CN103306654A

CN103306654A - 一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法

Info

Publication number: CN103306654A
Application number: CN2013102258988A
Authority: CN
Inventors: 韩炜; 孙友宏; 拉帕金·弗拉基米尔; 袁佐安; 杨杨; 科尼亚耶娃·安娜; 索尔托达夫·阿列克谢; 马尔杰米亚诺夫·谢尔盖
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-09-18

Abstract

一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，属于油页岩原位开采技术领域。首先在地表打工作井和生产井，井深到达油页岩矿层底部，在工作井中插入圆柱形铜电极；然后由高压电缆将铜电极与地面的高压高频电源相连，高压高频电源通过铜电极对油页岩矿层进行电磁复合加热；油页岩热解产生的油气由生产井导出。为减少能量向电极周围空间散射所造成的损耗，工作井将按特定的网格坐标排布，进一步可为正多边形结构（如正四边形、正五边形、正六边形等）。该方法能有效加速油页岩的加热过程，降低加热成本。

Description

一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法

技术领域

本发明属于油页岩原位开采技术领域，具体涉及一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法。

背景技术

油页岩是一种低渗透性岩石，主要由矿物质和干酪根组成，干酪根是石油和天然气的地质前体。中国油页岩资源丰富，埋深在0～500m之间的资源约为2500亿吨，500～1000m之间的油页岩资源为2500亿吨。埋深小于300m的油页岩资源可以通过露天开采，运至干馏厂提炼出页岩油；埋深大于300m的油页岩只有通过对油页岩矿层加热转化为页岩油，然后利用生产井导至地面。后者涉及的技术目前处于研发阶段，尚未进入工业化生产。

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直接传导加热、对流加热、辐射加热。

现有技术至少存在以下问题：

就地干馏开采方法一，直接传导加热，如壳牌公司“传导加热地下油页岩以赋予其渗透性并随后采油（专利公开号：CN87100890）”直接利用电加热棒对油页岩层进行传导加热，由于油页岩的热传导系数低，存在传热速率慢的问题。

就地干馏开采方法二，对流加热和热传导加热，如EGL公司提出利用闭合的平行的水平井进行加热油页岩矿层，利用一系列的垂直井进行采集生成的油气。其过程是利用对流加热方式加热水平井筒，再利用高温井筒以热传导方式加热油页岩矿层，该方法存在的缺点与壳牌公司电加热棒加热方式一样，由于油页岩的热传导系数低，存在传速率慢的问题。

就地干馏开采方法三，辐射加热，如美国雷神公司提出利用微波加热油页岩矿层，由于油页岩是一种微波弱吸收介质，同样存在油页岩温度升温速率慢的问题，而且获得微波的成本较高，传输过程中损耗较大，也极大地提高了油页岩的开采利用成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，以加速油页岩的加热过程和降低加热成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

首先在地表打工作井和生产井，井深能够到达油页岩矿层底部，然后在工作井中插入直径为1～2cm的圆柱形铜电极，铜电极长度为5～10m左右，然后再由高压电缆将其与地面的高压高频电源相连，高压高频电源的电压为1～10kv，频率为10kHz～100kHz，高压高频电源通过铜电极对油页岩矿层进行电磁复合加热。为减少能量向电极周围空间散射所造成的损耗，工作井将按特定的网格坐标排布，进一步可为正多边形结构（如正四边形、正五边形、正六边形等），每个工作井内均放入铜电极，相邻工作井间的距离（s）为5～10m，铜电极位于油页岩矿层的中间区域；其中一半数量的电极与高频高压电源的正极相连，另一半数量的电极与高压高频电源的负极相连；用于导出页岩油的生产井位于工作井的中心位置。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的地下油页岩电磁辐射复合加热法，是通过电极向油页岩矿层通入特定频率的高压高频交流电，利用油页岩的介电损耗对其加热，随着油页岩温度升高，电阻降低，再切换至220V工频电加热，保证用于油页岩加热的功率最大，同时加热机制也由介电损耗加热变为主要利用油页岩的电阻损耗进行加热保温。因此该方法能有效加速油页岩的加热过程，降低加热成本。

附图说明

图1：地下原位电磁复合加热示意图；

图2：正四边形结构工作井及生产井分布示意图；

如图1、2所示，各部分名称为：工作井1，油页岩矿层2，铜电极3，高压高频电源4，生产井5，高压电缆6。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

地下原位裂解方法包括如下步骤：

首先从地表开始打工作井1，井深能够到达油页岩矿层底部（深度为300～800m），然后在矿井中插入直径1～2cm左右，长度为5～10m的圆柱形铜电极3，电极将通过高压电缆6与地面的高压高频电源4（见图1）相连。我们选用上海翼昇电子科技有限公司制造的YS-RFC型高频高压电源，其输出电压可达0～10kV，输出频率为10～100kHz，功率为30kW。然后通过高压高频电源对地下油页岩层进行加热，1～3小时以后，岩层的温度升高至300°C以上，油页岩中的干酪根将热解产生油气，随后将油气产品从生产井5中开采出来。

实施例1：

a.选择一块边长约为40cm，高约20cm的油页岩样品作为对象进行加热实验；

b.电极的布置形式为正四边形，在油页岩样品的四个角上分别打工作井1，在正四边形的中心打生产井，井深贯穿油页岩样品；在每个工作井1中均插入直径为1cm、长为25cm的圆柱形铜电极，正四边形的边长为15cm，利用高压电缆将两根铜电极与高压高频电源的正极相连，将另两根铜电极与高压高频电源的负极相连；

c.向电极中通入10kv，70kHz的交流电压；

d.加热1个小时后，热电偶测量生产井中间区域的温度达到300°C。

实施例1表明，该方法可在较短时间内将油页岩加热至裂解温度。

实施例2：

a.在选定的电磁复合加热地下油页岩作业区内布置四口工作井1和一口生产井5，工作井1平面呈正四边形，正四边形的边长为10m，生产井5位于四边形中心（如图2所示），工作井和生产井的井深为400m左右，到达埋深350m，厚度为50m的油页岩矿层2底部；

b.在工作井1中分别插入直径1cm、长度5m的铜电极，使铜电极位于油页岩矿层的中间区域，利用高压电缆将其中两根电极与高压高频电源的正极相连，另两根与负极相连；

c.向油页岩中通入10kv、70kHz的交流电压进行加热。加热1小时后，在生产井中，通过热电偶即测得油页岩矿层的中间区域温度升至300°C，然后将电源输出切换至220V、50Hz，利用油页岩的电阻损耗进行加热保温；

d.油页岩内干酪根热解生成油气后通过生产井排采到地面，油质成分为直链的脂肪烃、芳香环、杂环类，气体成分通过色谱仪分析如下表所示：

表1：页岩油成分分析数据

成分	含量（体积分数%）
		H₂	47.12
CO	28.63
		CH₄	7.76
N₂	4.19
		CO₂	2.97
C₂H₄	2.39
		C₃H₈	0.27
C_nH_m	6.67

表1说明气体产物主要有H₂、CO、CH₄等其它有机烃类气体，实施例2表明该方法可在较短时间内将油页岩加热至干酪根裂解温度，获得油页岩内的油气产物。

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

1.一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其步骤如下：

1)首先在地表打工作井和生产井，井深到达油页岩矿层底部，在工作井中插入圆柱形铜电极；

2)然后由高压电缆将铜电极与地面的高压高频电源相连，高压高频电源通过铜电极对油页岩矿层进行电磁复合加热；

3)油页岩热解产生的油气由生产井导出。

2.如权利要求1所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：铜电极的直径为1～2cm，长度为5～10m。

3.如权利要求1所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：铜电极位于油页岩矿层的中间区域。

4.如权利要求1所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：高压高频电源的电压为1～10kv，频率为10kHz～100kHz。

5.如权利要求1所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：工作井为正多边形结构，生产井位于正多边形的中心。

6.如权利要求5所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：工作井为正四边形、正五边形或正六边形结构。

7.如权利要求1所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：一半数量的铜电极与高频高压电源的正极相连，另一半数量的铜电极与高压高频电源的负极相连。

8.如权利要求1所述的一种油页岩的地下原位电磁复合加热方法，其特征在于：相邻工作井间的距离为5～10m。