CN112431580A - 一种提高页岩油采收率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高页岩油采收率的方法，该方法基于改性的压裂液，联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油；该方法首先利用溶水性有机化合物的易溶水性，将其掺入到压裂液中；其次，利用水力压裂技术及微波辐照开采技术直接开采轻质页岩油；最后，利用溶水性有机化合物的萃取性能及微波辅助萃取的优点，将难采重质页岩油萃取至压裂液中，间接开采页岩油；本发明方法既提供了一种清洁高效开采页岩油的方法，又提供了一种有机化合物和微波的利用途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高页岩油采收率的方法，属于新兴的非常规油气开采技术领域。
背景技术
随着全球经济的快速发展，世界对能源的需求量不断上升；2019年全球一次能源消费总量已达583.9 EJ。其中，原油消费量为191.45 EJ，约占一次能源消费总量的33.06%，其在能源消费中占主导地位。近年来，中国经济的快速发展使得油气需求量大幅增加，但中国油气产量增长乏力。2019年中国石油消费量高达1.92×106 t/d，而产量仅为5.22×105t/d。巨大的供需矛盾使得我国石油资源对外依存度较高。因此，作为石油的补充资源，页岩油的勘探开发受到广泛关注。
页岩油是有机质热演化过程生成的液态烃，是其所在页岩层系所生成的原油未能完全排出，造成原油滞留或者仅经过极短距离运移就地聚集的结果，是自生自储原地聚集型原油。因此，与常规石油不同，页岩油的高效开采和持续稳产与储层内部页岩油动用情况密切相关。通常，赋存页岩油的基质孔隙尺寸小、渗透率极低（如我国四川盆地含油页岩储层渗透率低于0.1 mD，孔隙率小于3%），且页岩油粘度高、流动性能差。此外，我国含油页岩储层主要形成于陆相半深湖-深湖沉积，储层非均质性以及韧性较强，难以形成有效的压裂缝网且容易造成井壁垮塌，油井及压裂的施工难度大幅增加。地表条件复杂造成钻探前工作量和后续地面工程的投资大幅增加，钻机连续工作能力较差。页岩油资源埋藏较深（普遍为1000-4000 m）、粘度大、驱动能力差（地层压力系数普遍为0.9-1.1），可流动性能差，导致钻井机械和液压压裂机械成本上升，以及相应的钻井液、压裂液、支撑剂等钻化产品投入大幅增加。因此，必须改造含油页岩储层，通过形成良好的人造缝网结构提高储层整体渗透率，或者降低页岩油粘度，以提高其流动能力，进而实现页岩油的商业化开采。
专利号为CN201610567394.8的中国发明提出了一种基于水力压裂的水平井压裂装置、水平井压裂系统及其操作方法，该方法虽可以实现页岩油的有效开采，但存在页岩油开采不彻底，水资源消耗量大，压裂用支撑剂成本高及稳定性差等问题；专利号为CN201910485947.9的中国发明提出了本发明公开了一种基于CO2流体压裂的页岩油开采方法和装置，该发明具有节约水资源、环保、驱油效率高的优点，但是CO2气源制造困难，进而导致页岩油开采成本高；专利号为CN201910952701.8的中国发明提出了一种利用电场加热页岩油储层原位改质开采页岩油的方法，该方法利用电场加热页岩油储层原位开采页岩油。但是页岩基质吸波能力有限，因而微波能的利用效率低，导致页岩油的开采成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油的新方法；该方法首先利用溶水性有机化合物易溶水性，将溶水性有机化合物掺入到压裂液中；其次，利用水力压裂技术及微波辐照开采技术直接开采轻质页岩油；最后，利用溶水性有机化合物的萃取性能及微波辅助萃取的优点（提高溶水有机化合物的萃取能力），将难采重质页岩油萃取至压裂液中，间接开采页岩油。
本发明方法利用水力压裂技术和微波辐照开采技术，开采出轻质页岩油；再利用溶水性有机化合物的强吸收微波能力、弱酸性、萃取性能和微波辅助萃取性能，开采出重质页岩油；本发明方法既提供了一种清洁高效开采页岩油的方法，又提供了一种有机化合物和微波的利用途径。
所述溶水性有机化合物为甲醇、乙醇或丙醇，溶水性有机化合物在压裂液中的摩尔百分比为10%-35%。
所述压裂液压力为20-40 MPa，流量为0.1-0.6 m3/min。
溶水性有机化合物在水中摩尔分数为10%-35%（体积比）。
所述微波辐照中微波频率为2450 MHz，辐照功率为1000-3000W。
本发明中页岩类型包括海相油页岩、陆相油页岩。
如图2所示，本发明的原理为：
（1）利用水力压裂技术和微波辐照技术直接开采页岩储层中的页岩油；
（2）甲醇、乙醇和丙醇易溶于水，能够随压裂液进入页岩储层；
（3）甲醇、乙醇和丙醇及油页岩油的偶极分子正、负极以每秒几十亿次的速度变换，产生偶极涡流、离子传导和高频率摩擦，从而在极短的时间内产生极大的热量，提高微波能的利用率，进而导致页岩基质快速升温，强化页岩油采收率；
（4）甲醇、乙醇和丙醇具有强萃取性能，能够将重质页岩油萃取至压裂液中，进而随返排液开采至地面；
（5）甲醇、乙醇和丙醇具有弱酸性，可以溶解页岩基质中矿物质，增加页岩油的渗流通道；
（6）微波具有辅助萃取的优点，在微波作用下，极性分子会快速摆动以跟上高频电场的变化，从而对液膜产生一定扰动作用，固液扩散阻力减小，促进萃取扩散过程进行，进而有利于页岩油的开采。
本发明的有益效果为：
（1）现今的水力压裂技术及微波辐照开采技术已应用于页岩油的开采，但开采效率低，开采不彻底，尤其是对重质页岩油的开采效果不明显。为此，本发明采用廉价易得，且具有强微波吸收性能、易溶于水的有机化合物作为压裂液的添加剂，既降低了本发明提出的水力压裂中压裂液的成本，又提高了微波能的利用率；
（2）将溶水性有机化合物作为压裂液的组分，首先利用其强吸波性能，显著提高微波能的利用效率；然后利用其萃取性及微波辅助萃取优点，将页岩油重质组分萃取至压裂液中，进而开采页岩油；
（3）甲醇、乙醇和丙醇具有弱酸性，能够与页岩基质中矿物质反应，进而诱导页岩损伤，提高孔隙率，提升页岩孔隙结构连通性，增加渗流通道，强化页岩油的流动与解吸，提高页岩油的采收率；
（4）本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既有助于完善和弥补我国现有页岩油开采技术的不足，又有助于为从事非常规油气资源开采的科研和技术人员提供新的研发思路。
附图说明
图1为本发明联用水力压裂和微波辐照技术开采页岩油流程示意图；
图2为本发明联用水力压裂和微波辐照技术开采页岩油机理图；
图3为微波辐照前后的柱状海相页岩样品的XRD表征谱图；
图4为微波辐照前后的柱状海相页岩样品的压汞法（MIP）表征图；
图5为微波辐照前后的柱状陆相页岩样品的XRD表征谱图。
图6为微波辐照前后的柱状陆相页岩样品的压汞法（MIP）表征图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，实施例分别针对海相油页岩、陆相油页岩实施了本发明提出的提高页岩油采收率的方法。
实施例1：如图1所示，本提高页岩油采收率的方法，具体包括以下步骤：
（1）从含油页岩储层中取出一块柱状海相油页岩样品；
（2）将柱状页岩样品放入耐压透波容器中；
（3）将步骤（2）中的耐压透波容器内柱状页岩用混合甲醇的高压水流进行水力压裂，同时开启微波辐照装置，进行页岩油开采；甲醇在压裂液中的摩尔百分比为10%、水力压裂压力为20 MPa、流量为0.1 m3/min，微波频率为2450 MHz、微波辐照功率为1000 W；
（4）利用液相色谱仪确定压裂回收液中页岩油含量，进而确定页岩油的采收率；
（5）利用X射线衍射相分析（XRD）和压汞法（MIP）表征，确定作用后页岩样品矿物质及孔隙率的变化规律；
（6）通过与单纯水力压裂（水力压裂压力为20MPa）获得的页岩油采收量，以及单纯微波辐照（辐照功率为1000W）获得的采收量进行对比，进而明确本发明提出的基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油方法的可行性。
结果表明：（1）相比单纯水力压裂对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了35%；（2）相比单纯微波辐照对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了21%；（3）作用后的页岩样品矿物质含量降低5%（本实施例方法微波辐照前后的柱状海相页岩样品的XRD表征谱图见图3），孔隙率提高10%（本实施例方法微波辐照前后的柱状海相页岩样品的压汞法（MIP）表征结果见图4）。
上述实施例表明：以海相油页岩为样品，本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既能够利用甲醇强吸收微波能力，促进页岩储层的快速升温；又能够利用甲醇的弱酸性，溶解页岩基质中矿物质，提高孔隙率，增加页岩油的渗流通道。此外，还能够利用甲醇的萃取性能及微波辅助萃取的优点开采页岩油，进而提高页岩油的采收率。
实施例2：如图1所示，本提高页岩油采收率的方法，具体包括以下步骤：
（1）从含油页岩储层中取出一块柱状海相油页岩样品；
（2）将柱状页岩样品放入耐压透波容器中；
（3）将步骤（2）中的耐压透波容器内柱状页岩用混合甲醇的高压水流进行水力压裂，同时开启微波辐照装置，进行页岩油开采；甲醇在压裂液中的摩尔百分比为15%、水力压裂压力为24 MPa、流量为0.2 m3/min，微波频率为2450 MHz、微波辐照功率为1400 W；
（4）利用液相色谱仪确定压裂回收液中页岩油含量，进而确定页岩油的采收率；
（5）利用X射线衍射相分析（XRD）和压汞法（MIP）表征，确定作用后页岩样品矿物质及孔隙率的变化规律；
（6）通过与单纯水力压裂（水力压裂压力为24MPa）获得的页岩油采收量，以及单纯微波辐照（辐照功率为1400W）获得的采收量进行对比，进而明确本发明提出的基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油方法的可行性；
结果表明：（1）相比单纯水力压裂对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了36%；（2）相比单纯微波辐照对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了24%；（3）作用后的页岩样品矿物质含量降低6%，孔隙率提高9%。
上述实施例表明：以海相油页岩为样品，本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既能够利用甲醇强吸收微波能力，促进页岩储层的快速升温；又能够利用甲醇的弱酸性，溶解页岩基质中矿物质，提高孔隙率，增加页岩油的渗流通道。此外，还能够利用甲醇的萃取性能及微波辅助萃取的优点开采页岩油，进而提高页岩油的采收率。
实施例3：如图1所示，本提高页岩油采收率的方法，具体包括以下步骤：
（1）从含油页岩储层中取出一块柱状海相油页岩样品；
（2）将柱状页岩样品放入耐压透波容器中；
（3）将步骤（2）中的耐压透波容器内柱状页岩用混合乙醇的高压水流进行水力压裂，同时开启微波辐照装置，进行页岩油开采；乙醇在压裂液中的摩尔百分比为20%、水力压裂压力为28 MPa、流量为0.3 m3/min，微波频率为2450 MHz、微波辐照功率为1800 W；
（4）利用液相色谱仪确定压裂回收液中页岩油含量，进而确定页岩油的采收率；
（5）利用X射线衍射相分析（XRD）和压汞法（MIP）表征，确定作用后页岩样品矿物质及孔隙率的变化规律；
（6）通过与单纯水力压裂（水力压裂压力为28MPa）获得的页岩油采收量，以及单纯微波辐照（辐照功率为1800 W）获得的采收量进行对比，进而明确本发明提出的基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油方法的可行性。
结果表明：（1）相比单纯水力压裂对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了33%；（2）相比单纯微波辐照对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了22%；（3）作用后的页岩样品矿物质含量降低8%，孔隙率提高12%。
上述实施例表明：以海相油页岩为样品，本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既能够利用乙醇强吸收微波能力，促进页岩储层的快速升温；又能够利用甲醇的弱酸性，溶解页岩基质中矿物质，提高孔隙率，增加页岩油的渗流通道。此外，还能够利用乙醇的萃取性能及微波辅助萃取的优点开采页岩油，进而提高页岩油的采收率。
实施例4：如图1所示，本提高页岩油采收率的方法，具体包括以下步骤：
（1）从含油页岩储层中取出一块柱状陆相油页岩样品；
（2）将柱状页岩样品放入耐压透波容器中；
（3）将步骤（2）中的耐压透波容器内柱状页岩用混合乙醇的高压水流进行水力压裂，同时开启微波辐照装置，进行页岩油开采；乙醇在压裂液中的摩尔百分比为25%、水力压裂压力为32 MPa、流量为0.4 m3/min，微波频率为2450 MHz、微波辐照功率为2200 W；
（4）利用液相色谱仪确定压裂回收液中页岩油含量，进而确定页岩油的采收率；
（5）利用X射线衍射相分析（XRD）和压汞法（MIP）表征，确定作用后页岩样品矿物质及孔隙率的变化规律；
（6）通过与单纯水力压裂（水力压裂压力为32 MPa）获得的页岩油采收量，以及单纯微波辐照（辐照功率为2200 W）获得的采收量进行对比，进而明确本发明提出的基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油方法的可行性；
结果表明：（1）相比单纯水力压裂对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了36%；（2）相比单纯微波辐照对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了26%；（3）作用后的页岩样品矿物质含量降低4%（微波辐照前后的柱状陆相页岩样品的XRD表征谱图见图5），孔隙率提高11%（微波辐照前后的柱状陆相页岩样品的压汞法（MIP）表征结果见图6）。
上述实施例表明：以海相油页岩为样品，本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既能够利用乙醇强吸收微波能力，促进页岩储层的快速升温；又能够利用甲醇的弱酸性，溶解页岩基质中矿物质，提高孔隙率，增加页岩油的渗流通道。此外，还能够利用乙醇的萃取性能及微波辅助萃取的优点开采页岩油，进而提高页岩油的采收率。
实施例5：如图1所示，本提高页岩油采收率的方法，具体包括以下步骤：
（1）从含油页岩储层中取出一块柱状陆相油页岩样品；
（2）将柱状页岩样品放入耐压透波容器中；
（3）将步骤（2）中的耐压透波容器内柱状页岩用混合丙醇的高压水流进行水力压裂，同时开启微波辐照装置，进行页岩油开采；丙醇在压裂液中的摩尔百分比为30%、水力压裂压力为36 MPa、流量为0.5 m3/min，微波频率为2450 MHz、微波辐照功率为2600 W；
（4）利用液相色谱仪确定压裂回收液中页岩油含量，进而确定页岩油的采收率；
（5）利用X射线衍射相分析（XRD）和压汞法（MIP）表征，确定作用后页岩样品矿物质及孔隙率的变化规律；
（6）通过与单纯水力压裂（水力压裂压力为36 MPa）获得的页岩油采收量，以及单纯微波辐照（辐照功率为2600 W）获得的采收量进行对比，进而明确本发明提出的基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油方法的可行性；
结果表明：（1）相比单纯水力压裂对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了38%；（2）相比单纯微波辐照对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了26%；（3）作用后的页岩样品矿物质含量降低8%，孔隙率提高14%。
上述实施例表明：以海相油页岩为样品，本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既能够利用丙醇强吸收微波能力，促进页岩储层的快速升温；又能够利用甲醇的弱酸性，溶解页岩基质中矿物质，提高孔隙率，增加页岩油的渗流通道。此外，还能够利用丙醇的萃取性能及微波辅助萃取的优点开采页岩油，进而提高页岩油的采收率。
实施例6：如图1所示，本提高页岩油采收率的方法，具体包括以下步骤：
（1）从含油页岩储层中取出一块柱状陆相油页岩样品；
（2）将柱状页岩样品放入耐压透波容器中；
（3）将步骤（2）中的耐压透波容器内柱状页岩用混合甲醇的高压水流进行水力压裂，同时开启微波辐照装置，进行页岩油开采；甲醇在压裂液中的摩尔百分比为35%、水力压裂压力为40 MPa、流量为0.6 m3/min，微波频率为2450 MHz、微波辐照功率为3000 W；
（4）利用液相色谱仪确定压裂回收液中页岩油含量，进而确定页岩油的采收率；
（5）利用X射线衍射相分析（XRD）和压汞法（MIP）表征，确定作用后页岩样品矿物质及孔隙率的变化规律；
（6）通过与单纯水力压裂（水力压裂压力为40MPa）获得的页岩油采收量，以及单纯微波辐照（辐照功率为3000W）获得的采收量进行对比，进而明确本发明提出的基于改性的压裂液，并联合水力压裂技术和微波辐照技术开采页岩油方法的可行性；
结果表明：（1）相比单纯水力压裂对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了38%；（2）相比单纯微波辐照对应的页岩油采收量，实施本发明对应的页岩油采收率提高了27%；（3）作用后的页岩样品矿物质含量降低8%，孔隙率提高17%。
上述实施例表明：以海相油页岩为样品，本发明提出的提高页岩油采收率的方法，既能够利用丙醇强吸收微波能力，促进页岩储层的快速升温；又能够利用甲醇的弱酸性，溶解页岩基质中矿物质，提高孔隙率，增加页岩油的渗流通道。此外，还能够利用丙醇的萃取性能及微波辅助萃取的优点开采页岩油，进而提高页岩油的采收率。
Claims (5)
1.一种提高页岩油采收率的方法，其特征在于：将含有溶水性有机化合物的高压压裂液注入页岩中进行水力压裂，同时利用微波发生器对页岩进行微波辐照，以提高页岩油采收率。
2.根据权利要求1所述的提高页岩油采收率的方法，其特征在于：溶水性有机化合物为甲醇、乙醇或丙醇。
3.根据权利要求2所述的提高页岩油采收率的方法，其特征在于：溶水性有机化合物在压裂液中的摩尔百分比为10%-35%。
4.根据权利要求1所述的提高页岩油采收率的方法，其特征在于：压裂液压力为20-40MPa，流量为0.1-0.6 m3/min。
5.根据权利要求1所述的提高页岩油采收率的方法，其特征在于：微波辐照中微波频率为2450 MHz，辐照功率为1000-3000W。
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