CN101871339A - 一种地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法。在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内布置至少一口工作井和生产井，钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻井连通工作井之间的底部，向工作井内注入水和惰性气体水蒸汽，形成近临界水的微环境，页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物，油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统获得烃类化合物。多井一体的热循环系统提高了热的利用率，反复的油水分离循环过程大大提高烃类物质的萃取率，缩短工艺过程。水充溢了油页岩层后形成的水微池，达到近临界状态以后，在3-5小时之内便可实现油页岩的裂解，比地下干馏法节省更多的能源和时间。
Description
技术领域：
本发明涉及一种油页岩中有机化合物的提取，具体说是利用近临界水作为介质进行页岩油的地下原位裂解，提取低渗透油页岩中有机化合物的技术。
技术背景：
油页岩又称油母页岩，是一种含有有机质的沉积岩，一般属于高矿物质的腐泥煤，为低热值固体化石燃料。油页岩作为一种非常规能源，储量巨大，发展前景广阔。随着世界经济的迅速发展，石油资源日益减少，油页岩作为一种重要的石油补充和替代能源，已经引起了全世界的关注。油页岩中的有机质分为两类：油母和沥青。油母不溶于一般有机溶剂，沥青可溶于有机溶剂。油母组成以碳、氢为主，并含有氧、氮、硫等元素的复杂化合物。目前油页岩中页岩油的提取主要是地上干馏法，需要将油页岩矿产剥离地表开采，运输、加工和提炼。地上干馏法不仅产生过程多环节，破坏了自然生态，而且在油页岩和半焦混合燃烧过程中污染物和粉尘的排放以及产生的废渣灰对周边环境影响极大。为了克服地上干馏法提取页岩油存在的问题，地下原位转化(In-situ conversion process)(ICP)技术无疑是最理想的提取页岩油的方法。ICP技术已经在荷兰、美国、俄罗斯和加拿大等各国展开了应用研究，其中荷兰壳牌石油公司开发的油页岩ICP技术是世界最早的一种地下干馏技术，通过直接给地下油页岩层加热，使其在地下进行裂解，生成油气，最后通过生产井把油气开采出来。环境污染小，不占用土地，对生态环境破坏程度小。随后有多种加热方式被讨论，但都是基于地下干馏的方法。
壳牌公司1987年申请了“传导加热地下油页岩以赋予其渗透性并随后采油”专利(CN87100890)。与本申请相关的是“加热油页岩并从而使其膨胀，然后注入流体，以水压裂膨胀的油页岩。水仅仅是作为水压裂的物质。
M.Pats的美国专利第3,515,213号，以概述的形式描述了用现场油页岩熟化的方法。虽然也提出了热蒸汽循环的方式，但是其中蒸汽是温度为315℃的“挥发性油页岩烃”或占主要部分的芳香烃。
美国艾克森美孚上游公司2004年申请了“从不可渗透的油页岩中采收碳氢化合物”(专利号CN 18975168A)专利，也是采用循环流体加热的方式，其中所注入流体为烃类或水或饱和水蒸汽。没有专门阐述流体水的作用，也没有提到近临界水的概念。
凯文.夏利夫提出了油页岩现场提取用的设备、系统和方法的专利(专利号CN 101292011A)，加热的流体为烷烃，一氧化碳，氢气，氖气，氦气，氮气等气体。
目前以近临界水作为热传导介质和溶剂，进行地下原位提取油页岩中的有机化合物还没有人提出。
由于油页岩热传导系数小，目前的ICP技术还存在热量损耗大，地下干馏加热的时间较长，按照专利CN 1875168A所述，干酪根裂解20％需要4-5年，裂解60-70％需要10年时间，耗能多，成本高，还存在加热中流体不容易控制等问题。
加热井、生产井、监测井的布局、岩石压裂纹的产生和加热方式在许多的专利中有阐述，也都大相径庭。
热流体的循环有不同方式，CN 18975168A公开了“采用双管套单井循环，”CN1676870A公开了“采用流体对流加热和交替加热”。
发明内容：
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内至少布置两个以上工作井和一个以上生产井；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻井连通工作井之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；
d、向工作井内注入水和惰性气体或温度为350-450℃的水蒸汽，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、封闭工作井和生产井，加热至油页岩层内形成300-350℃，5-10MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力3-5小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物。
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：
步骤a工作井平面分布采用六边形、三角形或四边形分布，工作井与工作井之间的距离为18-20m，生产井位于工作井中间，生产井与工作井中间的距离为10-18m。
步骤c所述的油页岩层产生裂隙后填充砂石支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动。烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类。
有益效果：利用水在近临界状态具有酸碱催化的特性，现场裂解提取页岩油。近临界水既可以作为热的传导介质，将热量携带进入油页岩的裂隙中，形成多个局部近临界水微池，加速油页岩的熟化，又可以作为催化剂加速裂解页岩油，同时又是溶剂将裂解出的有机化合物携带到地面。多井一体的热循环系统提高了热的利用率。各井底部的连通有利于近临界水的循环，反复的油水分离循环过程可以大大提高烃类物质的萃取率，缩短工艺过程。水充溢了油页岩层后形成的水微池，达到近临界状态以后，在3-5小时之内便可实现油页岩的裂解，比地下干馏法节省更多的能源和时间。
附图说明：
附图1地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法群井平面分布图
a、为六边形群井平面分布图，b为三角形群井平面分布图，c为四边形群井
附图2地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法群井三维立体图
附图3油页岩在近临界水中胀裂照片
1生产井，2工作井。
具体施方式；
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：
地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法，包括以下顺序和步骤：
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内至少布置两个以上工作井2和一个以上生产井1，工作井2平面分布采用六边形、三角形、四边形、五边形或圆形分布，工作井2与工作井2之间的距离为18-20m，生产井1位于工作井2中间，生产井1与工作井2中间的距离为10-18m；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻进连通工作井2之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；产生的裂隙用砂石填充支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动；
d、向工作井2内注入水和惰性气体或温度为350-450℃的水蒸汽，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、封闭工作井2和生产井1，加热至油页岩层内形成300-350℃，5-10MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力3-5小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物，所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类；
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
2、按照权利要求1所述的地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法，其特征在于，步骤a所述的工作井(2)平面分布采用六边形、三角形或四边形分布，工作井(2)与工作井(2)之间的距离为18-20m，生产井(1)位于工作井(2)中间，生产井(1)与工作井(2)中间的距离为10-20m。
步骤c所述的油页岩层产生裂隙后填充砂石支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动。步骤d所述的注入水和惰性气体是在富含地下水的区域，补水后注入惰性气体使井内压力达到2-3Mpa，再用超临界蒸汽发生器、电磁加热或微波加热任一种方式加热地下水和注入水，使井内温度达到300-350℃停止加热。步骤d所述的惰性气体为氮气或二氧化碳。步骤f所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类。
实施例1
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内布置三个工作井2和一个生产井1，工作井2平面分布呈三角形，生产井1位于三角形中间，工作井2与工作井2之间的距离为18m，生产井1与工作井2中间的距离为10.39m；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻进连通工作井之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；产生的裂隙用砂石填充支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动；
d、向工作井2内注入水，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、向工作井2内注入氮气，使井内压力达到2MPa，封闭工作井2和生产井1，加热至油页岩层内形成300℃，6MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力5小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物，所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类；
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
实施例2
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内布置四个工作井2和一个生产井1，工作井2平面分布呈四边形，生产井1位于四边形中间，工作井2与工作井2之间的距离为20m，生产井1与工作井2中间的距离为14.14m；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻进连通工作井之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；产生的裂隙用砂石填充支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动；
d、向工作井2内注入温度为400℃的水蒸汽，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、封闭工作井2和生产井1，加热至油页岩层内形成330℃，9MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力4小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物，所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类；
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
实施例3
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内布置六个工作井2和一个生产井1，工作井2平面分布呈六边形，生产井1位于工作井2中间，工作井2与工作井2之间的距离为19m，生产井1与工作井2中间的距离为19m；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻进连通工作井之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；产生的裂隙用砂石填充支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动；
d、向工作井2内注入水，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、向工作井2内注入二氧化碳气体，使井内压力达到3MPa，封闭工作井2和生产井1，加热至油页岩层内形成350℃，10MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力3小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物，所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类；
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
实施例4
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内布置24个工作井2和7个生产井1，工作井2平面分布呈7个六边形，7个生产井1位于7个六边形分布的工作井2中间，工作井2与工作井2之间的距离为20m，生产井1与工作井2中间的距离为20m；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻进连通工作井之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；产生的裂隙用砂石填充支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动；
d、向工作井2内注入温度为450℃的水蒸汽，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、封闭工作井2和生产井1，继续加热使油页岩层内形成340℃，10MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力3小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物，所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类；
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
Claims (6)
1.一种地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：
a、在圈定的提取油页岩中烃类化合物工作区域内至少布置两个以上工作井(2)和一个以上生产井(1)；
b、钻井进入油页岩矿层后，通过定向钻井连通工作井(2)之间的底部；
c、采用定向爆破方式使油页岩向下堆积，产生规则和不规则的裂隙；
d、向工作井(2)内注入水和惰性气体或温度为350-450℃的水蒸汽，当潜水面达到油页岩层顶板时停止注入；
e、封闭工作井(2)和生产井(1)，在油页岩层内形成300-350℃，5-10MPa近临界水的微环境，保持岩层内温度和压力3-5小时；
f、在循环的近临界水的作用下油页岩中的页岩油被裂解成不同链长的有机化合物，形成油水混合物；
g、油水混合物经生产井(1)提升到地面，经油水分离系统将水分离后获得烃类化合物。
h、经油水分离系统分离后的水经过灭菌处理直接排回到地下，以保持地下水的平衡，或用于生产过热蒸汽用于下一个井区的加热。
2.按照权利要求1所述的地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法，其特征在于，步骤a所述的工作井(2)平面分布采用六边形、三角形或四边形分布，工作井(2)与工作井(2)之间的距离为18-20m，生产井(1)位于工作井(2)中间，生产井(1)与工作井(2)中间的距离为10-20m。
3.按照权利要求1所述的地下原位提取油页岩中烃类化合物的方法，其特征在于，步骤c所述的油页岩层产生裂隙后填充砂石支撑裂隙，以便近临界水的渗透和流动。
4.按照权利要求1所述地下原位提取油页岩中有机化合物的方法，其特征在于，步骤d所述的注入水和惰性气体是在富含地下水的区域，补水后注入惰性气体使井内压力达到2-3Mpa，再用超临界蒸汽发生器、电磁加热或微波加热任一种方式加热地下水和注入水，使井内温度达到300-350℃停止加热，。
5.按照权利要求1所述地下原位提取油页岩中有机化合物的方法，其特征在于，步骤d所述的惰性气体为氮气或二氧化碳。
6.按照权利要求1所述地下原位提取油页岩中有机化合物的方法，其特征在于，步骤f所述的烃类化合物为直链的脂肪烃、芳香环、杂环和稠环类。
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