CN108756839B - 油页岩隔热增效原位转化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油页岩隔热增效原位转化方法及系统，其方法包括步骤：一、在油页岩开采区内施工一口加热注气井，并在加热注气井的周围施工多口生产井；二、在油页岩层之上构建油页岩层顶板保温隔热层；三、在油页岩层之下构建油页岩层底板保温隔热层；四、在油页岩层段进行水力压裂；五、采用高温氮气对油页岩层的有机质成分进行热解开采；其系统包括一口加热注气井和多口生产井，构建在油页岩层之上的油页岩层顶板保温隔热层和构建在油页岩层之下的油页岩层底板保温隔热层，以及加热流体流动通道和进行热解开采的高温氮气输送系统。本发明施工工艺简单，油页岩地层加热速度快，能量利用率高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

油页岩隔热增效原位转化方法及系统

技术领域

本发明属于油页岩开采技术领域，具体涉及一种油页岩隔热增效原位转化方法及系统。

背景技术

油页岩是在矿物机体中含有固体可燃有机质(油、气)的沉积岩，我国油页岩资源非常丰富，据统计1000m以内油页岩资源量为7199亿吨，按含油率6％计算，页岩油资源量为432亿吨，对油页岩油气资源的高效开采将极大缓解我国目前油气资源紧缺局面。

国内外对油页岩油气资源开采的主要方法有：露天开采高温炉干馏法与地下原位加热热解法两大类。其中，露天开采高温炉干馏法，主要开采埋深较浅的油页岩油气资源，其开采技术类似于煤矿或金属矿露天开采，将从矿层中剥离的油页岩矿块，运送至干馏厂经过一定处理后，通过高温热解提炼其中油气。而地下原位加热热解法，不同于露天开采高温炉干馏法，它是通过对地下矿体原位加热，实现油页岩油气资源的地下热解开采，由于不破坏地表、不污染环境，是一种更加绿色、有着广阔应用前景的开采方法。

目前，已知油页岩地下原位转化方法主要是：

1、壳牌的电加热技术，简称ICP技术，壳牌公司的Mahogany研究工程一直致力于革新壳牌原位转化工艺，并于1987年1月17日申请专利“加热油页岩的采油方法”，申请号87100890，公开号CN87100890A。其原理是在加热井中插入电加热器，一般加热距地表300～600m深度的油页岩。岩层被缓慢地加热到400～500℃，将油页岩中的干酪根转变为原油和天然气，再运用传统的采油方法将生成物(原油和天然气)抽汲到地面。

2、埃克森美孚于2008年3月7日申请了专利“用于原位地层加热的电阻加热器”，申请号200880009037.3，公开号为CN10163655A。该技术通过水力压裂油页岩，向裂缝中注入一种导电材料，形成加热部分，利用介质电阻原位加热油页岩。原理是运用水平井中生成的垂直裂缝，填充导电介质得到一个导电区，该导电区将页岩油加热到热解温度，生成可以用传统采油技术采出的原油和天然气。

3、Raytheon公司的RF/CF技术，这种原位技术使用射频及注入超临界二氧化碳来加热油页岩到裂解温度，从而将液体和气体驱入生产井中。在地面，二氧化碳流体被分离并重新回注到注入井中，同时油和气被炼制成汽油、燃料油及其他产品。相比其他原位方法需要加热多年才能生产出油气，这种提取技术可以在仅仅几个月内就生产出油气。该技术可调节加到目的层的热能，以生成各种各样需要的产品。如同壳牌ICP处理工艺，RF/CF技术需要大量的电能以生成射频能。根据Raytheon公司的经验，用这种技术每消耗1桶原油的能量可以采出4～5桶的原油当量。

4、太原理工大学的对流加热油页岩开采油气的方法：专利申请号为201310057719.4，公开号为CN103114831A，该发明利用群井致裂的方法，连通群井后，沿注热井注入较高压力的过热水蒸气，使矿层对流加热并压裂产生新的水平及垂直裂缝，由于油页岩的非均质性产生不均匀的热破裂，油页岩中的干酪根热解形成油气进一步破裂油页岩，由于过热蒸气压力的作用，使油页岩中形成的裂缝始终保持张开。保证了快速加热、低成本、高效率、大规模地开采油页岩中的油气。

5、太原理工大学的高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法：专利申请号为200710139353.X，公开号为CN10112226A，该发明为在地面至少钻9口井至油页岩层，采用压裂方式连通至少9口井，将高温烃类气体在地面向加热井注入，通过对流方式加热油页岩层，油页岩裂解出的页岩油气通过生产井采出。该发明的特征是使用的气体为高温烃类气体。

6、中国石油化工股份有限公司的一种原位提取油页岩中烃类的方法：专利申请号为201610134470.6，公开号为CN107178350A，该发明为钻一口加热井和一口生产井，将加热井和生产井进行改造，增加地层的渗透率，在加热井注入带有催化金属的高温超临界流体，在催化金属的作用下，超临界流体萃取油页岩中的有机质成分，形成裂解产物，超临界流体携带裂解产物流动至生产井并返出至地面。

以上的方法1和方法2是传导加热法，都是利用电或者天然气进行加热开采油气，传导加热技术比较成熟，加热容易控制，但速度较慢，容易造成大量热量损失，成本较高，且由于油页岩的热膨胀，致使部分裂缝闭合，降低了油页岩的渗透性，而产生的油气压力较低，导致油气回收率较低。

以上的方法3是辐射加热法，该方法是利用无线射频来加热油页岩，；射频加热法穿透力强，加热速度较快，但成本较高，技术难度较大。

以上的方法4和方法5是对流加热法，对流加热法对油页岩加热速度较快，但由于容易形成流体的短路，使得热流不与油页岩换热就排出地层。其中，方法4通过高温水蒸气对流传输加热油页岩矿层，开采油页岩油气，在沙漠或者缺水地区很难提供大量水源，无法保证蒸汽的供给，导致无法进行开采；使用过热蒸汽作为热载体，如果设备发生故障或者其他原因可能导致水蒸汽在地下换热过程中由于温度降低而发生液化，若变成液态水存在于油页岩储层裂缝或井内，将给加热过程带来很多问题；过热水蒸气的热容系数低，导致矿层加热缓慢，循环操作次数多，损耗与无用功加大，成本增加，效益下降。方法5虽然在一定程度上解决了方法4存在的难以获得水源、成本高、效益低、容易变成液态水给加热过程带来问题等缺陷，但是，还存在的问题是：在对流加热的过程中，油页岩中吸收的热量通过热传递的方式向其上下地层散失，油页岩层的升温慢，加热过程中的能量利用率低。

以上的方法6，每钻一口生产井，就要钻一口加热井，原位提取油页岩中烃类的效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种施工工艺简单、油页岩地层加热速度快、能量利用率高、实用性强、使用效果好、便于推广使用油页岩隔热增效原位转化方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在油页岩开采区内施工一口加热注气井，并在加热注气井的周围施工多口生产井；所述加热注气井和生产井的钻井深度均为穿过地下的油页岩层并钻至油页岩下伏地层；

步骤二、在油页岩层之上构建油页岩层顶板保温隔热层；

步骤三、在油页岩层之下构建油页岩层底板保温隔热层；

步骤四、在油页岩层段进行水力压裂，具体过程为：

步骤401、在加热注气井内下入带有上层封隔器和下层封隔器的压裂管柱作为压裂液的注入通道，所述上层封隔器的底面位于油页岩层顶板处，所述下层封隔器的顶面位于油页岩层底板处，所述上层封隔器和下层封隔器将油页岩层段隔离，位于所述上层封隔器和下层封隔器之间的一段压裂管柱为带有孔眼的花管；

步骤402、高压压裂泵车将混入耐高温支撑剂的冻胶状压裂液通过压裂管柱压入油页岩层中进行水力压裂，在油页岩层中形成网状体积裂缝，直至网状体积裂缝的范围覆盖多口生产井后停止水力压裂；

步骤403、冻胶状压裂液水化并从加热注气井内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的耐高温支撑剂滞留在水力压裂形成的网状体积裂缝中，支撑住网状体积裂缝，形成具有导流能力的网状体积裂缝作为加热流体流动通道；

步骤五、采用高温氮气对油页岩层的有机质成分进行热解开采，具体过程为：

步骤501、在加热注气井和多口生产井内均下入带有上层耐高温封隔器和下层耐高温封隔器的隔热管柱，并将位于加热注气井内的隔热管柱作为高温氮气的注入通道，将位于生产井内的隔热管柱作为高温氮气携带裂解产物返回地面的通道，所述上层耐高温封隔器的底面位于油页岩层顶板处，所述下层耐高温封隔器的顶面位于油页岩层底板处，所述上层耐高温封隔器和下层耐高温封隔器将油页岩层段隔离，位于所述上层耐高温封隔器和下层耐高温封隔器之间的一段隔热管柱为带有孔眼的花管；

步骤502、在地面向加热注气井内的隔热管柱中注入500℃以上的高温氮气，高温氮气通过隔热管柱流向井底，通过加热注气井内的射孔孔眼流入加热流体流动通道内，高温氮气在加热流体流动通道内流动过程中，通过对流加热的方式将热量传递给油页岩层，由于油页岩层顶板保温隔热层和油页岩层底板保温隔热层的作用，油页岩层吸收的热量不会继续向外传递，使得油页岩层快速升温，当油页岩层的温度升至裂解温度时，油页岩层中的有机质裂解产生含有页岩油气的裂解产物，高温氮气携带裂解产物从生产井内的隔热管柱上返至地表；

步骤503、在地面通过分离装置分离获得裂解产物。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤一中所述加热注气井周围的生产井的数量为3～10口。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤一中所述加热注气井和生产井的钻井深度均为穿过地下的油页岩层并钻至油页岩下伏地层深度5m～15m处。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤二中所述在油页岩层之上构建油页岩层顶板保温隔热层的具体过程为：

步骤201、在加热注气井内下入带有上层封隔器和下层封隔器的压裂管柱作为压裂液的注入通道，所述上层封隔器的底面位于油页岩层顶板以上10m处，所述下层封隔器的顶面位于油页岩层顶板以上5m处，所述上层封隔器和下层封隔器将油页岩层顶板以上5m～10m段隔离，位于所述上层封隔器和下层封隔器之间的一段压裂管柱为带有孔眼的花管；

步骤202、高压压裂泵车将混入隔热材料的冻胶状压裂液通过压裂管柱压入地层中进行水力压裂，在油页岩层顶板以上5m～10m段形成网状体积裂缝，直至网状体积裂缝的范围覆盖多口生产井后停止水力压裂；

步骤203、冻胶状压裂液水化并从加热注气井内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的隔热材料滞留在水力压裂形成的网状体积裂缝中，在油页岩层顶板以上5m～10m段形成混有隔热材料的油页岩层顶板保温隔热层。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤203中所述隔热材料为导热系数小于0.05W/m·k的颗粒状或粉末状隔热材料。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤三中所述在油页岩层之下构建油页岩层底板保温隔热层的具体过程为：

步骤301、在加热注气井内下入带有上层封隔器和下层封隔器的压裂管柱作为压裂液的注入通道，所述上层封隔器的底面位于油页岩层底板以下5m处，所述下层封隔器的顶面位于油页岩层底板以下10m处，所述上层封隔器和下层封隔器将油页岩层底板以下5m～10m段隔离位于所述上层封隔器和下层封隔器之间的一段压裂管柱为带有孔眼的花管；

步骤302、高压压裂泵车将混入隔热材料的冻胶状压裂液通过压裂管柱压入地层中进行水力压裂，在油页岩层底板以下5m～10m段形成网状体积裂缝，直至网状体积裂缝的范围覆盖多口生产井后停止水力压裂；

步骤303、冻胶状压裂液水化并从加热注气井内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的隔热材料滞留在水力压裂形成的网状体积裂缝中，在油页岩层底板以下5m～10m段形成混有隔热材料的油页岩层底板保温隔热层。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤303中所述隔热材料为导热系数小于0.05W/m·k的颗粒状或粉末状隔热材料。

上述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤502中所述高温氮气通过设置在地面上的高温氮气制备装置制得，所述高温氮气制备装置包括用于分离空气制备氮气的制氮机和用于加热氮气的氮气加热器，以及用于控制加热温度的温度控制器，所述制氮机的氮气出口通过第一氮气输送管与氮气加热器的氮气进口连接，所述氮气加热器的出口上连接有用于连接加热注气井内的隔热管柱的第二氮气输送管，所述第二氮气输送管上连接有压力调节阀和用于检测氮气温度的温度传感器，所述温度传感器的输出端与温度控制器的输入端连接，所述温度控制器的输出端接有用于控制氮气加热器通断电的继电器，所述继电器串联在氮气加热器的供电回路中。

本发明还提供了一种结构简单、油页岩地层加热速度快、能量利用率高、实用性强、使用效果好、便于推广使用的油页岩隔热增效原位转化系统，其特征在于：包括设置在油页岩开采区内的一口加热注气井和围绕加热注气井周围的多口生产井，构建在油页岩层之上的油页岩层顶板保温隔热层和构建在油页岩层之下的油页岩层底板保温隔热层，以及在油页岩层段进行水力压裂形成的加热流体流动通道和用于往加热流体流动通道内输送氮气并对油页岩层的有机质成分进行热解开采的高温氮气输送系统；所述油页岩层顶板保温隔热层由水力压裂形成在油页岩层顶板以上的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述油页岩层底板保温隔热层由水力压裂形成在油页岩层底板以下的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述加热流体流动通道由水力压裂形成在油页岩层段的带有耐高温支撑剂的网状体积裂缝构成；所述高温氮气输送系统包括设置在加热注气井内作为高温氮气的注入通道的隔热管柱和设置在生产井内作为高温氮气携带裂解产物返回地面的通道的隔热管柱，以及设置在地面上的高温氮气制备装置；所述隔热管柱上带有上层耐高温封隔器和下层耐高温封隔器，所述上层耐高温封隔器的底面位于油页岩层顶板处，所述下层耐高温封隔器的顶面位于油页岩层底板处，所述上层耐高温封隔器和下层耐高温封隔器将油页岩层段隔离，位于所述上层耐高温封隔器和下层耐高温封隔器之间的一段隔热管柱为带有孔眼的花管。

上述的系统，其特征在于：所述油页岩层顶板保温隔热层由水力压裂形成在油页岩层顶板以上5m～10m段的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述油页岩层底板保温隔热层由水力压裂形成在油页岩层底板以下5m～10m段的带有隔热材料的网状体积裂缝构成。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、传统的对流加热油页岩一般使用过热蒸汽，在沙漠或者缺水地区很难提供大量水源，无法保证蒸汽的供给，导致无法进行开采；而本发明采用高温氮气进行加热，氮气可以使用制氮机分离空气获得，在各种环境下均适用。

2、当使用过热蒸汽作为热载体时，当设备发生故障或者其他原因，可能导致水蒸汽在地下换热过程中由于温度降低而发生液化，若变成液态水存在于油页岩储层裂缝或井内，将给加热过程带来很多问题；本发明采用高温氮气进行加热，有效避免了以上问题的出现。

3、本发明在油页岩层的上覆地层建立一个相对的油页岩层顶板保温隔热层，在油页岩层的下伏地层中也建立一个相对的油页岩层底板保温隔热层，这样在后期加热的过程中可以避免油页岩中吸收的热量通过热传递的方式向其上下地层散失，提高了油页岩层锁住热量的能力，保证了油页岩层的快速升温及裂解，缩短了油页岩层的原位裂解时间，提高了裂解过程中的能量利用率。

4、本发明在加热过程中，氮气可以作为一种保护气，在油页岩裂解产生油气不会因为高温产生燃烧爆炸的事故，并且注入的氮气可以起到气驱油页岩裂解产生的页岩油气的作用。

5、本发明的高温氮气采用智能化程度高的高温氮气制备装置制得，高温氮气制备过程中，温度传感器能够实时检测制备氮气的温度，并能够保证制备氮气的温度始终在500℃以上，还能够通过压力调节阀调节压力，使高温氮气的压力始终处于合适范围内。

6、本发明分离后的氮气加热后能够再次从加热注气井注入，实现氮气的循环再利用。

7、本发明的施工工艺简单，油页岩地层加热速度快，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明的施工工艺简单，油页岩地层加热速度快，能量利用率高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明油页岩隔热增效原位转化方法的方法流程框图。

图2为本发明油页岩隔热增效原位转化方法步骤二的示意图。

图3为本发明油页岩隔热增效原位转化方法步骤三的示意图。

图4为本发明油页岩隔热增效原位转化方法步骤四的示意图。

图5为本发明油页岩隔热增效原位转化方法步骤五的示意图。

图6为本发明高温氮气制备装置的结构示意图。

附图标记说明:

1—加热注气井； 2—生产井； 3—压裂管柱；

4—地表； 5—套管； 6—固井水泥环；

7-1—第一上层封隔器； 7-2—第一下层封隔器； 7-3—第二上层封隔器；

7-4—第二下层封隔器； 7-5—第三上层封隔器； 7-6—第三下层封隔器；

7-7—上层耐高温封隔器； 7-8—下层耐高温封隔器；

8-1—顶板保温隔热层网状体积裂缝；

8-2—底板保温隔热层网状体积裂缝；

8-3—油页岩层网状体积裂缝； 9—油页岩层顶板保温隔热层；

10—油页岩层； 11—油页岩层底板保温隔热层；

12-1—制氮机； 12-2—氮气加热器； 12-3—温度控制器；

12-4—第一氮气输送管； 12-5—第二氮气输送管；12-6—压力调节阀；

12-7—温度传感器； 12-8—继电器； 13—隔热管柱。

具体实施方式

如图1所示，本发明的油页岩隔热增效原位转化方法，包括以下步骤：

步骤一、在油页岩开采区内施工一口加热注气井1，并在加热注气井1的周围施工多口生产井2；所述加热注气井1和生产井2的钻井深度均为穿过地下的油页岩层10并钻至油页岩下伏地层；

具体实施时，所述加热注气井1和生产井2内均设置有套管5和位于套管5外围的固井水泥环6。油页岩层10距地表4的深度为300m～600m。

本实施例中，步骤一中所述加热注气井1周围的生产井2的数量为3～10口。

本实施例中，步骤一中所述加热注气井1和生产井2的钻井深度均为穿过地下的油页岩层10并钻至油页岩下伏地层深度5m～15m处。

步骤二、在油页岩层10之上构建油页岩层顶板保温隔热层9；

本实施例中，如图2所示，步骤二中所述在油页岩层10之上构建油页岩层顶板保温隔热层9的具体过程为：

步骤201、在加热注气井1内下入带有第一上层封隔器7-1和第一下层封隔器7-2的压裂管柱3作为压裂液的注入通道，所述第一上层封隔器7-1的底面位于油页岩层顶板以上10m处，所述第一下层封隔器7-2的顶面位于油页岩层顶板以上5m处，所述第一上层封隔器7-1和第一下层封隔器7-2将油页岩层顶板以上5m～10m段隔离，位于所述第一上层封隔器7-1和第一下层封隔器7-2之间的一段压裂管柱3为带有孔眼的花管；

步骤202、高压压裂泵车将混入隔热材料的冻胶状压裂液通过压裂管柱3压入地层中进行水力压裂，在油页岩层顶板以上5m～10m段形成顶板保温隔热层网状体积裂缝8-1，直至顶板保温隔热层网状体积裂缝8-1的范围覆盖多口生产井2后停止水力压裂；

步骤203、冻胶状压裂液水化并从加热注气井1内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的隔热材料滞留在水力压裂形成的顶板保温隔热层网状体积裂缝8-1中，在油页岩层顶板以上5m～10m段形成混有隔热材料的油页岩层顶板保温隔热层9。该过程能够大大降低该深度地层的导热系数。

本实施例中，步骤203中所述隔热材料为导热系数小于0.05W/m·k的颗粒状或粉末状隔热材料。

步骤三、在油页岩层10之下构建油页岩层底板保温隔热层11；

本实施例中，如图3所示，步骤三中所述在油页岩层10之下构建油页岩层底板保温隔热层11的具体过程为：

步骤301、在加热注气井1内下入带有第二上层封隔器7-3和第二下层封隔器7-4的压裂管柱3作为压裂液的注入通道，所述第二上层封隔器7-3的底面位于油页岩层底板以下5m处，所述第二下层封隔器7-4的顶面位于油页岩层底板以下10m处，所述第二上层封隔器7-3和第二下层封隔器7-4将油页岩层底板以下5m～10m段隔离位于所述第二上层封隔器7-3和第二下层封隔器7-4之间的一段压裂管柱3为带有孔眼的花管；

步骤302、高压压裂泵车将混入隔热材料的冻胶状压裂液通过压裂管柱3压入地层中进行水力压裂，在油页岩层底板以下5m～10m段形成底板保温隔热层网状体积裂缝8-2，直至底板保温隔热层网状体积裂缝8-2的范围覆盖多口生产井2后停止水力压裂；

步骤303、冻胶状压裂液水化并从加热注气井1内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的隔热材料滞留在水力压裂形成的底板保温隔热层网状体积裂缝8-2中，在油页岩层底板以下5m～10m段形成混有隔热材料的油页岩层底板保温隔热层11。该过程能够大大降低该深度地层的导热系数。

本实施例中，步骤303中所述隔热材料为导热系数小于0.05W/m·k的颗粒状或粉末状隔热材料。

这样在油页岩层10的上覆地层和下伏地层中便形成了两层保温隔热层(油页岩层顶板保温隔热层9和油页岩层底板保温隔热层11)，从而在后期的加热过程中，油页岩层10吸收的热量不会大量地传递至上下地层，提高了油页岩层10锁住热量的能力，使其快速升温并裂解，缩短了油页岩层10的原位裂解时间，提高了裂解过程中的能量利用率。

具体实施时，在能保证冻胶状压裂液流动性的前提下，步骤202和步骤302中混入冻胶状压裂液中的隔热材料越多越好。

步骤四、如图4所示，在油页岩层10段进行水力压裂，具体过程为：

步骤401、在加热注气井1内下入带有第三上层封隔器7-5和第三下层封隔器7-6的压裂管柱3作为压裂液的注入通道，所述第三上层封隔器7-5的底面位于油页岩层顶板处，所述第三下层封隔器7-6的顶面位于油页岩层底板处，所述第三上层封隔器7-5和第三下层封隔器7-6将油页岩层10段隔离，位于所述第三上层封隔器7-5和第三下层封隔器7-6之间的一段压裂管柱3为带有孔眼的花管；

步骤402、高压压裂泵车将混入耐高温支撑剂的冻胶状压裂液通过压裂管柱3压入油页岩层10中进行水力压裂，在油页岩层10中形成油页岩层网状体积裂缝8-3，直至油页岩层网状体积裂缝8-3的范围覆盖多口生产井2后停止水力压裂；

步骤403、冻胶状压裂液水化并从加热注气井1内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的耐高温支撑剂滞留在水力压裂形成的油页岩层网状体积裂缝8-3中，支撑住油页岩层网状体积裂缝8-3，形成具有导流能力的网状体积裂缝作为加热流体流动通道；

步骤五、如图5所示，采用高温氮气对油页岩层10的有机质成分进行热解开采，具体过程为：

步骤501、在加热注气井1和多口生产井2内均下入带有上层耐高温封隔器7-7和下层耐高温封隔器7-8的隔热管柱13，并将位于加热注气井1内的隔热管柱13作为高温氮气的注入通道，将位于生产井2内的隔热管柱13作为高温氮气携带裂解产物返回地面的通道，所述上层耐高温封隔器7-7的底面位于油页岩层顶板处，所述下层耐高温封隔器7-8的顶面位于油页岩层底板处，所述上层耐高温封隔器7-7和下层耐高温封隔器7-8将油页岩层10段隔离，位于所述上层耐高温封隔器7-7和下层耐高温封隔器7-8之间的一段隔热管柱13为带有孔眼的花管；

步骤502、在地面向加热注气井1内的隔热管柱13中注入500℃以上的高温氮气，高温氮气通过隔热管柱13流向井底，通过加热注气井1内的射孔孔眼流入加热流体流动通道内，高温氮气在加热流体流动通道内流动过程中，通过对流加热的方式将热量传递给油页岩层10，由于油页岩层顶板保温隔热层9和油页岩层底板保温隔热层11的作用，油页岩层10吸收的热量不会继续向外传递，使得油页岩层10快速升温，当油页岩层10的温度升至裂解温度时，油页岩层10中的有机质裂解产生含有页岩油气的裂解产物，高温氮气携带裂解产物从生产井2内的隔热管柱13上返至地表；

本实施例中，如图6所示，步骤502中所述高温氮气通过设置在地面上的高温氮气制备装置制得，所述高温氮气制备装置包括用于分离空气制备氮气的制氮机12-1和用于加热氮气的氮气加热器12-2，以及用于控制加热温度的温度控制器12-3，所述制氮机12-1的氮气出口通过第一氮气输送管12-4与氮气加热器12-2的氮气进口连接，所述氮气加热器12-2的出口上连接有用于连接加热注气井1内的隔热管柱13的第二氮气输送管12-5，所述第二氮气输送管12-5上连接有压力调节阀12-6和用于检测氮气温度的温度传感器12-7，所述温度传感器12-7的输出端与温度控制器12-3的输入端连接，所述温度控制器12-3的输出端接有用于控制氮气加热器12-2通断电的继电器12-8，所述继电器12-8串联在氮气加热器12-2的供电回路中。

步骤503、在地面通过分离装置分离获得裂解产物。

具体实施时，分离后的氮气加热后能够再次从加热注气井1注入，实现氮气的循环再利用。

本发明的油页岩隔热增效原位转化系统，包括设置在油页岩开采区内的一口加热注气井1和围绕加热注气井1周围的多口生产井2，构建在油页岩层10之上的油页岩层顶板保温隔热层9和构建在油页岩层10之下的油页岩层底板保温隔热层11，以及在油页岩层10段进行水力压裂形成的加热流体流动通道和用于往加热流体流动通道内输送氮气并对油页岩层10的有机质成分进行热解开采的高温氮气输送系统；所述油页岩层顶板保温隔热层9由水力压裂形成在油页岩层顶板以上的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述油页岩层底板保温隔热层11由水力压裂形成在油页岩层底板以下的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述加热流体流动通道由水力压裂形成在油页岩层10段的带有耐高温支撑剂的网状体积裂缝构成；所述高温氮气输送系统包括设置在加热注气井1内作为高温氮气的注入通道的隔热管柱13和设置在生产井1内作为高温氮气携带裂解产物返回地面的通道的隔热管柱13，以及设置在地面上的高温氮气制备装置；所述隔热管柱13上带有上层耐高温封隔器7-7和下层耐高温封隔器7-8，所述上层耐高温封隔器7-7的底面位于油页岩层顶板处，所述下层耐高温封隔器7-8的顶面位于油页岩层底板处，所述上层耐高温封隔器7-7和下层耐高温封隔器7-8将油页岩层10段隔离，位于所述上层耐高温封隔器7-7和下层耐高温封隔器7-8之间的一段隔热管柱13为带有孔眼的花管。

本实施例中，所述油页岩层顶板保温隔热层9由水力压裂形成在油页岩层顶板以上5m～10m段的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述油页岩层底板保温隔热层11由水力压裂形成在油页岩层底板以下5m～10m段的带有隔热材料的网状体积裂缝构成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在油页岩开采区内施工一口加热注气井(1)，并在加热注气井(1)的周围施工多口生产井(2)；所述加热注气井(1)和生产井(2)的钻井深度均为穿过地下的油页岩层(10)并钻至油页岩下伏地层；

步骤二、在油页岩层(10)之上构建油页岩层顶板保温隔热层(9)；

步骤三、在油页岩层(10)之下构建油页岩层底板保温隔热层(11)；

步骤四、在油页岩层(10)段进行水力压裂，具体过程为：

步骤401、在加热注气井(1)内下入带有上层封隔器和下层封隔器的压裂管柱(3)作为压裂液的注入通道，所述上层封隔器的底面位于油页岩层顶板处，所述下层封隔器的顶面位于油页岩层底板处，所述上层封隔器和下层封隔器将油页岩层(10)段隔离，位于所述上层封隔器和下层封隔器之间的一段压裂管柱(3)为带有孔眼的花管；

步骤402、高压压裂泵车将混入耐高温支撑剂的冻胶状压裂液通过压裂管柱(3)压入油页岩层(10)中进行水力压裂，在油页岩层(10)中形成网状体积裂缝，直至网状体积裂缝的范围覆盖多口生产井(2)后停止水力压裂；

步骤403、冻胶状压裂液水化并从加热注气井(1)内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的耐高温支撑剂滞留在水力压裂形成的网状体积裂缝中，支撑住网状体积裂缝，形成具有导流能力的网状体积裂缝作为加热流体流动通道；

步骤五、采用高温氮气对油页岩层(10)的有机质成分进行热解开采，具体过程为：

步骤501、在加热注气井(1)和多口生产井(2)内均下入带有上层耐高温封隔器(7-7)和下层耐高温封隔器(7-8)的隔热管柱(13)，并将位于加热注气井(1)内的隔热管柱(13)作为高温氮气的注入通道，将位于生产井(2)内的隔热管柱(13)作为高温氮气携带裂解产物返回地面的通道，所述上层耐高温封隔器(7-7)的底面位于油页岩层顶板处，所述下层耐高温封隔器(7-8)的顶面位于油页岩层底板处，所述上层耐高温封隔器(7-7)和下层耐高温封隔器(7-8)将油页岩层(10)段隔离，位于所述上层耐高温封隔器(7-7)和下层耐高温封隔器(7-8)之间的一段隔热管柱(13)为带有孔眼的花管；

步骤502、在地面向加热注气井(1)内的隔热管柱(13)中注入500℃以上的高温氮气，高温氮气通过隔热管柱(13)流向井底，通过加热注气井(1)内的射孔孔眼流入加热流体流动通道内，高温氮气在加热流体流动通道内流动过程中，通过对流加热的方式将热量传递给油页岩层(10)，由于油页岩层顶板保温隔热层(9)和油页岩层底板保温隔热层(11)的作用，油页岩层(10)吸收的热量不会继续向外传递，使得油页岩层(10)快速升温，当油页岩层(10)的温度升至裂解温度时，油页岩层(10)中的有机质裂解产生含有页岩油气的裂解产物，高温氮气携带裂解产物从生产井(2)内的隔热管柱(13)上返至地表；

步骤503、在地面通过分离装置分离获得裂解产物；

步骤二中所述在油页岩层(10)之上构建油页岩层顶板保温隔热层(9)的具体过程为：步骤201、在加热注气井(1)内下入带有上层封隔器和下层封隔器的压裂管柱(3)作为压裂液的注入通道，所述上层封隔器的底面位于油页岩层顶板以上10m处，所述下层封隔器的顶面位于油页岩层顶板以上5m处，所述上层封隔器和下层封隔器将油页岩层顶板以上5m～10m段隔离，位于所述上层封隔器和下层封隔器之间的一段压裂管柱(3)为带有孔眼的花管；

步骤202、高压压裂泵车将混入隔热材料的冻胶状压裂液通过压裂管柱(3)压入地层中进行水力压裂，在油页岩层顶板以上5m～10m段形成网状体积裂缝，直至网状体积裂缝的范围覆盖多口生产井(2)后停止水力压裂；

步骤203、冻胶状压裂液水化并从加热注气井(1)内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的隔热材料滞留在水力压裂形成的网状体积裂缝中，在油页岩层顶板以上5m～10m段形成混有隔热材料的油页岩层顶板保温隔热层(9)；步骤三中所述在油页岩层(10)之下构建油页岩层底板保温隔热层(11)的具体过程为：步骤301、在加热注气井(1)内下入带有上层封隔器和下层封隔器的压裂管柱(3)作为压裂液的注入通道，所述上层封隔器的底面位于油页岩层底板以下5m处，所述下层封隔器的顶面位于油页岩层底板以下10m处，所述上层封隔器和下层封隔器将油页岩层底板以下5m～10m段隔离位于所述上层封隔器和下层封隔器之间的一段压裂管柱(3)为带有孔眼的花管；

步骤302、高压压裂泵车将混入隔热材料的冻胶状压裂液通过压裂管柱(3)压入地层中进行水力压裂，在油页岩层底板以下5m～10m段形成网状体积裂缝，直至网状体积裂缝的范围覆盖多口生产井(2)后停止水力压裂；

步骤303、冻胶状压裂液水化并从加热注气井(1)内返排出来，由冻胶状压裂液带入地层中的隔热材料滞留在水力压裂形成的网状体积裂缝中，在油页岩层底板以下5m～10m段形成混有隔热材料的油页岩层底板保温隔热层(11)；

步骤502中所述高温氮气通过设置在地面上的高温氮气制备装置(12)制得，所述高温氮气制备装置(12)包括用于分离空气制备氮气的制氮机(12-1)和用于加热氮气的氮气加热器(12-2)，以及用于控制加热温度的温度控制器(12-3)，所述制氮机(12-1)的氮气出口通过第一氮气输送管(12-4)与氮气加热器(12-2)的氮气进口连接，所述氮气加热器(12-2)的出口上连接有用于连接加热注气井(1)内的隔热管柱(13)的第二氮气输送管(12-5)，所述第二氮气输送管(12-5)上连接有压力调节阀(12-6)和用于检测氮气温度的温度传感器(12-7)，所述温度传感器(12-7)的输出端与温度控制器(12-3)的输入端连接，所述温度控制器(12-3)的输出端接有用于控制氮气加热器(12-2)通断电的继电器(12-8)，所述继电器(12-8)串联在氮气加热器(12-2)的供电回路中。

2.按照权利要求1所述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤一中所述加热注气井(1)周围的生产井(2)的数量为3～10口。

3.按照权利要求1所述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤一中所述加热注气井(1)和生产井(2)的钻井深度均为穿过地下的油页岩层(10)并钻至油页岩下伏地层深度5m～15m处。

4.按照权利要求1所述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤203中所述隔热材料为导热系数小于0.05W/m·k的颗粒状或粉末状隔热材料。

5.按照权利要求1所述的油页岩隔热增效原位转化方法，其特征在于：步骤303中所述隔热材料为导热系数小于0.05W/m·k的颗粒状或粉末状隔热材料。

6.一种实现如权利要求1所述方法的油页岩隔热增效原位转化系统，其特征在于：包括设置在油页岩开采区内的一口加热注气井(1)和围绕加热注气井(1)周围的多口生产井(2)，构建在油页岩层(10)之上的油页岩层顶板保温隔热层(9)和构建在油页岩层(10)之下的油页岩层底板保温隔热层(11)，以及在油页岩层(10)段进行水力压裂形成的加热流体流动通道和用于往加热流体流动通道内输送氮气并对油页岩层(10)的有机质成分进行热解开采的高温氮气输送系统；所述油页岩层顶板保温隔热层(9)由水力压裂形成在油页岩层顶板以上的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述油页岩层底板保温隔热层(11)由水力压裂形成在油页岩层底板以下的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述加热流体流动通道由水力压裂形成在油页岩层(10)段的带有耐高温支撑剂的网状体积裂缝构成；所述高温氮气输送系统包括设置在加热注气井(1)内作为高温氮气的注入通道的隔热管柱(13)和设置在生产井(2)内作为高温氮气携带裂解产物返回地面的通道的隔热管柱(13)，以及设置在地面上的高温氮气制备装置(12)；所述隔热管柱(13)上带有上层耐高温封隔器(7-7)和下层耐高温封隔器(7-8)，所述上层耐高温封隔器(7-7)的底面位于油页岩层顶板处，所述下层耐高温封隔器(7-8)的顶面位于油页岩层底板处，所述上层耐高温封隔器(7-7)和下层耐高温封隔器(7-8)将油页岩层(10)段隔离，位于所述上层耐高温封隔器(7-7)和下层耐高温封隔器(7-8)之间的一段隔热管柱(13)为带有孔眼的花管。

7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于：所述油页岩层顶板保温隔热层(9)由水力压裂形成在油页岩层顶板以上5m～10m段的带有隔热材料的网状体积裂缝构成，所述油页岩层底板保温隔热层(11)由水力压裂形成在油页岩层底板以下5m～10m段的带有隔热材料的网状体积裂缝构成。