用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置製造方法
2023-05-10 04:05:16
用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置，壓裂燃燒井盒導出生產井的斜井位於地面至地下油頁巖層上部位，兩者的水平井位於油頁巖層內中與油頁巖層平行分布；壓裂燃燒井在油頁巖層階段為壓裂室，壓裂室中設有水力套管噴頭；壓裂室牆壁上的裂縫與油氣通道連通，油氣通道的出口為導出生產井；導出生產井的井口設有氣液分離裝置。本實用新型壓裂燃燒井和導出生產井在油頁巖層中的平行走向分布，特別適應於油頁巖層較薄的油礦開採，通過設立壓裂燃燒井、導出生產井及附屬設備，利用油頁巖地下原位提取頁巖油，通過壓裂化學乾餾頁巖油氣的化學熱強化處理過程，免去了對油頁巖礦的大量開採、避免了地上乾餾帶來的環境汙染。
【專利說明】用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型公開一種用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置，利用油頁巖地下原位提取頁巖油，作為補充石油資源不足的非常規油氣能源，屬於石油乾餾【技術領域】。
技術背景
[0002]目前，油頁巖可通過乾餾技術煉製頁巖油人造石油，來替補天然石油；亦可利用其燃燒發電。在當前油價居高不下形勢下，頁巖煉油具有良好的經濟效益，是補充天然石油不足的最現實可用的一大措施；油頁巖發電，對缺煤省、區更具有良好的經濟、環保、社會效益。但是，傳統的開發模式都是採取地下開採，地上乾餾生產頁巖油，其缺點很多:
[0003]( I)地上乾餾採掘成本大；
[0004]( 2 )地上乾餾土地佔用量大；
[0005](3)地上乾餾造成了大量的土地塌陷；
[0006](4)地上乾餾後的殘渣處理難度大，大量堆積造成二次汙染；
[0007](5)地上乾餾後排渣需用水冷卻，含熱殘渣的熱能沒有利用；
[0008](6)地上乾餾產生的廢氣、汙水對環境汙染超標。
【發明內容】
[0009]本實用新型公開了一種用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置，從根本上解決了地下開採、地上乾餾所帶來的上述缺點和問題。
[0010]本實用新型公開的用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置，其特徵在於:
[0011]I)壓裂燃燒井包括斜井和水平井，其中，斜井位於地面至地下油頁巖層上部位，水平井位於油頁巖層內上部與油頁巖層平行走向部位；導出生產井包括斜井和水平井，其中，斜井位於壓裂燃燒井的後方地面至地下油頁巖層下部位，以穿透油頁巖層，水平井位於油頁巖層中與油頁巖層平行走向部位；
[0012]2)壓裂燃燒井內加裝可燃氣和空氣輸入導管和電子點火系統；
[0013]3)壓裂燃燒井在油頁巖層階段為壓裂室，壓裂室中設有水力套管噴頭；
[0014]4)壓裂室牆壁上的裂縫與油氣通道連通，油氣通道的出口為導出生產井；
[0015]5)導出生產井的井口設有氣液分離裝置，分別通過抽油泵與成品油罐連接，通過排送機與燃氣發電裝置連通。
[0016]6)在壓裂燃燒井I的井口設有物料輸送機；物料輸送機分別與壓裂加壓裝置、力口熱裝置、氧化氣體裝置連通。
[0017]步驟3)所述的水力套管噴頭，主要由上扶正器、噴槍、單向閥、下扶正器、篩管、弓丨鞋組成，噴槍的表面設有噴嘴，噴槍的一端通過短接與套管連通，另一端通過單向閥與篩管連通；短接的外側套有上扶正器；篩管的管壁上均勻分布有若干篩孔，下扶正器套在篩管上，引鞋固定在篩管的頂部。
[0018]在壓裂燃燒井的壓裂室中，採用水力套管噴頭對油頁巖層進行水力噴砂射孔，先泵入基液(水)和攜砂液20-35%的砂漿進行切割階段，當攜砂液距噴嘴250m左右時，迅速提升泵速以確保獲得切割射孔所需的足夠的壓差(55~80MPa);在噴砂射孔2_3min後，將噴孔碎巖頂替；再泵入交聯胍膠和砂(比例20-30:40-60)以增加膨脹力度；壓後放噴，衝砂支撐壓裂縫隙；向井筒內注入液體暫堵劑；通過可燃氣輸送管向燃燒室輸送LPG和空氣；利用電子點火系統點燃可燃氣；引燃油頁巖後，給油頁巖層加溫至55(T600°C，測得導出生產井來氣溫度達到200°C，停止供可燃氣，驅提部分頁巖油、氣通過油氣通道導出生產井至地面油氣分離裝置；繼續向井內注入高壓空氣，使油頁巖層中乾餾後剩餘的浙青質和固定碳發生氧化反應，在高溫條件下進行氧化反應，產生新的可燃氣體(同時驅提頁巖油、氣)通過油氣通道及導出生產井導出地面；導出地面的頁巖油、氣經過地面氣液分離裝置分離，分離下來的頁巖油送至成品油罐存儲；經氣液分離裝置分離下來的可燃氣體送至燃氣發電裝置用來發電。
[0019]本實用新型的積極效果在於:壓裂燃燒井和導出生產井在油頁巖層中的平行走向分布，特別適應於油頁巖層較薄的油礦開採；通過設立壓裂燃燒井、導出生產井及附屬設備，利用油頁巖地下原位提取頁巖油，通過壓裂化學乾餾頁巖油氣的化學熱強化處理過程，免去了對油頁巖礦的大量開採、避免了地上乾餾帶來的環境汙染。二是利用乾餾後剩餘的浙青質、固定碳，實現了地下連續乾餾，熱量自給自足。具有投資少、運營成本低、環境汙染小、資源利用率高和產油產氣見效快等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型油頁巖原位豎井壓裂化學乾餾方法原理圖；
[0021]圖2本本實用新型豎井分布結構示意圖；
`[0022]圖3為本實用新型水力套管噴頭結構原理圖；
[0023]圖中:1、壓裂燃燒井；2、導出生產井；3、氣液分離裝置；4、成品油罐；5、燃氣發電裝置；6、油頁巖層；7、其他巖層；8、油氣通道；9、物料輸送機；10排送機；11、抽油泵；12、裂縫；13、壓裂液罐；14、LPG儲存罐；15、氧化劑罐；16、上扶正器；17、噴槍；18、噴嘴；19、單向閥；20、下扶正器；21、篩管；22、引鞋；23、套管；24、短接。
【具體實施方式】
[0024]根據圖1、圖2所示，壓裂燃燒井I包括斜井和水平井兩部分，其中，斜井位於地面至地下油頁巖層6上部位，水平井位於油頁巖層6內上部與油頁巖層6平行走向部位；
[0025]導出生產井2包括斜井和水平井兩部分(本實施例為3 口井)，其中，斜井位於壓裂燃燒井I的後方地面至地下油頁巖層6的下部位，以穿透油頁巖層6，水平井位於油頁巖層6中與油頁巖層平6行走向部位；導出生產井2以壓裂燃燒井I為中心呈扇形布局；壓裂燃燒井I內加裝可燃氣和空氣輸入導管和電子點火系統；壓裂燃燒井I在油頁巖層階段為壓裂室，壓裂室中設有水力套管噴頭；壓裂室牆壁上的裂縫12與油氣通道8連通，油氣通道8的出口為導出生產井2 ;導出生產井2的井口設有氣液分離裝置3，分別通過抽油泵11與成品油罐4連接，通過排送機10與燃氣發電裝置5連通；在壓裂燃燒井I的井口設有物料輸送機9 ;物料輸送機9分別與壓裂加壓裝置3、LPG儲存罐14、氧化劑罐15連通；
[0026]根據圖3，由上扶正器16、噴槍17、單向閥19、下扶正器20、篩管22、引鞋23、套管23、短接24組成水力套管噴頭，其中，噴槍17的表面設有噴嘴18，噴槍17的一端通過短接24與套管23連通，另一端通過單向閥19與篩管21連通；短接24的外側套有上扶正器16 ；篩管21的管壁上均勻分布有若干篩孔，下扶正器20套在篩管21上，引鞋22固定在篩管21的頂部。
[0027]根據圖1、圖2所示，結合扶餘三駿鄉油頁巖礦作為實施基地，扶餘——長春嶺油頁巖資源總儲量為452.74億噸。油頁巖平均品位5.53%，可工業開發的資源總量為180億，埋深160—800m,頂板和底板均為灰褐色頁巖,油頁巖層平均厚度5m。
[0028]如附圖1所示，根據油頁巖層分布、走向、埋藏情況，在地面上打鑽斜井至地下油頁巖層6上部，並在油頁巖層6上部與油頁巖層6平行走向打鑽水平井，此為壓裂燃燒井I(井口直徑200mm)；
[0029]在壓裂燃燒井I的後方地面上打鑽數口通往油頁巖層6下部的斜井，應以穿透油頁巖層6為準，並與油頁巖層6下部與油頁巖層6平行走向打鑽數口水平井，此為導出生產井2 (井口直徑200mm);結合附圖2所示，壓裂燃燒井I位於中心，六口導出生產井2以壓裂燃燒井I為中心呈蜂窩形分布；在地面上打鑽壓裂燃燒井I和導出生產井2至地下油頁巖層6，導出生產井2應以穿透油頁巖層6為準，所述的導出生產井2以壓裂燃燒井I為中心的呈傘形布局。
[0030]2)在壓裂燃燒井中建立壓裂室，取出鑽井套管，通過壓裂燃燒井向油頁巖層注入高壓介質，將油頁巖層壓裂出若干條I一3_的裂縫，填充縫隙支撐物石英砂，建立起油氣通道，具體步驟如下:
[0031]①通井和洗井；
[0032]②向井筒內下入水力套管噴頭；
[0033]③封閉套管與巖壁空隙，使油頁巖層形成封閉的壓裂空間；
[0034]④水力噴砂射孔，在壓裂燃燒井I中通過物料輸送機9由壓裂液罐13向油頁巖層6注入基液(水)和攜砂液(2(T35%的砂漿)(切割階段)，當攜砂液距噴嘴250m左右時，迅速提升泵速以確保獲得切割射孔所需的足夠的壓差(55?SOMPa)將油頁巖層6壓裂出I一3mm裂縫12，
[0035]⑤在噴砂射孔2_3min後，將噴空碎巖頂替；
[0036]⑥按照設計環空排量或環空最高壓力所允許的最高泵速由環空泵入胍膠基液，按照設計由油管的泵入交聯胍膠和砂(比例2(T30:4(T60)增加膨脹力度；
[0037]⑦壓後放噴，剩下石英砂成為填充縫隙支撐物，形成多條油氣通道8，多條油氣通道8與導出生產井2匯集連通；
[0038]⑧向井筒內注入液體暫堵劑；
[0039]?上提鑽具，上提鑽具至設計位置，繼續進行上層壓裂過程重複壓裂，直至油頁
巖層全部壓裂完全。
[0040]3)在壓裂燃燒井建立燃燒室，
[0041]第一步，洗井，將井內的砂水提出地面，[0042]第二步，井口加裝至油頁巖層下0.5m密封套管，利用膨脹劑封閉套管與井壁空隙；
[0043]第三步，在井內加裝可燃氣和空氣輸入導管和電子點火系統，封閉井口，在油頁巖層段形成燃燒室；
[0044]第四步，LPG儲存罐14和氧化劑罐15通過物料輸送機9由壓裂燃燒井I向油頁巖層6加入LPG和空氣,利用電子點火系統點燃可燃氣；
[0045]第六步，引燃油頁巖後，給油頁巖層6加溫至55(T600°C，測得導出生產井2來氣溫度達到200°C，停止供可燃氣，驅提部分頁巖油、氣通過油氣通道8導出生產井2至地面油氣分離裝置3 ；
[0046]4)通過物料輸送機9由氧化劑罐15繼續向壓裂燃燒井I內注入高壓空氣(空氣:IOOOm3/小時)，使油頁巖層6中乾餾後剩餘的浙青質和固定碳在高溫條件下進行氧化反應，產生新的可燃氣體(同時驅提頁巖油、氣)，再由油氣通道8通過導出生產井2導出地面進入到氣液分離裝置3，實現地下原位提取頁巖油、氣；
[0047]5)導出地面的頁巖油、氣經過地面氣液分離裝置3分離，分離下來的頁巖油通過抽油泵11送至成品油罐4存儲銷售。
[0048]6)經氣液分離裝置3分離下來的可燃氣體通過排送機10送至燃氣發電裝置5用來發電。
【權利要求】
1.一種用於油頁巖原位水平井壓裂化學乾餾提取頁巖油氣的裝置，其特徵在於: 主要由壓裂燃燒井、數個導出生產井及氣液分離裝置、抽油泵、成品油罐、排送機、燃氣發電裝置、物料輸送機、壓裂加壓裝置、加熱裝置、氧化氣體裝置構成； 所述的壓裂燃燒井包括斜井和水平井，其中，斜井位於地面至地下油頁巖層上部位，水平井位於油頁巖層內上部與油頁巖層平行走向部位；在壓裂燃燒井內加裝可燃氣和空氣輸入導管和電子點火系統；壓裂燃燒井在油頁巖層階段為壓裂室，壓裂室中設有水力套管噴頭；壓裂室牆壁上的裂縫與油氣通道連通，油氣通道的出口為導出生產井； 所述的導出生產井包括斜井和水平井，其中，斜井位於壓裂燃燒井的後方地面至地下油頁巖層下部位，以穿透油頁巖層，水平井位於油頁巖層中與油頁巖層平行走向部位；導出生產井的井口設有氣液分離裝置，分別通過抽油泵與成品油罐連接，通過排送機與燃氣發電裝置連通；在壓裂燃燒井的井口設有物料輸送機；物料輸送機分別與壓裂加壓裝置、力口熱裝置、氧化氣體裝置連通； 壓裂室中所述的水力套管噴頭，由上扶正器、噴槍、單向閥、下扶正器、篩管、引鞋組成，噴槍的表面設有噴嘴，噴槍的一端通過短接與套管連通，另一端通過單向閥與篩管連通；短接的外側套有上扶正器；篩管的管壁上均勻分布有若干篩孔，下扶正器套在篩管上，引鞋固定在篩管的頂部。
【文檔編號】E21B43/247GK203499663SQ201320223397
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年4月28日 優先權日:2013年4月28日
【發明者】趙金岷 申請人:吉林省眾誠汽車服務連鎖有限公司