CN111594119A - 一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法 - Google Patents
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Abstract
一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，包括如下步骤：(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，所述微波加热井位于油气导出缝的中心位置；(2)当温度传感器监测所述微波加热井的温度达到上限值后，以阶梯式降低微波功率，从而对所述油页岩矿层进行辐射加热，使得生成的油气通过油气导出缝导出。该方法采用降阶梯式微波加热油页岩的加热模式，既是利用了微波功率易于控制的优点，又是效率高于间歇式微波加热模式的高效加热方法。
Description
技术领域
本发明涉及原位油页岩开采技术领域，尤其涉及一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法。
背景技术
油页岩属于非常规油气资源的一种，它当中含有的有机质干酪根需要通过加热的形式转化成气液形态的碳氢化合物，可作为常规原油的替代物。油页岩的原位开采可以克服露天开采引发的环境污染以及开采范围窄的问题。微波加热凭借着加热效率高、选择性加热、体积式加热等特点已经被提出作为油页岩原位开采方法的一种。
目前，针对微波加热原位开采油页岩的理论与技术中，大多默认微波对油页岩地层的加热是功率不变地持续式加热，很少关注微波的加热模式对地层升温造成的影响，即对油页岩开采效率的影响。然而，油页岩在微波辐射下的升温速率是依赖于油页岩本身的介电常数的，介电常数越高，微波能量越有利于转化为热能，从而对地层加热。而油页岩的介电常数拥有温度敏感的特性，即油页岩的介电常数在油页岩开始热解的时候，会大幅度上升，这就导致在微波的持续辐射下，油页岩地层的温度会更加快速地上升，若长时间持续式辐射，地层温度的最大值会超过1000℃。换句话说，在微波辐射的区域，即靠近井筒的区域会出现过热的现象，而温度过高，则会使得井筒材料失效，从而造成严重的工程问题。
因此，如何提供一种既能保证高效加热油页岩，又能满足井筒材料耐温需求的微波原位加热开采油页岩的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，本发明采用降阶梯式微波加热油页岩的加热方法，既是利用了微波功率易于控制的优点，又是效率高于间歇式加热，安全性高于连续式加热的新型加热方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，包括如下步骤：
(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，所述微波加热井位于油气导出缝的中心位置；
(2)当所述微波加热井的温度达到上限值后，以阶梯式降低微波功率，对所述油页岩矿层进行辐射加热，使生成的油气通过油气导出缝导出。
在微波加热原位开采油页岩的加热技术中，微波辐射地层时，油页岩的受热可以分为3个区域：首先是在微波加热井附近的微波穿透区，这个区域的温度在微波辐射下能在短时间内达到非常高的温度；接着是传热区域，由于高频电磁波即微波的传输距离有限，不能在地层内部无限传播，因此在远离微波穿透区的传热区域，地层温度的升高主要来自于微波穿透区向传热区域的固体热传导；最后在更远的区域，热量传递还未达到，被视为未加热区域；
从以上的地层传热机理可知，将热量从微波穿透区传递给传热区域是通过热传导的方式，但油页岩的导热系数较低，一般处于1W/(m·℃)以下，如果长时间持续式辐射地层，微波穿透区的温度会越来越高，大部分的热量来不及传递到传热区域，那么微波穿透区就会形成温度极高的过热区域，一旦这个温度超过井筒耐温材料的温度限制，则会造成严重的工程问题，这个现象在微波辐射功率高的时候，更加明显。因此为了解决这个问题，本发明利用了微波即开即断、易于控制的优点，提出了灵活的降阶梯式的微波加热方法，最大化得保证了地层传递温度的效率，而且可以在材料和工艺的允许条件下，适当地提高微波加热功率，进一步提高微波加热油页岩地层的效率。
优选地，所述微波加热井的井口设置有用于控制微波发射功率大小的控制室。
在井口设置控制室，可以随时根据温度传感器的温度结果对微波功率大小进行调整，避免温度过高对井筒造成损坏。
优选地，所述微波加热井内设置有温度传感器。
将温度传感器设置在井内，有利于随时监测微波加热温度，即将到达上限值之后随时进行调整，以防温度过高造成井筒材料失效。
优选地，步骤(2)中所述上限值为所述微波加热井井筒材料耐温的上限值。
将温度设置为井筒材料耐温的上限值，一方面可以保证井筒材料不被破坏，同时可以保证以较高功率进行加热，提高加热的效率。
优选地，所述阶梯式降低微波功率的具体操作步骤为：
(1)设置温度传感器的上限值，记为Tmax，通过所述控制室开启微波源，所述微波源的功率为P1，持续辐射地层；
(2)当所述温度传感器监测温度达到Tmax后，将所述微波源的功率在所述P1的基础上降低50-200W，继续进行辐射；
(3)重复所述步骤(2)操作，直至所有油气通过油气导出缝导出，关闭所述微波源。
本专利提出的降阶梯式加热方法，利用了微波易于控制的优点，得到的效率高于间歇式加热，安全性也优于连续式加热。因为对于间歇式的加热，在停止微波辐射时，传热方式仅依靠固体传导，效率相对较低，本发明的降阶梯式加热方法最大化得保证了地层传递温度的效率，而且在材料和工艺允许条件下，可适当地提高微波加热功率，进一步提高微波加热油页岩地层的效率。
优选地，所述P1为800-1200W。
通过采用本发明所述阶梯式降低微波功率加热的技术方案，可以采用较高的加热功率为800-1200W，远高于传统技术方案的加热功率(一般采用500W)，显著提高了微波加热油页岩地层的效率。
优选地，所述Tmax为700-750℃。
优选地，步骤(2)所述加热的温度范围为500-750℃。
本发明技术方案中，首先通过较高的加热功率对油页岩进行微波加热，可以使温度快速到达上限值，然后通过降低加热功率，加热温度一开始随之降低然后再升高，但同时也会保持在油页岩有机质转化所需的温度，使温度保持在所需范围值，一方面能满足井筒材料耐温需求，另一方面保证油气的高效开采。所以，本发明技术方案具有显著的进步。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明采用降阶梯式微波加热油页岩的加热模式，综合考虑油页岩介电常数的温敏特性对微波加热的影响，提出的灵活的降阶梯式加热方法，不仅能防止出现地层过热的现象，同时能保持高效的加热效率，高效开采油页岩。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，包括如下步骤：
(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，微波加热井位于油气导出缝的中心位置；
(2)设置温度传感器的上限值为700℃，通过控制室开启微波源，微波源的功率为800W，持续性辐射地层45天，当监测温度达到680℃时，此时将功率降低至700W，继续辐射29天，监测温度达到678℃；此时将功率降低至500W，继续辐射140天，当监测温度达到679℃；此时将功率降低至350W，继续持续辐射地层126天，此时监测温度达到656℃(具体步骤可详见表1)。
假设干酪根在油页岩地层的浓度为370mol/m3，油页岩地层厚度为1m，以微波降阶梯式总共持续辐射304天(45天+29天+140天+90天)，可以得到稠油产量306mol，轻油产量6501mol，甲烷产量1420mol。
表1实施例1降阶梯式微波加热步骤
对比例
一种微波间歇式原位加热开采油页岩的方法，包括如下步骤：
(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，微波加热井位于油气导出缝的中心位置；
(2)设置温度传感器的上限值为700℃，通过控制室开启微波源，微波源的功率为500W，持续加热248天后，Tmax达到677℃，关闭微波源5天后，Tmax降低到397℃；再次开启微波源加热10天，此时Tmax达到682℃，以此类推，详细间歇式微波加热模式可见表2。
假设干酪根在油页岩地层的浓度为370mol/m3，油页岩地层厚度为1m，以间歇式微波加热模式加热油页岩298天，可得到稠油660mol，轻油3137mol，甲烷631mol。
表2对比例间歇式微波加热步骤
根据对比例与实施例1数据可以看出，在大致相同开采油页岩天数的情况下，实施例1的产轻油量和甲烷量为对比例的2倍多，说明本发明降阶梯式微波加热技术方案产油产气效率高；并且根据步骤可以看出，对比文件1微波源开关次数是8次，而本发明功率仅需调整4次，所以，与间歇式微波加热方法相比，本发明技术方案操作简便。此外，在现有技术中无论是间歇式加热还是持续式加热，均是以恒定功率加热地层，所采用的恒定功率不能过高，因此对比例中设定为500W。若假设对比例中间歇式加热设定功率为600W，虽然加热效率提高了，但是微波开关的次数也大大增加，甚至在一天之内微波源就需要开和关的操作，这会大大降低微波设备的寿命，所以，本发明降阶梯式加热方法，不仅能防止出现地层过热的现象，同时能保持高效的加热效率，高效开采油页岩，延长设备的使用寿命。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，所述微波加热井位于油气导出缝的中心位置；
(2)当所述微波加热井的温度达到上限值后，以阶梯式降低微波功率，对所述油页岩矿层进行辐射加热，使生成的油气通过油气导出缝导出。
2.根据权利要求1所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，所述微波加热井的井口设置有用于控制微波发射功率大小的控制室。
3.根据权利要求1所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，所述微波加热井内设置有温度传感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，步骤(2)中所述上限值为所述微波加热井井筒材料耐温的上限值。
5.根据权利要求4所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，所述阶梯式降低微波功率的具体操作步骤为：
(1)设置所述温度传感器的上限值，记为Tmax，通过所述控制室开启微波源，持续辐射加热地层，所述微波源的功率为P1；
(2)当所述温度传感器监测温度即将达到Tmax后，将所述微波源功率降低50-200W，继续进行辐射加热；
(3)重复步骤(2)，直至所有油气通过油气导出缝导出，关闭所述微波源。
6.根据权利要求5所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，所述P1为800-1200W。
7.根据权利要求5所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，所述Tmax为700-750℃。
8.根据权利要求1所述一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的温度范围为500-750℃。
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| 罗万江等: "油页岩微波热解气态产物析出特性", 《化工进展》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113236212A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-10 | 西南石油大学 | 一种油页岩与煤互层协同原位开采的方法 |
| CN113236212B (zh) * | 2021-06-11 | 2022-03-29 | 西南石油大学 | 一种油页岩与煤互层协同原位开采的方法 |
| CN114837642A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-08-02 | 西南石油大学 | 一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法 |
| CN114837642B (zh) * | 2022-06-17 | 2023-09-05 | 西南石油大学 | 一种基于固态源微波装置的地下油气资源注热开采方法 |
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| CN111594119B (zh) | 2022-04-29 |
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