高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法

2023-11-12 03:25:07 1

專利名稱：高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法
技術領域：
本發明涉及從地下油頁巖層(含乾酪根)中生產油氣的開採方法，更具體 地說，涉及一種利用群井致裂，採用過熱高溫壓力烴類氣體，以對流方式加熱 油頁巖層，使乾酪根熱分解開採油氣的方法。
背景技術：
中國有極為豐富的油頁巖資源，到目前為止，僅有極少量的油頁巖通過露 天或井工開採原礦的方法開採，然後通過化工廠乾餾製取其中的油氣；還有一 大部分油頁巖原礦直接用於發電與燃燒。1992年，荷蘭國際殼牌研究有限公司，在中國專利局申請了 "加熱油頁巖 的採油方法"(CN 1016001B)的發明專利。該發明由於採用電加熱方式，致使 成本高，而且極易出現故障；由於巖層熱傳導係數低，故加熱的過程非常緩慢， 同時導致沿礦層頂底大量散失熱量。油頁巖中熱解產生的油氣壓力較低，加之 加熱過程中油頁巖熱膨脹，致使油頁巖破裂裂縫容易閉合，導致油頁巖中的油 氣回採率較低。GN1676870A公開了由太原理工大學申請的"對流加熱油頁巖開採油氣的方 法"發明專利，該申請通過高溫過熱水蒸氣對流傳輸加熱油頁巖礦層，開採油 頁巖油氣，雖然克服了上述現有技術的缺點。但高溫過熱水蒸氣作為對流加熱 流體仍存在如下缺點①過熱水蒸氣的熱容係數低，導致礦層加熱緩慢，循環 操作次數多，損耗與無用功加大，成本增加，效益下降。②由於有些油頁巖礦 床位於乾旱嚴重缺水的沙漠或戈壁，過熱水蒸氣加熱用水量較大，導致該方法無法實施，或水的成本過高，而使企業經濟效益很小。 發明內容本發明的目的在於克服現有技術從油頁巖中開採油氣方法的缺點，提供一 種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，它是對現有技術的改進，從 而使對流加熱開採油頁巖油氣的方法更經濟，更方便工業應用。本發明是通過以下技術方案來實現其目的的 一種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，其步驟是首先在地 面布置、施工群井，鑽井進入油頁巖礦層處理層段，採用群井壓裂方式，產生 至少連通9 口鑽井的巨型的沿礦層展布方向的裂縫，使群並內所有井眼沿油頁 巖層連通，然後間隔輪換選擇注熱井與生產井。將高溫烴類氣體沿注熱井注入 油頁巖層加熱，使油頁巖層中的乾酪根熱分解後形成油氣，通過低溫氣體攜帶 油氣從生產井排至地面。所述的將高溫烴類氣體沿注熱井注入油頁巖層，高溫烴類氣體是溫度在400 70(TC之間，壓強等於或略高於上覆地層與油頁巖層頂板的自重應力之和 的高溫氣體。所述的低溫氣體攜帶油氣從生產井排至地面，是靠流體壓力自排方式排到地面。所述的高溫烴類氣體是指甲烷、乙垸、丙烷、丁烷單一的烴類氣體及它們 的混合氣體。本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果1、 開採油氣的成本低。由於烴類氣體的熱容係數是過熱水蒸氣的1.6倍， 用烴類氣體代替水蒸氣加熱，則同樣規模的生產廠，每年可多生產40%的頁巖油， 對設計為100萬噸的頁巖油生產廠而言，則每年可多生產40萬噸的頁巖油，則 每年可增加產值10億元，增加利稅7億元。另外，油頁巖開採中可產出大量烴 類氣體，即可直接作為對流加熱流體，從而大大緩解油頁巖對流加熱用水的矛 盾，也為沙漠與戈壁等嚴重缺水地區油頁巖的開發提供了極大的便利。如某油 頁巖礦床位於沙漠戈壁中，最近的供水地距離300km，若鋪設專用供水線，需投 資2億元人民幣，噸水的成本為50元/噸，每生產一噸頁巖油耗水5噸，則噸 頁巖油成本增加250元，建100萬噸頁巖油生產廠，每年淨增成本2.5億元。 若改用烴類氣體加熱開採，僅用水一項即可增加利稅2. 5億元。可以看出，本發明的改進給企業帶來的經濟效益十分顯著，取得的效果超 出了人們預期的想像。2、 便於工業應用。發明利用群井致裂的方法，連通群井後，沿注熱井注入 較高壓力的高溫烴類氣體，使礦層對流加熱，油頁巖中的乾酪根熱解形成油氣， 從而克服了現有技術利用水蒸氣加熱油頁巖層的缺點，使其使用範圍和實用條 件更廣。


圖1是本發明在單一礦層條件下群井布置的平面示意圖； 圖2是本發明在單一礦層條件下實施開採的示意圖； 圖3是本發明在礦層群條件下群井布置的平面示意圖；圖4是本發明在礦層群條件下實施開採的示意圖。圖中1表示注熱井；2表示生產井；3表示油頁巖礦層；4表示油頁巖頂 板；5表示油頁巖礦層上部的非油頁巖地層；6表示固井材料；7表示套管；8 表示花管；9表示油頁巖層底板；10表示非油頁巖巖層。
具體實施方式
實施例1 :如圖1， 2所示， 一種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，在一 個厚度為30m，埋藏深度100m的近水平的單一油頁巖礦層中，採用本發明布置 了9口井，井間距100m，呈正方形網格分布，各鑽井位於正方形網格的交點上， 各鑽井鑽至礦層3中，然後下入套管7，內徑150mm，與花管8的上部連接。實施例中的對流加熱氣體也可採用單獨的甲烷、乙烷、或丙垸氣體。 具體步驟如下1) 按設計施工鑽並，鑽井施工完成後，選擇5弁井做壓裂井，1、 2、 3、 4、 6、 7、 8、 9弁井做目標井，用水由5#井實施水力壓裂與目標井連通，通過調節 與關閉連通的目標井使9 口井同時或相繼連通。2) 首先選擇5#井做注熱井1 ，關閉其餘8口井，注入溫度為40(TC的甲烷 氣體，其壓力高於地層的垂直應力，熱解油頁巖幾小吋後，使生產井2排產的 水及油氣溫度低於10(TC，即可持續排產油氣，在地面進行油氣水分離，繼而進 行烴類氣體的分離，分離的非甲烷烴類氣體輸入烴類氣體儲罐。分離的甲垸氣 體進入甲垸氣儲罐。3) 高壓氣體泵將甲烷氣體壓縮至5. OMPa，進入高溫甲烷氣體加熱爐。加熱 至40(TC後沿5#井注入礦層。如此循環即可採出油頁巖層的油氣。4) 運行後期，當生產井溫度高於20(TC後，即可輪換注熱井與生產井。繼 續開採。重複以上步驟即可。實施例2:如圖1， 2所示， 一種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，在一
個厚度為30m，埋藏深度100m的近水平的單一油頁巖礦層中，採用本發明布置 了9口井，井間距100tn，呈正方形網格分布，各鑽井位於正方形網格的交點上， 各鑽井鑽至礦層3中，然後下入套管7，內徑150mm，與花管8的上部連接。 具體步驟如下1) 按設計施工鑽井，鑽井施工完成後，選擇5#井做壓裂井，1、 2、 3、 4、 6、 7、 8、 9#井做目標井，用水由5#井實施水力壓裂與目標井連通，通過調節 與關閉連通的目標井使9 口井同吋或相繼連通。2) 首先選擇5#井做注熱井1 ，關閉其餘8口井，注入溫度為70(TC的丙垸 氣體，其壓力高於地層的垂直應力，熱解油頁巖幾小時後，使生產井2排產的 水及油氣溫度低於10(TC，即可持續排產油氣，在地面進行油氣水分離，繼而進 行烴類氣體的分離，分離的非丙垸烴類氣體輸入烴類氣體儲罐。分離的丙烷氣 體進入丙垸氣儲罐。3) 高壓氣體泵將丙烷氣體壓縮至5. OMPa，進入高溫丙烷氣體加熱爐。加熱 至70(TC後沿5#井注入礦層。如此循環即可採出油頁巖層的油氣。4) 運行後期，當生產井溫度高於20CTC後，即可輪換注熱井與生產井。繼 續開採。重複以上步驟即可。實施例3:如圖3,4所示， 一種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，某油 頁巖礦層群含三層油頁巖礦層3，自下而上其油頁巖層厚度分別為10m、 25m、 8m，中間夾層為砂巖，厚度分別為3m和4m，該礦層組累計厚度43m，含礦係數 86%，採用等邊三角形布井，井間距選擇50m，布置11 口井。同實施例1的方法鑽井，各井鑽至礦層3中，然後下入套管與花管。即可 實施開採。具體步驟如下1) 按設計施工鑽井，鑽井施工完成後，選擇6#井做壓裂井，1、 2、 3、 4、 5、 7、 8、 9、 10、 11#井做目標井，用水由6#井實施水力壓裂與目標井連通， 通過調節與關閉連通的目標並使11 口井同時或相繼連通。2) 首先選擇6#井做注熱井1 ，關閉其餘10 口井，注入溫度為55(TC的過熱 甲、乙、丙垸混合的烴類氣體，其壓力高於地層的垂直應力，熱解油頁巖幾小 時後，使生產井2排產的水及油氣溫度低於10(TC，即可持續排產油氣，在地面
分離，分離的甲、乙、丙垸混合的烴類氣體進入單獨的儲罐。3) 高壓氣體泵將甲、乙、丙烷混合的烴類氣體壓縮至5. 0MPa，進入高溫甲、 乙、丙垸混合的烴類氣體加熱爐。加熱至55(TC後沿5弁井注入礦層。如此循環 即可採出油頁巖層的油氣。4) 運行後期，當生產井溫度高於20(TC後，即可輪換注熱井與生產井。繼續開採。重複以上步驟即可。從實施例3可見，由於中間夾了一些非油頁巖巖層10，加熱這些巖層會 導致一些不必要的熱量耗散，但夾層的存在使開採井之間易於連通，這也是礦 層群開採的優勢。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行改動和變形，倘若這些改動和 變形不脫離本發明的原則和範圍，即屬於本發明的權利要求及其同等技術的範 圍之內，則本發明也包含這些改動和變形在內。
權利要求
1、 一種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，首先在地面布置群井，鑽井進入油頁巖礦層(3)，採用群井壓裂方式，產生至少連通9口鑽井 的巨型的沿礦層展布方向的裂縫，使群井內所有鑽井沿油頁巖層連通，然後間 隔輪換選擇注熱井(1)與生產井(2)，將高溫氣體沿注熱井(1)注入油頁巖 層加熱，使油頁巖層中的乾酪根熱分解後形成油氣，通過低溫氣體攜帶油氣從 生產井(2)排至地面，其特徵在於所述的高溫氣體是高溫烴類氣體。
2、 按照權利要求1所述的高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，其特徵在於所述的高溫烴類氣體是指甲烷、乙烷、丙烷、丁垸單一的烴類氣體及它們的混合氣體。
3、 按照權利要求1或2所述的高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的 方法，其特徵在於所述的高溫烴類氣體加熱到溫度400 70(TC後注入油頁巖礦層o
全文摘要
一種高溫烴類氣體對流加熱油頁巖開採油氣的方法，涉及礦物開採方法。現有技術通過高溫過熱水蒸氣對流加熱開採油頁巖油氣，高溫過熱水蒸氣的熱容係數低，導致礦層加熱緩慢，成本增加，效益低；有些油頁巖礦床位於沙漠地區，過熱水蒸氣加熱用水量較大，導致無法開採。本發明將對流加熱流體改為烴類氣體，將高溫烴類氣體沿注熱井注入油頁巖礦層，加熱礦層使乾酪根熱解形成油氣，並經低溫氣體或水攜帶沿生產井排到地面，油氣水分離後，再進行單獨的氣體分離形成油氣產品，並將烴類氣體進入儲罐，經加壓和升溫到設定壓力、溫度後注入油頁巖礦層，循環實施油頁巖油氣的開採。從而使對流加熱開採油頁巖油氣的方法更經濟，更方便工業應用。
文檔編號E21B43/24GK101122226SQ20071013935
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月6日 優先權日2007年9月6日
發明者關克偉, 馮增朝, 劉生玉, 康志勤, 棟 楊, 梁衛國, 趙陽升 申請人:太原理工大學