CN109736763A - 一种高温气体辅助涡流加热装置及涡流加热方法 - Google Patents

Abstract

一种高温气体辅助涡流加热装置及涡流加热方法，加热装置包括空压机、气液分离器、电源箱、线圈组、金属支撑剂、金属管及非金属隔热材料。加热方法是：首先由井上电源箱向井下线圈组通电，两井内线圈组在电流下产生同向磁场，井间油页岩层压裂缝内的金属支撑剂由于涡流效应发热进而加热附近油页岩裂解产油；同时，注热井线圈组内的金属管也由于涡流效应发热，利用空压机向注热井内通入压缩气体，压缩气体经由发热的金属管被加热，因此，注热井内高温压缩气体被压入地层辅助加热裂解油页岩，同时，高温压缩气体驱替裂解产生的油页岩油进入开采井而被压缩气体携带出井口由气液分离器分离，分离出的气体再次被压缩进入注热井循环利用。

Description

一种高温气体辅助涡流加热装置及涡流加热方法

技术领域

本发明涉及一种加热装置和方法，特别涉及地下油页岩原位加热开采装置和方法。

背景技术

近年来油页岩作为一种潜在的油气资源逐渐成为相关领域专家的研究热点。固体油页岩在高温下转化为液体油一般是通过地面干馏或者地下原位转化；通过把地下油页岩开采出地面进行干馏目前已经进行了深入的研究，但是在地面干馏油页岩会带来一系列问题，如干馏残渣的处置问题、干馏废气废水的污染问题、系统工艺的成本较高等问题。因此，油页岩地下原位转化工艺引起了广大研究人员的重视与深入研究。油页岩地下原位转化工艺是先将目标油页岩层进行水力压裂造缝，然后将加热后的压缩气体或蒸汽等载热流体注入，使油页岩在高温环境下进行原位裂解产油。这种油页岩开采工艺能够大幅降低成本，并避免一系列环境问题。

油页岩地下原位转化工艺的重点技术便是地下原位加热方法。目前研究较为深入的油页岩原位加热技术主要包括壳牌的电加热技术、辐射加热技术、以及注热蒸汽加热技术等。中国发明专利CN87100890A公开的“加热油页岩的采油方法”，采用的是将电加热器下入加热井内，使油页岩层加热至400-500℃，从而将油页岩内的干酪根裂解为原油。美国雷神公司提出了利用微波加热油页岩层，因为油页岩升温速率较慢，从而使得加热的能量成本较高。太原理工大学研究了注蒸汽加热油页岩的方法，该方法及整套装备较为繁杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，而提供一种高温气体辅助涡流加热装置及涡流加热方法。

一种高温气体辅助涡流加热装置，包括空压机、气液分离器、电源箱、线圈组、金属支撑剂、金属管及非金属隔热材料等。

所述空压机将压缩气体通过输气管道注入注热井内，同时，气液分离器所分离出的气体通入空压机以便重复利用，所注压缩气体可为氮气、二氧化碳及惰性气体。

所述电源箱通过耐高温电缆线与井下线圈组相连，电源箱可提供高频电流；非金属隔热材料呈环形将线圈组整体与外界隔绝，防止外界高温环境对线圈组的热损伤。所述金属管安装在线圈组中间，当线圈组通电时，金属管由于涡流效应被加热，根据油页岩裂解温度，设定金属管的加热温度为500℃，该温度水平可保证金属管不被熔化且满足油页岩裂解条件。

所述金属支撑剂用于支撑目标油页岩层压裂缝，水力压裂时注入含有金属支撑剂的压裂液，使金属支撑剂铺满压裂缝，防止压裂缝闭合。金属支撑剂呈球形，其直径与预定压裂缝10宽度匹配。

一种高温气体辅助涡流加热装置的涡流加热方法，包括以下步骤：

步骤一：在目标油页岩区域施工注热井与开采井；两井在目标油页岩层为裸眼钻进，后期不下入护壁套管，防止金属套管在涡流效应下热损伤；

步骤二：将线圈组及耐高温电缆线相连，注热井中的线圈组外套非金属隔热材料，内装金属管，并将金属管与输气管道相连，然后将其下入注热井中；开采井中只下入线圈组与输气管道；线圈组可在垂直方向上布置多组，注热井与开采井中的线圈组在垂直方向上两两相对，通电后线圈组内部轴线方向上可产一致的感应磁场；

步骤三：将井上空压机、气液分离器与两井按照既定方式相连，并对两井线圈组通电。两井中相对的线圈组产生的磁场方向一致，处于两井之间感应磁场内的金属支撑剂在涡流效应下发热，产生的高温加热附近油页岩。同时，注热井内金属管也因涡流效应发热，流经金属管的压缩气体被加热压入目标油页岩层的压裂缝中，高温压缩气体对油页岩裂解起辅助作用。

对油页岩加热起主要作用的是金属支撑剂的热传导，注热井内高温气体对油页岩层的加热起辅助作用，同时可防止注入的冷气体减弱金属支撑剂的加热效果。

本发明的有益效果：

1.本发明之加热装置，结构简单，能量利用率较高，并且能够获得较高的加热效率。

2.本发明之涡流加热方法，可操作性强，工艺简便，利用高温气体辅助涡流加热油页岩层能够获得较高的加热效率，并能有效提高能量利用率。

附图说明

图1为高温气体辅助涡流加热装置结构图及辅助涡流加热油页岩原理图。

图2为井下线圈组配电方式图。

1：注热井 2：输气管道 3：空压机 4：耐高温电缆线 5：电源箱 6：气液分离器 7：开采井 8：线圈组 9：金属支撑剂 10：压裂缝 11：金属管 12：非金属隔热材料 13：套管14：磁场方向

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，一种高温气体辅助涡流加热装置，包括空压机3、气液分离器6、电源箱5、线圈组8、金属支撑剂9、金属管11及非金属隔热材料12；

所述空压机3将压缩气体通过输气管道2注入注热井1内，同时，气液分离器6所分离出的气体通入空压机3以便重复利用，所注压缩气体可为氮气、二氧化碳及惰性气体。

所述电源箱5通过耐高温电缆线4与井下线圈组8相连，电源箱5可提供高频电流；非金属隔热材料12呈环形将线圈组8整体与外界隔绝，防止外界高温环境对线圈组8的热损伤。所述金属管11安装在线圈组8中间，当线圈组8通电时，金属管11由于涡流效应被加热，根据油页岩裂解温度，设定金属管11的加热温度为500℃，该温度水平可保证金属管11不被熔化且满足油页岩裂解条件。

所述金属支撑剂9用于支撑目标油页岩层压裂缝10，水力压裂时注入含有金属支撑剂9的压裂液，使金属支撑剂9铺满压裂缝10，防止压裂缝10闭合。金属支撑剂9呈球形，其直径与预定压裂缝10宽度匹配,直径范围为0.2-3mm。

一种高温气体辅助涡流加热装置的涡流加热方法，包括以下步骤：

步骤一：在目标油页岩区域施工注热井1与开采井7，注热井1与开采井7间距可为5-20m；两井在目标油页岩层为裸眼钻进，后期不下入护壁套管，防止金属套管13在涡流效应下热损伤；

步骤二：将线圈组8及耐高温电缆线4相连，注热井1中的线圈组8外套非金属隔热材料12，内装金属管11，并将金属管11与输气管道2相连，然后将其下入注热井1中；开采井7中只下入线圈组8与输气管道；线圈组可在垂直方向上布置多组，注热井1与开采井7中的线圈组8在垂直方向上两两相对，通电后线圈组8内部轴线方向上可产一致的感应磁场；

步骤三：将井上空压机3、气液分离器7与两井按照既定方式相连，并对两井线圈组8通电。两井中相对的线圈组8产生的磁场方向14一致，处于两井之间感应磁场内的金属支撑剂9在涡流效应下发热，产生的高温加热附近油页岩。同时，注热井1内金属管11也因涡流效应发热，流经金属管11的压缩气体被加热压入目标油页岩层的压裂缝10中，高温压缩气体对油页岩裂解起辅助作用。

对油页岩加热起主要作用的是金属支撑剂9的热传导，注热井1内高温气体对油页岩层的加热起辅助作用，同时可防止注入的冷气体减弱金属支撑剂9的加热效果。

Claims (2)

1.一种高温气体辅助涡流加热装置，其特征在于：包括有空压机(3)、气液分离器(6)、电源箱(5)、线圈组(8)、金属支撑剂(9)、金属管(11)及非金属隔热材料(12)；

所述电源箱(5)通过耐高温电缆线(4)与井下线圈组(8)相连；非金属隔热材料(12)呈环形将线圈组(8)整体与外界隔绝，防止外界高温环境对线圈组(8)的热损伤；所述金属管(11)安装在线圈组(8)中间，当线圈组(8)通电时，金属管(11)由于涡流效应被加热，根据油页岩裂解温度，设定金属管(11)的加热温度为500℃，该温度水平可保证金属管(11)不被熔化且满足油页岩裂解条件；

所述金属支撑剂(9)用于支撑目标油页岩层压裂缝(10)，水力压裂时注入含有金属支撑剂(9)的压裂液，使金属支撑剂(9)铺满压裂缝(10)，防止压裂缝(10)闭合；金属支撑剂(9)呈球形，其直径与预定压裂缝(10)宽度匹配,直径范围为0.2-3mm。

2.权利要求1所述一种高温气体辅助涡流加热装置的涡流加热方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一：在目标油页岩区域施工注热井(1)与开采井(7)，注热井(1)与开采井(7)间距可为5-20m；两井在目标油页岩层为裸眼钻进，后期不下入护壁套管，防止金属套管(13)在涡流效应下热损伤；

步骤二：将线圈组(8)及耐高温电缆线(4)相连，注热井(1)中的线圈组(8)外套非金属隔热材料(12)，内装金属管(11)，并将金属管(11)与输气管道(2)相连，然后将其下入注热井(1)中；开采井(7)中只下入线圈组(8)与输气管道；线圈组可在垂直方向上布置多组，注热井(1)与开采井(7)中的线圈组(8)在垂直方向上两两相对，通电后线圈组(8)内部轴线方向上可产一致的感应磁场；

步骤三：将井上空压机(3)、气液分离器(7)与两井按照既定方式相连，并对两井线圈组(8)通电；两井中相对的线圈组(8)产生的磁场方向(14)一致，处于两井之间感应磁场内的金属支撑剂(9)在涡流效应下发热，产生的高温加热附近油页岩；同时，注热井(1)内金属管(11)也因涡流效应发热，流经金属管(11)的压缩气体被加热压入目标油页岩层的压裂缝(10)中，高温压缩气体对油页岩裂解起辅助作用。