入常温的冷媒液，冷媒液与冷源通过外油管32的管壁互相进行冷交换，冷交换之后的冷源从第一连通管6流出回收；
而冷交换之后的冷媒液温度降低，直至到达需要的温度，冷媒液温度可根据实际需要灵活调节，如可根据冷媒液注入的流量、冷源的注入流量及温度、套管5的深度等等，从而使得冷媒液冷交换之后达到煤储层8时的温度可灵活控制；
到达预设温度的冷媒液沿套管5流动并直接注入煤层气井中的煤储层8，其中，冷媒液的流量可灵活控制，实际操作方便；通过对常温冷媒液进行冷交换，实现实际需要的低温冷媒液直接制备及输送，本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置结构简单，换热效率高，运用灵活。
如图1所示，进一步地，所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置还包括套管阀门61，所述第一连通管6、所述第二连通管7上均设置有所述套管阀门61。套管阀门61的设置便于对冷源和冷媒液流量的控制。
如图1所示，更进一步地，所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置还包括电子压力计9，所述电子压力机设置在所述丝堵33下方。电子压力计9用于测试井底冷媒液的压力，便于对冷媒液的注入进行控制。
实施例二
本发明实施例提供了一种煤储层相变改造用冷媒液的冷交换方法，所述方法包括：
安装所述煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置，使套管5位于煤层气井内部；
将外油管32与套管5之间的环空注满常温的冷媒液；
通过内层油管悬挂器21向内油管22连续注入冷源，所述冷源沿所述内油管22、所述外油管32流动，且通过第一连通管6流出回收；
向所述环空继续连续注入常温的冷媒液，所述冷媒液与所述冷源进行冷交换，冷交换之后的所述冷媒液注入煤储层8。
本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换方法，通过第二连通管7向外油管32与套管5之间的环空注满常温的冷媒液，通过内层油管悬挂器21向内油管22连续注入冷源，冷源沿内油管22内壁向下流动，流至内油管22与外油管32之间的空间，并沿外油管32内部向上流动，最终通过第一连通管6流出回收，在冷源流动的同时，继续向环空连续注入常温的冷媒液，冷媒液与冷源通过外油管32的管壁互相进行冷交换，冷交换之后的冷源从第一连通管6流出回收；
而冷交换之后的冷媒液温度降低，直至到达需要的温度，冷媒液温度可根据实际需要灵活调节，如可根据冷媒液注入的流量、冷源的注入流量及温度、套管5的深度等等，从而使得冷媒液冷交换之后达到煤储层8时的温度可灵活控制；
到达预设温度的冷媒液沿套管5流动并直接注入煤层气井中的煤储层8，其中，冷媒液的流量可灵活控制，实际操作方便；通过对常温冷媒液进行冷交换，实现实际需要的低温冷媒液直接制备及输送，本发明提供的煤储层相变改造用冷媒液的冷交换方法，操作简单，便于实施，工作效率较高。
作为优选，所述冷媒液为氯化钙溶液或煤油，所述冷源为氮气或煤油。
作为优选，所述冷源注入内油管22时的温度为-50～-70℃，流量为160-250m3/min，所述冷媒液注入环空时的流量为100～200L/min。
作为优选，冷交换之后的所述冷媒液注入煤储层8时的温度为-25～-40℃。
作为优选，所述煤储层8位于丝堵33上方3-5米。
实施例三
本发明实施例中，一口煤层气井，煤储层8深度为796-800m、地温梯度3℃/100m；煤储层相变改造用冷媒液的冷交换装置的管材钢级均为N80；套管5外径139.7mm，深度852m，射孔段797-800m。套管法兰4连接两级油管头。外油管32为外加厚油管，外径73.02mm，下深810m，底部通过螺纹连接外层油管丝堵33，丝堵33下部连接低温电子压力计9，外油管32最顶部通过螺纹连接外层油管悬挂器31，坐于第二油管头3上。内油管22为平式油管，外径48.3mm，下深798m，底部通过螺纹连接喇叭口23，顶部通过螺纹连接内层油管悬挂器21，坐于第一油管头2上。冷源为低温氮气，井口温度-50℃，压力8Mpa。冷媒液为氯化钙溶液，井口温度20℃，压力15MPa，设计到达射孔段时温度-25℃，流量100L/min。利用井筒换热模拟软件，计算得到低温氮气循环流量220m3/min，氯化钙溶液注入流量为100L/min。
施工时，首先在外油管32及套管5之间环空灌满常温氯化钙溶液，灌满后从内油管22连续注入-50℃的低温氮气，经冷源循环管路换热后从第一油管头2出口第一连通管6流出回收。向外油管32及套管5之间环空连续泵注常温氯化钙溶液，冷媒液到达井底时温度达到-25℃左右，连续挤注进煤层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。