CN102465691B - 油页岩就地干馏开采方法及其模拟实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油页岩就地干馏开采方法及其模拟实验系统，属于油页岩开采领域。所述方法通过对页岩层进行造缝，提高页岩层的裂缝发育和渗透率，对所述油页岩进行直接传导加热，同时在加热区域通入气体，形成直接对流加热，故能有效提高传热速率，提高页岩油的采收率。所述模拟实验系统，包括加热装置、注气装置、测量装置、计算机和控制装置，本实验系统主要通过加热装置及注气装置完成油页岩加热过程中热量的直接传导和气体的对流传导作用相结合，故利用该实验系统可以开展不同温度、压力条件下，不同地区油页岩在注入二氧化碳辅助电加热时的热传导规律和页岩油采收率情况，为不同地区注气体辅助电加热工艺提供参数和开发思路。
Description
技术领域
本发明涉及油页岩开采，特别涉及一种油页岩就地干馏开采方法及其模拟实验系统。
背景技术
油页岩大多沉积在地下深处，经成岩作用和挥发物质散失等物理化学作用，成为油页岩层，通过低温干馏的手段可以从油页岩中取得页岩油。
目前，油页岩开发的方式主要有两种：地面干馏和就地干馏。
地面干馏是指油页岩经过露天开采或井下开采，运至地面，经过破碎筛分至所需的粒度或块度，进入干馏炉内加热干馏，生产页岩油气、半焦或页岩灰。
就地干馏是则指埋藏于地下的油页岩不经开采，直接在地下进行加热，地下的油页岩分解生产页岩油气，然后利用生产井导至地面。
我国油页岩资源丰富，预测储量约7200亿吨，埋深在500-1000m之间的资源约占全国的36％。这部分资源油页岩埋深较深无法通过地面干馏方法进行利用。
目前，国际上油页岩就地干馏开采方法很多。根据热量传递的方式可以分为三种：直接传导加热、对流加热、辐射加热。
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：
就地干馏开采方法方法一，直接传导加热，如壳牌公司直接利用电加热棒对油页岩层进行传导加热，存在传热速率慢的问题。
就地干馏开采方法方法二，对流加热，如EGL公司是将热空气注入地层中进行对流方式加热，由于油页岩的孔隙度和渗透率极小，因此空气加热油页岩的导热效率很低，页岩油的采收率低。
就地干馏开采方法方法三，辐射加热，如斯伦贝谢公司的技术则是利用微波技术对油页岩层进行加热，由于高能量微波技术尚未完善，不适于推广应用。
发明内容
为了解决现有技术就地干馏开采中，存在的加速传热速率低，页岩油的采收率低的问题，本发明实施例提供了一种油页岩就地干馏开采方法及其模拟实验系统。所述技术方案如下：
一种油页岩就地干馏开采方法，按照如下步骤操作，
步骤1，对油页岩层进行造缝，
步骤2，对所述油页岩层进行直接传导加热，同时在所述直接传导加热区域通入气体。
具体地，所述直接传导加热采用电加热棒加热。
具体地，所述气体是二氧化碳。
本发明实施例还提供了一种应用于所述的开采方法的模拟实验系统，所述系统包括加热装置及与所述加热装置相连的测量装置、注气装置、计算机及控制装置，其中，加热装置用于所述油页岩的加热及所述油页岩的热解产物导出，所述测量装置用于所述油页岩的热解产物的冷凝、收集和测量，所述注气装置用于提供气体，所述计算机用于分析数据，所述控制装置用于控制所述加热装置的加热温度。
具体地，所述加热装置包括筒体、电加热棒、加热套管、出口套管、出气管及温度检测器，所述筒体带有盖子，所述电加热棒、所述加热套管、所述出口套管及所述温度检测器分别卡在所述盖子上，所述电加热棒与所述加热套管配套设置，并且所述加热棒插入与之相配的所述加热套管中，所述出口套管连接所述出气管。
进一步地，所述筒体外部套接着保温筒体。
进一步地，所述电加热棒的数量为四个，并且采用正方形的形式分布，所述电加热棒的中心线连线组成的正方形的中心处设置一个排气口，所述排气口插入所述出口套管。
进一步地，所述筒体与所述盖之间设置密封圈。
具体地，所述测量装置包括冷凝罐、气液分离器、流量计、称量天平及液体收集罐，所述出气管连接所述冷凝罐，所述冷凝罐连接所述气液分离器，所述气液分离器的液相出口接入所述液体收集罐，所述气液分离器的气相出口与所述流量计相连，所述液体收集罐设置在所述称量天平上。
具体地，所述注气装置包括顺次连接的气瓶、气体预热器及进气管。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例所述油页岩就地干馏开采方法，首先对页岩层进行造缝，提高页岩层的裂缝发育和渗透率，然后对所述油页岩进行直接传导加热，同时在所述直接传导加热区域通入气体，形成直接对流加热，因此采用本发明所述方法能够有效提高传热速率，提高页岩油的采收率。
本发明实施例所述还提供了一种应用上述方法的模拟实验系统，该系统通过加热装置及注气装置，能够完成油页岩加热过程中热量的直接传导和气体的对流传导作用相结合，利用该实验系统可以开展不同温度、压力条件下，不同地区油页岩在注入二氧化碳辅助电加热时的热传导规律和页岩油采收率情况，为不同地区注气体辅助电加热工艺提供参数和开发思路。
附图说明
图1是本发明实施例1所述油页岩就地干馏开采方法的应用的原理图；
图2是本发明实施例2所述模拟实验系统的整体结构示意图；
图3是本发明实施例2中所述加热装置、注气装置的示意图；
图4是图3中沿A-A线的旋转剖视图。
图中：1气瓶，2第一进气管，3第二进气管，4第一电加热棒，5第二电加热棒，6第一加热套管，7第二加热套管，8出口套管，9出气管，10冷凝罐，11冷凝罐出口，12、13、14、15第一至第四温度检测器，16筒体，17保温筒体，18气体预热器，19第三电加热棒，20第四电加热棒，21气液分离器，22流量计，23称量天平，24二氧化碳，25油页岩层，26岩层裂缝，27加热井，28液体收集罐，
100加热装置，200测量装置，300注气装置，400计算机，500控制装置。
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1
参见图1，本发明实施例提供了一种油页岩就地干馏开采方法，按照如下步骤操作，
步骤1，对页岩层进行造缝，具体地，本发明利用原油开采中的压裂技术对页岩层进行制造岩层裂缝26，以提高页岩层的裂缝发育和渗透率；
步骤2，对所述油页岩进行直接传导加热，同时在所述直接传导加热区域通入气体。
具体地，本例中，是利用电加热棒4对油页岩进行直接传导加热，同时在加热井27附近通入二氧化碳24辅助进行对流加热，通过二氧化碳24的扩散将加热管附近的热量携带至远处和深处的油页岩层25，从而提高油页岩的热传导的效率，由于二氧化碳24还能与半焦(油页岩热解后的残渣)中的残炭发生反应生成一氧化碳，从而降低了二氧化碳24气体的排放，此外，二氧化碳24在高温高压状态下还能起到超临界流体萃取页岩油的作用，因此对页岩油(油页岩热解后的液体产物)的采收率具有明显的提高作用。
实施例2
如图2所示，本发明实施例还提供了一种应用于所述的开采方法的模拟实验系统，所述系统包括加热装置100及与所述加热装置100相连的测量装置200、注气装置300、计算机400及控制装置500。其中，加热装置100用于所述油页岩的加热及所述油页岩的热解产物导出，所述测量装置200用于所述油页岩的热解产物的冷凝、收集和测量，所述注气装置300用于提供气体，所述计算机400用于分析数据，所述控制装置500用于控制所述加热装置100的加热温度。
具体地，计算机400包括计算机数据处理软件和数据的输入输出设备(如键盘)。
具体地，如图3所示，所述加热装置包括筒体16、电加热棒、加热套管、出口套管8、出气管9及温度检测器。所述筒体16带有盖子。所述电加热棒(第一、第二电加热棒4、5)、所述加热套管(第一、第二加热套管6、7)、所述出口套管8及所述温度检测器分别卡在所述盖子上。所述电加热棒与所述加热套管配套设置，并且所述加热棒插入与之相配的所述加热套管中。所述出口套管8连接所述出气管9。
进一步地，如图3所示，所述筒体16外部套接着保温筒体17，增加了所述加热装置的保温性能，降低了能耗。进一步地，所述筒体16与所述盖之间设置密封圈，增强了实验的效果。
进一步地，如图4所示，本例中，所述电加热棒数量为四个，所述加热套管数量为四个，所述温度检测器的数量为四个。第一至第四电加热棒4、5、19、20采用正方形的形式分布。第一至第四电加热棒4、5、19、20的中心线连线组成的正方形的中心处设置一个排气口，所述排气口插入所述出口套管8。第一至第四温度检测器12、13、14、15分隔设置第一及第二电加热棒的连线上，分别监控油页岩岩心种不同位置的温度变化情况，通过与第一至第四温度检测器12、13、14、15的温度控制单元和数据采集单元将温度变化情况进行时时记录，并传输至计算机。
具体地，如图2所示，所述测量装置200包括冷凝罐10、气液分离器21、流量计22、称量天平23及液体收集罐28，所述出气管9连接所述冷凝罐10，所述冷凝罐出口11连接所述气液分离器21，所述气液分离器21的液相出口接入所述液体收集罐28，所述气液分离器21的气相出口与所述流量计22相连，所述液体收集罐28设置在所述称量天平23上。
具体地，如图3所示，所述注气装置包括顺次连接的气瓶1、气体预热器18及第一、第二进气管2、3。本例中，气瓶1中气体选用二氧化碳气体。
本发明实施例所述模拟实验装置的工作过程及原理：
如图4所示，在油页岩岩心相应位置钻好电加热套管孔，如第一、第二电加热套管6、7的孔位，钻好第一至第四温度检测器12、13、14、15的孔位，钻好出口套管8的孔位，并将它们放置到位。将岩心装入筒体16中，盖好盖子，然后将第一至第四电加热棒4、5、19、20插入各自的加热套管中。如图3所示，开始加热电加热棒，加热的同时通过气瓶1、气体预热器18、第一和第二进气管2、3分别向第一和第二加热套管6、7内中注入二氧化碳，二氧化碳在筒体1626内的扩散形成了对流传热，从而加速了热量传递速率。随着筒体16内温度和压力的升高，二氧化碳可以达到超临界状态，起到了萃取分离的作用从而提高了页岩油的采收率，二氧化碳还能与半焦(油页岩热解后的残渣)中的残发发生反应生成一氧化碳，从而降低了二氧化碳气体的排放。反应产物页岩油以气体形式与热解气体经出口套管8、出气管9排出，然后经冷凝罐10冷凝后，再经气液分离器21将气体和液体分离后分别排出。
本发明所述的模拟实验系统，能够完成以下三方面的工作：
(1)模拟二氧化碳辅助电加热进行热传导的效果；
(2)模拟二氧化碳提高油页岩热解产物采收率的效果；
(3)降低热解气体产物中的二氧化碳含量。
依据上述原理及结构设计，在XX分院建立了一台注二氧化碳辅助电加热地下干馏油页岩装置，成功开展了油页岩注二氧化碳辅助电加热干馏实验。通过对辽宁抚顺油页岩分别进行不注二氧化碳和注二氧化碳的模拟实验研究。结果发现注二氧化碳后传热效率明显加快，页岩油的采收率从原来的43.7％增加至66.8％；同时气体产物中二氧化碳的含量由不注二氧化碳时的46.2％减少至42.7％，一氧化碳的含量由不注二氧化碳时的12.8％明显增加至14.3％。主要原因为二氧化碳在超临界状态下起到了萃取分离的作用从而提高了页岩油的采收率，注入二氧化碳后反应容器内的二氧化碳浓度升高从而抑制了热解气体中二氧化碳产物的生成，同时二氧化碳与油页岩干馏残渣半焦中的碳发生反应生成一氧化碳从而增加了热解气体中一氧化碳产物的浓度。
由此可见，本发明实施例所述模拟实验系统，可以对不同地区的油页岩进行实验研究。可以开展不同温度、压力条件下，不同地区油页岩在注入二氧化碳辅助电加热时的热传导规律和页岩油采收率情况，建立评价标准。通过注入二氧化碳辅助电加热研究，可以分析同一实验条件下注入与不注入二氧化碳对油页岩热传导和页岩油采收率的影响，研究不同温度和压力条件下，注入二氧化碳对油页岩热传导和页岩油采收率的影响，最终优化不同地区注二氧化碳辅助电加热工艺参数和开发思路。即开展地下干馏开采油页岩实验，对于加快地下干馏开采油页岩开发的步伐及实现地下油页岩开采生产具有良好的推广应用前景。
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。
Claims (3)
1.一种模拟实验系统，其特征在于，所述系统包括加热装置及与所述加热装置相连的测量装置、注气装置、计算机及控制装置，其中，加热装置用于油页岩的加热及所述油页岩的热解产物导出，所述测量装置用于所述油页岩的热解产物的冷凝、收集和测量，所述注气装置用于提供气体，所述计算机用于分析数据，所述控制装置用于控制所述加热装置的加热温度；
所述加热装置包括筒体、电加热棒、加热套管、出口套管、出气管及温度检测器，所述筒体带有盖子，所述电加热棒、所述加热套管、所述出口套管及所述温度检测器分别卡在所述盖子上，所述电加热棒与所述加热套管配套设置，并且所述加热棒插入与之相配的所述加热套管中，所述出口套管连接所述出气管；
所述测量装置包括冷凝罐、气液分离器、流量计、称量天平及液体收集罐，所述出气管连接所述冷凝罐，所述冷凝罐连接所述气液分离器，所述气液分离器的液相出口接入所述液体收集罐，所述气液分离器的气相出口与所述流量计相连，所述液体收集罐设置在所述称量天平上；
所述注气装置包括顺次连接的气瓶、气体预热器及进气管，通过所述气瓶、所述气体预热器及所述进气管向所述加热装置中的所述加热套管内注入气体；
所述电加热棒的数量为四个，并且采用正方形的形式分布，所述电加热棒的中心线连线组成的正方形的中心处设置一个排气口，所述排气口插入所述出口套管；
所述温度检测器的数量为四个，四个所述温度检测器分隔设置在第一及第二电加热棒的连线上。
2.如权利要求1所述的模拟实验系统，其特征在于，所述筒体外部套接着保温筒体。
3.如权利要求1或2所述的模拟实验系统，其特征在于，所述筒体与所述盖之间设置密封圈。
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