CN108825193B - 油页岩原位开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油页岩原位开采方法，包括：在油页岩地层钻井，至少包括加热井，生产井，注气井；利用生产井或注气井在油页岩顶部和底部分别进行水力压裂，形成水平裂缝，在裂缝中充填高性能隔水绝热材料形成隔水绝热层；基于加热区域范围和油页岩地层的厚度确定加热井的数量和布井方式，对油页岩地层进行加热；监测油页岩地层的压力和温度，当加热区域地层压力降低到接近未加热区域的地层压力时，将产出的气体通过注气井注入油页岩地层；持续加热直至所述加热区域内油页岩热解，停止加热，继续注气生产，直至结束。本发明的优点在于：能够有效降低油页岩在加热过程中的热量损失，提高加热效率和油收率，改善经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及油页岩开采领域，更具体地，涉及一种油页岩原位开采方法。
背景技术
世界范围内油页岩资源非常丰富，为了有效且环保开发利用油页岩资源，自上世纪70年代以来，在世界范围内被提出的油页岩原位开采技术主要有十几种。
目前，Shell公司的ICP技术采用电阻加热器对油页岩层进行加热，陆续开展了6次现场加热试验，为防止地层水流入加热区域增加热损失，Shell公司提出了冷冻墙技术并进行了2次现场试验，冷冻墙对地层水的入侵起到了一定抑制作用，降低了加热过程的能耗，但冷冻墙技术的实施成本过大，很难推广。埃克森美孚提出了ElectrofracTM技术，尝试结合水平井技术利用电能加热油页岩储层；AMSO公司提出的CCR技术、Chevron公司提出的Crush技术、太原理工大学提出的注蒸汽加热技术等，目的是利用热流体加热地层中的油页岩进而生产出油气；Raytheon公司提出的RF/CF技术、Phoenix Wyoming公司提出的Microwave技术、LLNL提出的射频工艺等采用微波、射频等方式加热油页岩层。这些技术主要通过改变加热方式来提高加热效率，但是无法阻止地层水侵入导致的大量热损失，同时加热过程中热量也大量损失在上覆地层中，因此很难从根本上降低能耗，提高热效率，导致这些技术主要停留在研究阶段，没有进行推广。
因此，有必要开发一种油页岩原位开采方法，能够有效降低油页岩在加热过程中的热量损失，提高加热效率和油气采收率，改善经济效益。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种油页岩原位开采方法，其通过在裂缝中充填高性能隔水绝热材料形成隔水绝热层，采用注气的方式合理控制加热区域的地层压力，能够有效降低油页岩在加热过程中的热量损失，提高加热效率和油收率，改善经济效益。
本发明提出了一种油页岩原位开采方法。包括以下步骤：
步骤1，在油页岩地层钻井，至少包括加热井，生产井，注气井；
步骤2，利用所述生产井或所述注气井在油页岩顶部和底部分别进行水力压裂，形成水平裂缝，在裂缝中充填高性能隔水绝热材料形成隔水绝热层；
步骤3，基于加热区域范围和所述油页岩地层的厚度确定加热井的数量和布井方式，对油页岩地层进行加热；
步骤4，监测油页岩地层的压力和温度，当加热区域地层压力降低到接近未加热区域的地层压力时，将产出的气体通过所述注气井注入所述油页岩地层；
步骤5，持续加热直至所述加热区域内油页岩热解，停止加热，继续注气生产，直至结束。
优选地，所述加热井为水平井。
优选地，所述生产井和所述注气井为直井。
优选地，所述加热井设置于所述油页岩层的中部。
优选地，步骤3包括：所述加热井直井段采用套管固井，所述套管下入深度为所述油页岩层顶部向下3-5m。
优选地，所述加热井水平段采用裸眼完井，在加热井水平段设置电加热器，对所述油页岩进行加热。
优选地，所述电加热器是电阻加热器、电磁感应加热器、微波加热器或射频加热器。
优选地，所述套管底部设有隔热封隔器。
优选地，当所述步骤4产出的气体量不足时，掺入氮气，使得所述加热区域的地层压力高于周围区域的地层压力。
优选地，所述加热区域上下各有一层所述隔水绝热层。
根据本发明的一种油页岩原位开采方法，其优点在于：在油页岩顶部和底部分别进行水力压裂，形成水平裂缝，裂缝中充填高性能隔水绝热材料，压力结束后在加热区上下形成近似圆饼状的隔水绝热层，能够减少上下地层水的入侵，降低加热区域热量向顶部和底部地层的散失；在套管底部采用隔热封隔器封隔加热段，防止生成的油气从油套环空上返，并减少热量损失；产出的气体中掺入氮气有效防止周围未加热区域的水流入加热区域，降低热损失，同时在注入气体的驱动下，热解生成的油气更容易产出，提高油气采收率。
本发明的原位开采方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一种油页岩原位开采方法的步骤的流程图。
图2a和图2b示出了根据本发明的一个示例性实施例的开采结构的示意图的主视图和俯视图。
图3示出了根据本发明一个示例性实施例的隔水隔热处理与未隔水隔热处理温度分布对比图。
附图标记说明：
1、加热井；2、生产井；3、注气井；4、顶板水平裂缝；
5、底板水平裂缝；6、顶板；7、油页岩层；8、底板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种油页岩远未开采方法，包括以下步骤：
步骤1，在油页岩地层钻井，包括至少一口加热井、一口生产井和一口注气井。
作为优选方案，加热井是水平井，生产井和注气井是直井。
作为优选方案，加热井设置于油页岩层的中部。
步骤2，利用生产井或注气井在油页岩顶部和底部分别进行水力压裂，形成水平裂缝，在裂缝中充填高性能隔水绝热材料形成隔水绝热层，压裂结束后在加热区域上下各形成一层近似圆饼状的隔水绝热层。
上述隔水绝热层能够减少上下地层水的入侵，降低加热区域热量向顶部和底部地层的散失。
步骤3，基于加热区域范围和所述油页岩地层的厚度确定加热井的数量和布井方式，对油页岩地层进行加热。
作为优选方案，加热井直井段采用套管固井，套管下入深度为油页岩层顶部向下3-5米。
作为优选方案，加热井水平段采用裸眼完井，在加热井水平段设置电加热器，对油页岩进行加热。
作为优选方案，电加热器采用电阻加热器、电磁感应加热器、微波加热器或射频加热器。
作为优选方案，套管底部设有隔热封隔器。
在套管底部采用隔热封隔器封隔加热段，防止生成的油气从油套环空上返，并减少热量损失。
步骤4，加热初期，监测油页岩地层的压力和温度，当加热区域地层压力降低到接近未加热区域的地层压力时，将产出的气体通过注气井注入油页岩地层，维持加热区域地层压力比周围区域压力略高。
其中，可以通过生产井和注气井对地层压力和温度进行监测，也可以钻独立的监测井进行监测，当监测到地层压力不断升高后又开始降低，说明产出油气的压力已经使地层产生层裂缝，使加热井、生产井和注气井连通，油气已经开始从生产井产出，当加热区域地层压力降低到接近未加热区域的地层压力时，将产出的气体经过处理后通过注气井注入地层。
作为优选方案，当产出的气体量不足时，可以适当掺入氮气等气体，使得加热区域地层压力高于周围区域压力。
维持加热区域地层压力比周围区域压力略高，有效防止周围未加热区域的水流入加热区域，降低热损失，同时在注入气体的驱动下，热解生成的油气更容易产出，提高油气采收率。
步骤5，持续加热直至加热区域内油页岩热解，停止加热，继续注气生产，直至结束。
本发明的油页岩原位开采方法，通过在裂缝中充填高性能隔水绝热材料形成隔水绝热层，采用注气的方式合理控制加热区域的地层压力，能够有效降低油页岩在加热过程中的热量损失，提高加热效率和油收率，改善经济效益。
实施例
图1示出了根据本发明的一种油页岩原位开采方法的步骤的流程图。图2a和图2b示出了根据本发明的一个示例性实施例的开采结构的示意图的主视图和俯视图。
如图1、图2a和图2b所示，一种油页岩原位开采方法，包括：
步骤1，在油页岩地层钻井，包括一口加热井1，一口生产井2，一口注气井3。
其中，加热井1是水平井，生产井2和注气井3是直井，加热井1设置在油页岩层中部，生产井2和注气井3根据需要设置在加热井1周围。
步骤2，基于生产井2在油页岩顶部和底部分别进行水力压裂，在顶板6下形成顶板水平裂缝4，在底板8上形成底板水平裂缝5，在顶板水平裂缝4和底板水平裂缝5中充填高性能隔水绝热材料，本实施例采用疏水SiO2纳米气凝胶，要保证顶板水平裂缝4和底板水平裂缝5规模足够大，压裂结束后在加热区域上下形成近似圆饼状的隔水绝热层，使得加热区成为相对隔水绝热的区域。
步骤3，加热井1直井段采用套管固井，套管下入深度为油页岩顶部偏下4米，水平段采用裸眼完井，将电阻加热器下入到加热井1水平段，在加热井1套管底部采用隔热封隔器封隔加热段，生产井2和注气井3在油页岩层7上部采用套管固井，在油页岩层7采用筛管完井，在生产井2中下入生产管串，在注气井3中下入注气管串。
步骤4，加热初期，通过生产井2和注气井3对地层压力和温度进行监测，生产井2连续生产，当监测到地层压力不断升高后开始降低，说明产出油气的压力已经使地层产生层理缝，使得加热井1、生产井2和注气井3连通，油气已经开始大量从生产井2产出，当加热区域地层压力降低到接近未加热区域的地层压力时，将产出的气体经过处理后通过注气井3注入地层，如果气量不足，也可以适当掺入氮气等气体，维持加热区域地层压力比周围区域压力高0.5MPa。
步骤5，持续加热直至加热区域内绝大部分油页岩热解完全，停止加热，继续注气生产，直至结束。
图3示出了根据本发明一个示例性实施例的隔水隔热处理与未隔水隔热处理温度分布对比图。
在本示例性实施例中，加热井1的加热温度为750℃，顶板6和底板8导热系数为1.5W/(m.K)，经过处理后的隔水绝热层导热系数为0.1W/(m.K)，通过模拟计算，在未进行加热井1顶部和底部隔水隔热处理情况下，加热井1周围随距离增加温度迅速下降，加热400天后的加热区达到热解温度区域很小，进行加热井1顶部和底部隔水隔热处理后，加热区的温度显著提高，加热400天后，距离加热井1的4米范围内的油页岩都达到300度以上，如图3所示，达到了隔热处理的效果。通过注气及隔水隔热措施，使加热区域内油页岩完全热解的时间大大缩短，生成油气的采收率也有一定幅度的提高。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。
Claims (6)
1.一种油页岩原位开采方法，包括以下步骤：
步骤1，在油页岩地层钻井，至少包括加热井，生产井，注气井；所述加热井为水平井；所述生产井和所述注气井为直井；
步骤2，利用所述生产井或所述注气井在所述油页岩地层的顶部和底部分别进行水力压裂，形成水平裂缝，在裂缝中充填高性能隔水绝热材料形成隔水绝热层；
步骤3，基于加热区域范围和所述油页岩地层的厚度确定加热井的数量和布井方式，对油页岩地层进行加热；
步骤4，监测油页岩地层的压力和温度，当加热区域地层压力降低到接近未加热区域的地层压力时，将产出的气体通过所述注气井注入所述油页岩地层；
步骤5，持续加热直至所述加热区域内油页岩热解，停止加热，继续注气生产，直至结束；
所述加热区域上下各有一层所述隔水绝热层；
当所述步骤4产出的气体量不足时，掺入氮气，使得所述加热区域的地层压力高于周围区域的地层压力。
2.根据权利要求1所述的油页岩原位开采方法，其中，所述加热井设置于所述油页岩地层的中部。
3.根据权利要求1所述的油页岩原位开采方法，其中，步骤3包括：所述加热井直井段采用套管固井，所述套管下入深度为所述油页岩地层的顶部向下3-5m。
4.根据权利要求3所述的油页岩原位开采方法，其中，所述加热井水平段采用裸眼完井，在加热井水平段设置电加热器，对所述油页岩地层进行加热。
5.根据权利要求4所述的油页岩原位开采方法，其中，所述电加热器是电阻加热器、电磁感应加热器、微波加热器或射频加热器。
6.根据权利要求3所述的油页岩原位开采方法，其中，所述套管底部设有隔热封隔器。
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- 2017-05-05 CN CN201710312827.XA patent/CN108825193B/zh active Active
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| CN108825193A (zh) | 2018-11-16 |
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