專利名稱：高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從地下油頁巖層(含干酪根)中生產(chǎn)油氣的開采方法，更具體 地說，涉及一種利用群井致裂，采用過熱高溫壓力烴類氣體，以對(duì)流方式加熱 油頁巖層，使干酪根熱分解開采油氣的方法。
背景技術(shù)：
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 天或井工開采原礦的方法開采，然后通過化工廠干餾制取其中的油氣；還有一 大部分油頁巖原礦直接用于發(fā)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(qǐng)了 "加熱油頁巖 的采油方法"(CN 1016001B)的發(fā)明專利。該發(fā)明由于采用電加熱方式，致使 成本高，而且極易出現(xiàn)故障；由于巖層熱傳導(dǎo)系數(shù)低，故加熱的過程非常緩慢， 同時(shí)導(dǎo)致沿礦層頂?shù)状罅可⑹崃俊Ｓ晚搸r中熱解產(chǎn)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(dǎo)致油頁巖中的油 氣回采率較低。GN1676870A公開了由太原理工大學(xué)申請(qǐng)的"對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方 法"發(fā)明專利，該申請(qǐng)通過高溫過熱水蒸氣對(duì)流傳輸加熱油頁巖礦層，開采油 頁巖油氣，雖然克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。但高溫過熱水蒸氣作為對(duì)流加熱 流體仍存在如下缺點(diǎn)①過熱水蒸氣的熱容系數(shù)低，導(dǎo)致礦層加熱緩慢，循環(huán) 操作次數(shù)多，損耗與無用功加大，成本增加，效益下降。②由于有些油頁巖礦 床位于干旱嚴(yán)重缺水的沙漠或戈壁，過熱水蒸氣加熱用水量較大，導(dǎo)致該方法無法實(shí)施，或水的成本過高，而使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益很小。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)從油頁巖中開采油氣方法的缺點(diǎn)，提供一 種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，它是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，從 而使對(duì)流加熱開采油頁巖油氣的方法更經(jīng)濟(jì)，更方便工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)其目的的 一種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，其步驟是首先在地 面布置、施工群井，鉆井進(jìn)入油頁巖礦層處理層段，采用群井壓裂方式，產(chǎn)生 至少連通9 口鉆井的巨型的沿礦層展布方向的裂縫，使群并內(nèi)所有井眼沿油頁 巖層連通，然后間隔輪換選擇注熱井與生產(chǎn)井。將高溫?zé)N類氣體沿注熱井注入 油頁巖層加熱，使油頁巖層中的干酪根熱分解后形成油氣，通過低溫氣體攜帶 油氣從生產(chǎn)井排至地面。所述的將高溫?zé)N類氣體沿注熱井注入油頁巖層，高溫?zé)N類氣體是溫度在400 70(TC之間，壓強(qiáng)等于或略高于上覆地層與油頁巖層頂板的自重應(yīng)力之和 的高溫氣體。所述的低溫氣體攜帶油氣從生產(chǎn)井排至地面，是靠流體壓力自排方式排到地面。所述的高溫?zé)N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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、 開采油氣的成本低。由于烴類氣體的熱容系數(shù)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(guī)模的生產(chǎn)廠，每年可多生產(chǎn)40%的頁巖油， 對(duì)設(shè)計(jì)為100萬噸的頁巖油生產(chǎn)廠而言，則每年可多生產(chǎn)40萬噸的頁巖油，則 每年可增加產(chǎn)值10億元，增加利稅7億元。另外，油頁巖開采中可產(chǎn)出大量烴 類氣體，即可直接作為對(duì)流加熱流體，從而大大緩解油頁巖對(duì)流加熱用水的矛 盾，也為沙漠與戈壁等嚴(yán)重缺水地區(qū)油頁巖的開發(fā)提供了極大的便利。如某油 頁巖礦床位于沙漠戈壁中，最近的供水地距離300km，若鋪設(shè)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(chǎn)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(chǎn)廠，每年凈增成本2.5億元。 若改用烴類氣體加熱開采，僅用水一項(xiàng)即可增加利稅2. 5億元?？梢钥闯觯景l(fā)明的改進(jìn)給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，取得的效果超 出了人們預(yù)期的想象。2、 便于工業(yè)應(yīng)用。發(fā)明利用群井致裂的方法，連通群井后，沿注熱井注入 較高壓力的高溫?zé)N類氣體，使礦層對(duì)流加熱，油頁巖中的干酪根熱解形成油氣， 從而克服了現(xiàn)有技術(shù)利用水蒸氣加熱油頁巖層的缺點(diǎn)，使其使用范圍和實(shí)用條 件更廣。


圖1是本發(fā)明在單一礦層條件下群井布置的平面示意圖； 圖2是本發(fā)明在單一礦層條件下實(shí)施開采的示意圖； 圖3是本發(fā)明在礦層群條件下群井布置的平面示意圖；圖4是本發(fā)明在礦層群條件下實(shí)施開采的示意圖。圖中1表示注熱井；2表示生產(chǎn)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(shí)施方式
實(shí)施例1 :如圖1， 2所示， 一種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，在一 個(gè)厚度為30m，埋藏深度100m的近水平的單一油頁巖礦層中，采用本發(fā)明布置 了9口井，井間距100m，呈正方形網(wǎng)格分布，各鉆井位于正方形網(wǎng)格的交點(diǎn)上， 各鉆井鉆至礦層3中，然后下入套管7，內(nèi)徑150mm，與花管8的上部連接。實(shí)施例中的對(duì)流加熱氣體也可采用單獨(dú)的甲烷、乙烷、或丙垸氣體。 具體步驟如下1) 按設(shè)計(jì)施工鉆并，鉆井施工完成后，選擇5弁井做壓裂井，1、 2、 3、 4、 6、 7、 8、 9弁井做目標(biāo)井，用水由5#井實(shí)施水力壓裂與目標(biāo)井連通，通過調(diào)節(jié) 與關(guān)閉連通的目標(biāo)井使9 口井同時(shí)或相繼連通。2) 首先選擇5#井做注熱井1 ，關(guān)閉其余8口井，注入溫度為40(TC的甲烷 氣體，其壓力高于地層的垂直應(yīng)力，熱解油頁巖幾小吋后，使生產(chǎn)井2排產(chǎn)的 水及油氣溫度低于10(TC，即可持續(xù)排產(chǎn)油氣，在地面進(jìn)行油氣水分離，繼而進(jìn) 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(chǔ)罐。分離的甲垸氣 體進(jìn)入甲垸氣儲(chǔ)罐。3) 高壓氣體泵將甲烷氣體壓縮至5. OMPa，進(jìn)入高溫甲烷氣體加熱爐。加熱 至40(TC后沿5#井注入礦層。如此循環(huán)即可采出油頁巖層的油氣。4) 運(yùn)行后期，當(dāng)生產(chǎn)井溫度高于20(TC后，即可輪換注熱井與生產(chǎn)井。繼 續(xù)開采。重復(fù)以上步驟即可。實(shí)施例2:如圖1， 2所示， 一種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，在一
個(gè)厚度為30m，埋藏深度100m的近水平的單一油頁巖礦層中，采用本發(fā)明布置 了9口井，井間距100tn，呈正方形網(wǎng)格分布，各鉆井位于正方形網(wǎng)格的交點(diǎn)上， 各鉆井鉆至礦層3中，然后下入套管7，內(nèi)徑150mm，與花管8的上部連接。 具體步驟如下1) 按設(shè)計(jì)施工鉆井，鉆井施工完成后，選擇5#井做壓裂井，1、 2、 3、 4、 6、 7、 8、 9#井做目標(biāo)井，用水由5#井實(shí)施水力壓裂與目標(biāo)井連通，通過調(diào)節(jié) 與關(guān)閉連通的目標(biāo)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(guān)閉其余8口井，注入溫度為70(TC的丙垸 氣體，其壓力高于地層的垂直應(yīng)力，熱解油頁巖幾小時(shí)后，使生產(chǎn)井2排產(chǎn)的 水及油氣溫度低于10(TC，即可持續(xù)排產(chǎn)油氣，在地面進(jìn)行油氣水分離，繼而進(jìn) 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(chǔ)罐。分離的丙烷氣 體進(jìn)入丙垸氣儲(chǔ)罐。3) 高壓氣體泵將丙烷氣體壓縮至5. OMPa，進(jìn)入高溫丙烷氣體加熱爐。加熱 至70(TC后沿5#井注入礦層。如此循環(huán)即可采出油頁巖層的油氣。4) 運(yùn)行后期，當(dāng)生產(chǎn)井溫度高于20CTC后，即可輪換注熱井與生產(chǎn)井。繼 續(xù)開采。重復(fù)以上步驟即可。實(shí)施例3:如圖3,4所示， 一種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，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(jì)厚度43m，含礦系數(shù) 86%，采用等邊三角形布井，井間距選擇50m，布置11 口井。同實(shí)施例1的方法鉆井，各井鉆至礦層3中，然后下入套管與花管。即可 實(shí)施開采。具體步驟如下1) 按設(shè)計(jì)施工鉆井，鉆井施工完成后，選擇6#井做壓裂井，1、 2、 3、 4、 5、 7、 8、 9、 10、 11#井做目標(biāo)井，用水由6#井實(shí)施水力壓裂與目標(biāo)井連通， 通過調(diào)節(jié)與關(guān)閉連通的目標(biāo)并使11 口井同時(shí)或相繼連通。2) 首先選擇6#井做注熱井1 ，關(guān)閉其余10 口井，注入溫度為55(TC的過熱 甲、乙、丙垸混合的烴類氣體，其壓力高于地層的垂直應(yīng)力，熱解油頁巖幾小 時(shí)后，使生產(chǎn)井2排產(chǎn)的水及油氣溫度低于10(TC，即可持續(xù)排產(chǎn)油氣，在地面
分離，分離的甲、乙、丙垸混合的烴類氣體進(jìn)入單獨(dú)的儲(chǔ)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(jìn)入高溫甲、 乙、丙垸混合的烴類氣體加熱爐。加熱至55(TC后沿5弁井注入礦層。如此循環(huán) 即可采出油頁巖層的油氣。4) 運(yùn)行后期，當(dāng)生產(chǎn)井溫度高于20(TC后，即可輪換注熱井與生產(chǎn)井。繼續(xù)開采。重復(fù)以上步驟即可。從實(shí)施例3可見，由于中間夾了一些非油頁巖巖層10，加熱這些巖層會(huì) 導(dǎo)致一些不必要的熱量耗散，但夾層的存在使開采井之間易于連通，這也是礦 層群開采的優(yōu)勢。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改動(dòng)和變形，倘若這些改動(dòng)和 變形不脫離本發(fā)明的原則和范圍，即屬于本發(fā)明的權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范 圍之內(nèi)，則本發(fā)明也包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，首先在地面布置群井，鉆井進(jìn)入油頁巖礦層(3)，采用群井壓裂方式，產(chǎn)生至少連通9口鉆井 的巨型的沿礦層展布方向的裂縫，使群井內(nèi)所有鉆井沿油頁巖層連通，然后間 隔輪換選擇注熱井(1)與生產(chǎn)井(2)，將高溫氣體沿注熱井(1)注入油頁巖 層加熱，使油頁巖層中的干酪根熱分解后形成油氣，通過低溫氣體攜帶油氣從 生產(chǎn)井(2)排至地面，其特征在于所述的高溫氣體是高溫?zé)N類氣體。
2、 按照權(quán)利要求1所述的高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，其特征在于所述的高溫?zé)N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(quán)利要求1或2所述的高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的 方法，其特征在于所述的高溫?zé)N類氣體加熱到溫度400 70(TC后注入油頁巖礦層o
全文摘要
一種高溫?zé)N類氣體對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法，涉及礦物開采方法?，F(xiàn)有技術(shù)通過高溫過熱水蒸氣對(duì)流加熱開采油頁巖油氣，高溫過熱水蒸氣的熱容系數(shù)低，導(dǎo)致礦層加熱緩慢，成本增加，效益低；有些油頁巖礦床位于沙漠地區(qū)，過熱水蒸氣加熱用水量較大，導(dǎo)致無法開采。本發(fā)明將對(duì)流加熱流體改為烴類氣體，將高溫?zé)N類氣體沿注熱井注入油頁巖礦層，加熱礦層使干酪根熱解形成油氣，并經(jīng)低溫氣體或水?dāng)y帶沿生產(chǎn)井排到地面，油氣水分離后，再進(jìn)行單獨(dú)的氣體分離形成油氣產(chǎn)品，并將烴類氣體進(jìn)入儲(chǔ)罐，經(jīng)加壓和升溫到設(shè)定壓力、溫度后注入油頁巖礦層，循環(huán)實(shí)施油頁巖油氣的開采。從而使對(duì)流加熱開采油頁巖油氣的方法更經(jīng)濟(jì)，更方便工業(yè)應(yīng)用。
文檔編號(hào)E21B43/24GK101122226SQ20071013935
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者關(guān)克偉, 馮增朝, 劉生玉, 康志勤, 棟 楊, 梁衛(wèi)國, 趙陽升 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)