CN109519158A - 一种一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法，包括以下步骤：1）向含有机质的页岩层注入热量，把页岩加热至高于250℃；2）有机质裂解产生天然气、碳2至碳5类轻烃气体和轻质的原油，这些产物能从页岩油藏的采油井中采出，裂解的副产物之一是焦炭和极重的沥青质，它们沉积在页岩油藏中；3）把氧气或富氧气体从页岩油藏的采油井注入到页岩油藏中；沉积在页岩油藏中的焦炭和极重的沥青质被氧化而产生富含CO2的气体；4）富含CO2的气体进入邻近的含油储层中，含油储层中的原油从安装在该储层的采油井中产出；5）连通页岩和含油储层的通道中放置CO氧化的催化剂，以使尾气中的CO和氧浓度降至最低，同时也提高CO2的浓度；6）完成含油储层的开采。该方法可以取得很高的采收率并且不需要对含油储层进行压裂，显著提高经济效益。
Description
技术领域
本发明属于油气开发技术领域，具体涉及一种一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法。
背景技术
在许多含油气的盆地存在含有机质的页岩层。在此页岩层的上部或下部存在含油气的储层。含有机质的页岩层中的重质油和固相的有机质无法用目前工业应用的体积压裂技术进行开采。如果这些储层的渗透率低，存有的油中的含气量低，依靠目前工业应用的体积压裂技术无法取得高采收率和经济性。已有的强化采油技术包括注入二氧化碳 (CO2)，但成本较高。需要专门的CO2的供应源和输送管线。对于含有机质的页岩层与含油气的储层之间存在低渗透的夹层的构造情况，目前还没有任何一体开采页岩和油气储层的技术和方法。请参考Weijian Mo等的专利申请 CN107002486A 对现有专利和文献的描述，如US6688387A, US6991036A, US6698515A, US6880633A, US6782947A, US6991045A,US7073578A, US7121342A, US7320364A, US7527094A等。最相关目前工业应用的体积压裂技术的专利是 Weijian Mo等的 CN107002486A。但此专利是利用增压方法，并且仅用于紧临于页岩层的含油储层的开发。该专利没有涉及用裂解方法开采页岩油藏后残留焦炭的利用。本发明提供了一种原位产生CO2富集气体的方法，并利用这些CO2可以强化含油储层的采收率。同时，本发明给出了当夹层存在情况下如何从含油储层采油的方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法，该方法可以取得很高的采收率并且不需要对含油储层进行压裂，显著提高经济效益。
本发明采用如下技术方案：一种一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法，包括以下步骤：
1）向含有机质的页岩层注入热量，把页岩加热至高于250℃；
2）有机质裂解产生天然气、碳2至碳5类轻烃气体和轻质的原油，这些产物能从页岩油藏的采油井中采出，裂解的副产物之一是焦炭和极重的沥青质，它们沉积在页岩油藏中；
3）把氧气或富氧气体从页岩油藏的采油井注入到页岩油藏中，沉积在页岩油藏中的焦炭和极重的沥青质被氧化而产生富含CO2的气体；富含CO2的气体进入邻近的含油储层中；
残留在油藏中的焦炭和碳氢化合物与O2反应生成CO2、CO和水蒸汽，称为 CO2富集尾气；CO2富集尾气运移至邻近的含油储层；含油储层压力增大，所含的油与CO2和轻烃达到完全互溶，形成气驱和CO2互溶强化采油；
4）含油储层中的原油从安装在该储层的采油井中产出；
5）连通页岩和含油储层的通道中放置CO氧化的催化剂，以使尾气中的CO和氧浓度降至最低，同时也提高CO2的浓度；
6）完成含油储层的开采。
在本发明的优选的实施方式中，步骤1）中，页岩加热至250-360℃。
在本发明的优选的实施方式中，步骤1）中，注入是连续注入或间歇式注入。
在本发明的优选的实施方式中， 所述的富氧气体为空气或氧气。
在本发明的优选的实施方式中，步骤6）中，运移是直接运移或通过连通页岩和含油储层的通道运移。
在本发明的优选的实施方式中，尾气中的CO和氧浓度降至小于30%，更优选为小于5%，最优选为小于0.5%。
在本发明的优选的实施方式中，安装在页岩油藏和含油储层的采油井和富氧气体的注入量用来控制压力和温度，以保持含油储层处于最佳CO2互溶强化采油操作范围。
在本发明的优选的实施方式中，氧气或富氧气体的注入量根据操作费用与产油量进行优化，只需一小部分焦炭的氧化就可满足要求。
在本发明的优选的实施方式中，对非常低渗的含油储层，所述的一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法在用体积压裂方法处理后再实施。
在本发明的优选的实施方式中，所述的一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法作为一个二次采油方法。
与现有技术相比，本发明的方法可实现页岩和含油储层的一体开发，含油储层的原油完全依靠页岩原位生成的CO2来开采，过程的可控性强，可以通过两个产油井和富氧气体的注入量和流量来控制压力和温度，这样可以促使形成CO2混合的油带以达到驱油最佳效果。
CO2驱油提高含油储层采收率的机理主要有以下几点：（1) 降低原油粘度。（2）使原油体积膨胀，形成CO2和轻质烃混合的油带（oil banking），油带移动是最有效的驱油过程，可使采收率达到90%以上。（3）使原油中轻烃萃取和汽化。（4）混相效应。（5） 降低界面张力。
当页岩和含油储层之间存在夹层时，预先用直井建立垂直通道。连通页岩和含油储层的通道中可以放置CO氧化的催化剂以使尾气中的CO和氧浓度降至最低。
如果含油储层的渗透率非常低，可以用体积压裂方法对其处理后再实施本发明的技术。本发明也可作为一个二次采油方法，即用于含油储层压裂开采后的增产技术。本发明对具有相似地质构造的重油油藏（即纵向有双层或多层含油层）的开采也有效。对其中较厚的重油油层进行加热处理。
附图说明
下面结合附图做进一步的说明：
图1为一体开发含油储层与直接相邻的页岩；
图2为一体开发含油储层与间邻的页岩。
具体实施方式
为了对本发明的目的、技术方案及技术效果有更加清楚的理解，现对照附图及具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1：地质和油藏模式Ⅰ- 含油储层与页岩直接相邻（如图1所示）
1）在页岩层布置水平井组：包括多个水平井用于放置加热电缆，一口水平产油井（1），在含油储层顶层布置一口水平产油井（2），加热页岩层时可以关闭或开启水平产油井（2），将页岩温度上升至250-360℃。
2）页岩层的有机质裂解产生天然气、碳2至碳5类轻烃气体、和轻质的原油，并从水平产油井（1）产出，停止加热操作。
3）把氧气或富氧气体如空气从页岩油藏的采油井（1）注入到油藏中，注入是连续注入或间歇式注入。当含油储层压力达到可以形成原油与CO2原油互溶压力范围时，开启水平采油井（2）。CO2气体的继续流入将保持压力处于互溶压力范围。采油井（2）操作可以是连续或间歇以达到最佳采油效果。
4）含油储层中的原油从安装在该储层的采油井（2）中产出；
5）完成含油储层的开采。
实施例2：地质和油藏模式 II - 含油储层与页岩之间有夹层（如图2所示）
1) 采用数个直井建立连通页岩和含油储层的通道（3）。
2）在页岩层布置水平井组：包括多个水平井用于放置加热电缆，一口水平产油井（1）。在含油储层顶层布置一口垂直的产油井（2）。加热页岩层同时关闭水平产油井（1）。将页岩温度上升至250-360℃。
3）页岩层的有机质裂解产生天然气、碳2至碳5类轻烃气体和轻质的原油。并从水平产油井（1）产出，停止加热操作。
4）把氧气或富氧气体如空气从页岩油藏的采油井（1）注入到油藏中。注入是连续注入或间歇式注入。当含油储层压力达到可以形成原油与CO2原油互溶压力范围时，开启水平采油井（2）。CO2气体的继续流入将保持压力处于互溶压力范围。采油井（2）操作可以是连续或间歇以达到最佳采油效果。
5）含油储层中的原油从安装在该储层的采油井（2）中产出。
6）连通页岩和含油储层的通道中可以放置CO氧化的催化剂以使尾气中的CO和氧浓度降至小于30%，或者更低，小于5%; 氧浓度降至小于0.5%或者更低，同时也提高CO2的浓度。
7）完成含油储层的开采。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）向含有机质的页岩层注入热量，把页岩加热至高于250℃；
2）有机质裂解产生天然气、碳2至碳5类轻烃气体和轻质的原油，这些产物能从页岩油藏的采油井中采出，裂解的副产物之一是焦炭和极重的沥青质，它们沉积在页岩油藏中；
3）把氧气或富氧气体从页岩油藏的采油井注入到页岩油藏中，沉积在页岩油藏中的焦炭和极重的沥青质被氧化而产生富含CO2的气体；富含CO2的气体进入邻近的含油储层中；
4）含油储层中的原油从安装在该储层的采油井中产出；
5）连通页岩和含油储层的通道中放置CO氧化的催化剂，以使尾气中的CO和氧浓度降至最低，同时也提高CO2的浓度；
6）完成含油储层的开采。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，页岩加热至250-360℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，注入是连续注入或间歇式注入。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的富氧气体为空气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6）中，运移是直接运移或通过连通页岩和含油储层的通道运移。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，尾气中的CO和氧浓度降至小于30%，更优选为小于5%，最优选为小于0.5%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，安装在页岩油藏和含油储层的采油井和富氧气体的注入量用来控制压力和温度，以保持含油储层处于最佳CO2互溶强化采油操作范围。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氧气或富氧气体的注入量根据操作费用与产油量进行优化，只需一小部分焦炭的氧化就可满足要求。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对非常低渗的含油储层，所述的一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法在用体积压裂方法处理后再实施。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的一体开发含有机质的页岩和邻近的含油储层的方法作为一个二次采油方法。
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