CN110318722B - 地层加热提取油气系统及方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种地层加热提取油气系统及方法。该系统可以包括多个加热井与多个生产井，其中：多个加热井以阵列形式设置，每列加热井的数量为N个，其中N为偶数；每列加热井中的相邻两个加热井通过水平井段连接，相邻两个加热井与水平井段通过U型管连接；多个生产井以阵列形式设置，且生产井设于两两相邻的四个加热井所形成的矩形区域的中心。本发明通过在目标层段内部设置水平井段，增加加热接触范围，显著提高富含有机质地层原位开采过程中的油气采收率，解决了单纯加热依靠地层能量采出油气油收率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及富含有机质地层技术领域，更具体地，涉及一种地层加热提取油气系统及方法。
背景技术
自上世纪七八十年以来，国内外公司、研究机构和学者提出了多种富含有机质地层开采的方法如流体加热、辐射加热、燃烧加热等，Shell公司采用了电加热技术，通过进行大量的实验室和野外工作，证明采用井下电加热器进行地下加热能够采出油气，提出了ICP技术，并陆续开展了7次现场试验；IVE工艺是采用热的流体加热，需要建设输气管道，成本高昂，如果注入热蒸汽注入设备系统庞大，日常耗费高，地面将流体加热难度大，注入井下热损失大；ICP工艺加热方式简单，施工方便，加热温度可以调节，但由于富含有机质地层热传导系数较低，加热时间长，能量散失大，并且油气流出的驱动力完全依赖地层压力，最终采收率低，因此电加热的方法最终经济效益不尽人意未能进行商业推广；其他世界多家石油公司以及科研机构也开展了大量关于富含有机质地层原位开采的研究工作，但都停留在实验室研究和理念提出阶段。
目前较成熟的技术为电加热技术和流体加热技术。电加热依赖热传导加热地层，依赖地层热膨胀和有机质热解产生油气来产生压力差，油气压差下流向生产井而产出，因此驱替压差有限，没有外来能量补充，驱替能量小，最终采收率低，根据犹他大学得研究，单纯电加热依靠热膨胀产生的压差进行开采，其采收率约为20-30％。而气体加热以热对流和传导方式加热地层，加热面积大，加热效率高，且能够提供一定地层能量，但对于渗透率低的地层，在加热初期注入困难，该技术存在一定局限性。因此，有必要开发一种地层加热提取油气系统及方法。
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
本发明提出了一种地层加热提取油气系统及方法，通过在目标层段内部设置水平井段，增加加热接触范围，显著提高富含有机质地层原位开采过程中的油气采收率，解决了单纯加热依靠地层能量采出油气油收率低的问题。
根据本发明的一方面，提出了一种地层加热提取油气系统，包括多个加热井与多个生产井，其中：所述多个加热井以阵列形式设置，每列加热井的数量为N个，其中N为偶数；每列加热井中的相邻两个加热井通过水平井段连接，相邻两个加热井与水平井段通过U型管连接；所述多个生产井以阵列形式设置，且所述生产井设于两两相邻的四个加热井所形成的矩形区域的中心。
优选地，所述加热井包括油管。
优选地，加热井还包括套管，环绕于所述油管的外侧。
优选地，所述加热井通过封隔器封隔所述油管与所述套管之间的环形空间。
优选地，还包括：电缆，位于所述油管的内部；接头，位于所述电缆的下端，连接所述电缆与加热器；所述加热器，位于加热目标层段内部。
优选地，所述水平井段内填充有导热颗粒。
优选地，所述油管设于所述目标层段的顶部，所述加热器设于所述油管内部。
根据本发明的另一方面，提出了一种地层加热提取油气方法。所述方法可以包括：向第2n-1个加热井注入高温流体，使第2n-1个加热井与第2n个加热井之间形成流体回路；生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；分离所述油气，将分离获得的气体注入第2n-1个加热井；针对第2n-1个加热井与第2n个加热井之间的目标层段采油结束后，对加热井进行冷却，冷却后，向第2m个加热井注入高温流体，使第2m个加热井与第2m+1个加热井之间形成流体回路；生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；分离所述油气，将分离获得的气体注入第2m个加热井；其中，2m、2n为加热井序号，m＝1，2，…，
n＝1，2，…，
优选地，还包括：通过加热器对加热井与水平井段进行电加热；在温度达到热解温度后，注入高温流体，形成流体回路。
优选地，通过控制加热井的压力，在加热井和生产井之间生产压差，进而使生产井内热解产生的油气从生产井中流出。
本发明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方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式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，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的加热井与生产井的分布示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的加热井与生产井的分布的截面示意图。
图3示出了根据本发明的地层加热提取油气方法的步骤的流程图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的通过电加热的加热井与水平井段的截面示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的通过电加热的加热井的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的通过高温流体加热的加热井与水平井段的截面示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的通过高温流体加热的加热井的示意图。
附图标记说明：
1、加热井；2、生产井；3、水平井段；4、目标层段；5、套管；6、油管；7、封隔器；8、出气口；9、固封段；10、电缆；11、接头；12、加热器。
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。
根据本发明的地层加热提取油气系统可以包括多个加热井与多个生产井，其中：多个加热井以阵列形式设置，每列加热井的数量为N个，其中N为偶数；每列加热井中的相邻两个加热井通过水平井段连接，相邻两个加热井与水平井段通过U型管连接；多个生产井以阵列形式设置，且生产井设于两两相邻的四个加热井所形成的矩形区域的中心。
在一个示例中，加热井包括油管。
在一个示例中，加热井还包括套管，环绕于油管的外侧。
在一个示例中，加热井通过封隔器封隔油管与套管之间的环形空间。
在一个示例中，还包括：电缆，位于油管的内部；接头，位于电缆的下端，连接电缆与加热器；加热器，位于加热目标层段内部。
在一个示例中，水平井段内填充有导热颗粒。
在一个示例中，油管设于目标层段的顶部，加热器设于油管内部。
图1示出了根据本发明的一个实施例的加热井与生产井的分布示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的加热井与生产井的分布的截面示意图。
具体地，根据本发明的地层加热提取油气系统可以包括多个加热井与多个生产井，其中：多个加热井以阵列形式设置，每列加热井的数量为N个，其中N为偶数；每列加热井中的相邻两个加热井在目标层段内通过水平井段连接，相邻两个加热井与水平井段通过U型管连接，即每个加热井中包括两根U型管的竖管，分别与前一个加热井和后一个加热井连接；多个生产井以阵列形式设置，且生产井设于两两相邻的四个加热井所形成的矩形区域的中心，两两相邻指的是一行中相邻的两个加热井和一列中相邻的两个加热井，进而形成矩形区域，如图1所示，其截面位置关系如图2所示。加热井的完井方式可为裸眼完井或套管完井，套管完井的加热井包括：油管、套管、封隔器，加热井通过封隔器封隔油管与套管之间的环形空间，油管的下端还可以连接出气口，通过通入高温流体实现对加热井与水平井段的加热，其中，高温流体可以包括氮气、烃类气体等，温度为350℃-450℃。加热井还可以包括固封段，设于套管的顶部外周，用于固定加热井。
加热井还可以包括电缆，位于油管的内部；接头，位于电缆的下端，连接电缆与加热器；加热器，位于加热目标层段内部，水平井段内填充有导热颗粒，可以对加热井与水平井段实现电加热，在电加热井中，下入油管至目标层段的顶部深度，通过封隔器封隔油管与套管之间的环形空间，从油管内部下入加热器至目标层段。
本系统通过在目标层段内部设置水平井段，增加加热接触范围，显著提高富含有机质地层原位开采过程中的油气采收率，解决了单纯加热依靠地层能量采出油气油收率低的问题。
图3示出了根据本发明的地层加热提取油气方法的步骤的流程图。
在该实施例中，根据本发明的地层加热提取油气方法可以包括：步骤101，向第2n-1个加热井注入高温流体，使第2n-1个加热井与第2n个加热井之间形成流体回路；步骤102，生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；步骤103，分离油气，将分离获得的气体注入第2n-1个加热井；步骤104，针对第2n-1个加热井与第2n个加热井之间的目标层段采油结束后，对加热井进行冷却，冷却后，向第2m个加热井注入高温流体，使第2m个加热井与第2m+1个加热井之间形成流体回路；步骤105，生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；步骤106，分离油气，将分离获得的气体注入第2m个加热井；其中，2m、2n为加热井序号，m＝1，2，…，
n＝1，2，…，
在一个示例中，还包括：通过加热器对加热井与水平井段进行电加热；在温度达到热解温度后，注入高温流体，形成流体回路。
在一个示例中，通过控制加热井的压力，在加热井和生产井之间生产压差，进而使生产井内热解产生的油气从生产井中流出。
具体地，向第2n-1个加热井中的一个U型管口注入高温流体，使第2n-1个加热井与第2n个加热井之间形成流体回路；生产井开井，通过控制加热井的压力，在加热井和生产井之间生产压差，进而使生产井内热解产生的油气从生产井中流出；分离油气，将分离获得的气体注入第2n-1个加热井；针对第2n-1个加热井与第2n个加热井之间的目标层段采油结束后，对加热井进行冷却，冷却后，向第2m个加热井中的一个U型管口注入高温流体，使第2m个加热井与第2m+1个加热井之间形成流体回路；生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；分离油气，将分离获得的气体注入第2m个加热井；其中，加热井的序号是每一列从一端向另一端依次编号的。
还可以通过加热器对加热井与水平井段进行电加热；在温度达到热解温度后，注入高温流体，形成流体回路，进而通过控制加热井的压力，在加热井和生产井之间生产压差，进而使生产井内热解产生的油气从生产井中流出。
本方法通过在目标层段内部设置水平井段，增加加热接触范围，显著提高富含有机质地层原位开采过程中的油气采收率，解决了单纯加热依靠地层能量采出油气油收率低的问题。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出两个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
应用示例1
图4示出了根据本发明的一个实施例的通过电加热的加热井与水平井段的截面示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的通过电加热的加热井的示意图。
在富含有机质的目标层段4钻井，并设置加热井1和生产井2，多个加热井1以阵列形式设置，每列加热井1中的相邻两个加热井1在目标层段4内通过水平井段3连接，在水平井段3中充填碳化硅，如图4所示。加热井1包括套管5、油管6、封隔器7、固封段9，在加热井1中安装电加热器，电加热器通过电缆10或柔性管与加热器12的接头11相连，加热水平井段3中的导热颗粒，并同时加热加热井1所处的目标层段4，加热井1中加热器12上部隔热及密封装置，如图5所示。
当加热井1与生产井2中点地层温度达到300-350℃后，从加热井1中的油管6环空对地层进行注气。加热开始后即开井生产，对从生产井2中产出的油气进行分离，将分离后的气体循环注入加热井1，提高地层驱替压力，在注入气体的驱动下，产生的油气从生产井2中采出。
通过模拟计算，通过加热注气组合，对于地层厚度为30米，面积为1000平方的油页岩区块进行计算，最终采收率比单纯电加热提高25.9％。
应用示例2
图6示出了根据本发明的一个实施例的通过高温流体加热的加热井与水平井段的截面示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的通过高温流体加热的加热井的示意图。
在富含有机质的目标层段4钻井，并设置加热井1和生产井2，多个加热井1以阵列形式设置，每列加热井1中的相邻两个加热井1在目标层段4内通过水平井段3连接，如图6所示。加热井1包括套管5、油管6、封隔器7、固封段9，油管6的下端连接出气口8，通过通入高温流体实现对加热井1与水平井段3的加热，如图7所示。
当加热井1与生产井2中点地层温度达到300-350℃后，从加热井1中的油管6环空对地层进行注气。加热开始后即开井生产，对从生产井2中产出的油气进行分离，将分离后的气体循环注入加热井1，提高地层驱替压力，在注入气体的驱动下，产生的油气从生产井2中采出。
通过模拟计算，通过加热注气组合，对于地层厚度为30米，面积为1000平方的油页岩区块进行计算，最终采收率比单纯电加热提高33.1％。
综上所述，本发明通过在目标层段内部设置水平井段，增加加热接触范围，显著提高富含有机质地层原位开采过程中的油气采收率，解决了单纯加热依靠地层能量采出油气油收率低的问题。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，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各实施例。在不偏离所说明的各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。
Claims (4)
1.一种地层加热提取油气方法，利用地层加热提取油气系统，所述地层加热提取油气系统包括多个加热井与多个生产井，其中：
所述多个加热井以阵列形式设置，每列加热井的数量为N个，其中N为偶数；
每列加热井中的相邻两个加热井通过水平井段连接，相邻两个加热井与水平井段通过U型管连接；
所述多个生产井以阵列形式设置，且所述生产井设于两两相邻的四个加热井所形成的矩形区域的中心；
其中，所述加热井包括油管；
其中，加热井还包括套管，环绕于所述油管的外侧；
其中，所述加热井通过封隔器封隔所述油管与所述套管之间的环形空间；
其中，所述水平井段内填充有导热颗粒；
所述地层加热提取油气方法包括：
向第2n-1个加热井注入高温流体，使第2n-1个加热井与第2n个加热井之间形成流体回路；
生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；
分离所述油气，将分离获得的气体注入第2n-1个加热井；
针对第2n-1个加热井与第2n个加热井之间的目标层段采油结束后，对加热井进行冷却，冷却后，向第2m个加热井注入高温流体，使第2m个加热井与第2m+1个加热井之间形成流体回路；
生产井开井，生产井内热解产生的油气从生产井中流出；
分离所述油气，将分离获得的气体注入第2m个加热井；
其中，2m、2n为加热井序号，
其中，还包括：
通过加热器对加热井与水平井段进行电加热；
在温度达到热解温度后，注入高温流体，形成流体回路。
2.根据权利要求1所述的地层加热提取油气方法，其中，通过控制加热井的压力，在加热井和生产井之间生产压差，进而使生产井内热解产生的油气从生产井中流出。
3.根据权利要求1所述的地层加热提取油气方法，其中，所述地层加热提取油气系统还包括：
电缆，位于所述油管的内部；
接头，位于所述电缆的下端，连接所述电缆与加热器；
所述加热器，位于目标层段内部。
4.根据权利要求3所述的地层加热提取油气方法，其中，所述油管设于所述目标层段的顶部，所述加热器设于所述油管内部。
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