CN113464103A - 一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法,在气体燃烧器加热地层的同时,将纳米催化剂前驱体送入气体燃烧器内,在气体燃烧器产生的高温条件下,利用气相法生成纳米级晶体的原理,使纳米催化剂前驱体发生反应生成能促进页岩及中低熟页岩中的有机质转化为轻质油的纳米级催化剂,生成的纳米级催化剂在气体燃烧器产生的尾气的带动下,与尾气一起运移至油页岩层中,催化有机质转化。该制备方法属于一种能节省能源的加热方法,能提高中低熟页岩油和油页岩能量利用率,并降低成本的方法,用气相法制备催化剂颗粒小、原位合成携带性好,避免通过传统压裂液携带时水的使用。
Description
技术领域
本发明涉及井下加热技术领域,特别的为一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法。
背景技术
近年来石油对外依存度逐步攀升,亟需加大国内石油安全供应。而我国陆相页岩油资源潜力巨大,尤其是中低熟页岩油与油页岩。
油页岩,又称油母页岩,是一种高灰分的固体可燃有机矿产。低温干馏可获得页岩油,含油率>3.5%,有机质含量较高,其发热量一般≥4187J/g。油页岩内部的有机组分 90%以上是未熟的干酪根有机质。在我国,油页岩油资源储量十分丰富。2003-2006年,我国对油页岩资源进行了国内首次评价,查明地质资源量为7199亿吨,折合成裂解油为476亿吨(1000米以浅)。
赵文智院士将Ro为 0.5%~1%,且未转化有机质达 40%~80%的油页岩油定义为中低成熟页岩油,这与传统意义上的油页岩资源存在相当大一部分的交叉。中石油勘探开发研究院基于实验室数据和已有地质资料推测我国陆相页岩油资源技术 可采石油资源量约为(700~900)×108t,是常规石油技术可采资源总量的 3~4 倍。主 要分布在鄂尔多斯盆地、松辽盆地和准噶尔盆地 3 大坳陷型沉积盆地。
油页岩通常采用干馏工艺制取油页岩油。干馏目前工业上最成熟的油页岩开采工艺是油页岩的地面干馏,但相比于原位转化技术,地面干馏的开采成本高,占地面积大,环境污染大,而原位转化技术是一种相对环保,产油品质较好的工艺。中低熟页岩油因为有机质熟化程度低,含有大量的含有大量的固体干酪根和沥青质,必须经过长时间对地层的加热使干酪根和沥青质发生裂解和改质转化为轻质油,无法采用传统工艺进行开发。因此,油页岩与中低熟页岩油都需要采用原位转化技术才能规模开发。
原位转化技术是指直接对地下的油页岩或中低熟页岩油储层中的有机质进行原位转化与开采,不需要将油页岩矿石开采至地表。油页岩原位技术发展的历程可分为两个阶段,一是20世纪50~80年代,这一阶段主要以燃烧加热技术为主。90年代,以壳牌为主的国际石油公司又进行了油页岩原位技术研究的第二次热潮,但这次主要是以油页岩原位物理加热为主。早期油页岩原位燃烧加热技术是通过原位燃烧一部分油页岩有机物以获得其原位裂解所需的热量。根据是否需要原位采矿可将当时的原位转化工艺分为真原位 (TrueIn Situ)和改性原位(Modified In Situ)两大类。TIS方法无需采矿,地面钻孔后采用相关工艺措施提高地层渗透性,然后加热油页岩使其裂解燃烧反应,最后从开采井中采出裂解油气。MIS方法需要采矿工艺,通过采矿方法在矿层形成采空区的空洞,然后采用爆破方法将其余部分油页岩碎石化,进而提高矿层的渗透性,再通过加热点火燃烧工艺实现裂解反应,最后从开采井中采出裂解油气。之后,壳牌公司提出了In situ Conversion Process(ICP)技术。该技术先在油页岩地层中钻进垂直孔,接着在孔中使用电加热器在地下加热油页岩到650~700℉(340 ~370℃)。在商业化开采时,ICP技术将地层加热到热解温度需要3~6年,裂解油从地层中裂解,裂解产物在位于加热区的开采中收集。ElectrofracTM技术是埃克森美孚公司(Exxon Mobil) 于1990年提出的。对油页岩进行水力压裂,在产生的裂缝中填充能导电的支撑剂,形成一个电加热体。热量通过支撑剂传给油页岩,产生油和气通过常规方法采出。Geothermic Fuel Cell(GFC)技术是Independent Energy Partners(IEP)公司提出的,利用高温燃料电池堆的反应热直接加热油页岩层,产生油气产物,然后通过采油井被输送至地面。部分气体经过净化、重整后重新注入生产井,其余部分可以出售。LLNL射频技术是20世纪70年代后期由美国伊利诺理工大学提出的一种利用射频技术对油页岩进行加热的方法,后由劳伦斯利物莫国家实验室开发。该技术先期利用组合电极对深层油页岩进行加热。
大量学者对油页岩原位转化技术进行了研究,发现传导加热热量转递慢,加热时间长,传导效率低,成本高,且地下水对工艺影响大。而采用燃烧和对流等流体加热地层时具有加热效率高,提取率高,油气产品易产出的特点,经济效益高,易推广,因此流体加热是一种更高效的方法。目前采用流体加热的技术有:
EGL技术,由EGL公司提出开发并申请了专利。该技术主要利用对流和回流传热原理来加热油页岩层,主要由加热系统和采油系统两部分组成。该技术采用了闭路循环,未向地层注入流体,提高了能量利用率,减少了对环境的影响。雪弗龙的Crush技术采取流体对流加热方式,这种技术首先需要对页岩层进行爆破压裂,利用高温CO2对油页岩层进行加热,并将油气等产物通过垂直井导出。但EGL技术在该项技术在干馏前和干馏过程中脱水的问题尚未研究,Crush技术会使油页岩加热后岩石内裂缝易于闭合。并且这两种技术在开采过程中热量损失严重,需要较多的燃料以达到开采目的。
因此,亟待设计一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法来解决上述提出的问题。
发明内容
本发明提供的发明目的在于提供一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法,该气体燃烧加热系统可以利用流体对地层进行加热及通过催化剂促进有机质的热解,是一种中低熟页岩油和油页岩的原位裂解与改质方法。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法,包括如下步骤:在气体燃烧器加热地层的同时,将纳米催化剂前驱体送入气体燃烧器内,在气体燃烧器产生的高温条件下,利用气相法生成纳米级晶体的原理,使纳米催化剂前驱体发生反应生成能促进页岩及中低熟页岩中的有机质转化为轻质油的纳米级催化剂,生成的纳米级催化剂在气体燃烧器产生的尾气的带动下,与尾气一起运移至油页岩层中,催化有机质转化;
一种在井下制备纳米催化剂的装置:包括主壳体、混合进气管道、套管、点火器、集水器、排水管、尾气回收管、纳米催化剂前驱体输料管、燃烧器喷嘴和火焰监测电极,所述主壳体的内部设有混合进气管道,所述混合进气管道的外部包覆有套管,所述主壳体和套管之间围合有混合燃烧腔,所述混合燃烧腔内部设有点火器,所述混合燃烧腔的顶部设有集水器,所述集水器内通入有排水管,所述混合燃烧腔的底部设有燃烧器喷嘴,所述燃烧器喷嘴与混合进气管道的输出端连通,所述主壳体内设有通入到混合燃烧腔内部的纳米催化剂前驱体输料管和尾气回收管。
优选的,所述混合燃烧腔内设置有火焰监测电极。
本发明提供了一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法。具备以下有益效果:
1、该制备方法属于一种能节省能源的加热方法,能提高中低熟页岩油和油页岩能量利用率,并降低成本的方法,该气体燃烧加热系统可以利用流体对地层进行加热及通过催化剂促进有机质的热解,是一种中低熟页岩油和油页岩的原位裂解与改质方法,用气相法制备催化剂颗粒小、原位合成携带性好,避免通过传统压裂液携带时水的使用。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为图1A处放大结构示意图;
图中:1主壳体、2混合进气管道、3套管、4混合燃烧腔、5点火器、6集水器、7排水管、8尾气回收管、9纳米催化剂前驱体输料管、10燃烧器喷嘴、11火焰监测电极。
具体实施方式
如图1-2所示,一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法,包括如下步骤:在气体燃烧器加热地层的同时,将纳米催化剂前驱体送入气体燃烧器内,在气体燃烧器产生的高温条件下,利用气相法生成纳米级晶体的原理,使纳米催化剂前驱体发生反应生成能促进页岩及中低熟页岩中的有机质转化为轻质油的纳米级催化剂,生成的纳米级催化剂在气体燃烧器产生的尾气的带动下,与尾气一起运移至油页岩层中,催化有机质转化;
一种在井下制备纳米催化剂的装置:包括主壳体1、混合进气管道2、套管3、点火器5、集水器6、排水管7、尾气回收管8、纳米催化剂前驱体输料管9、燃烧器喷嘴10和火焰监测电极11,所述主壳体1的内部设有混合进气管道2,所述混合进气管道2的外部包覆有套管3,所述主壳体1和套管3之间围合有混合燃烧腔4,所述混合燃烧腔4内部设有点火器5,所述混合燃烧腔4的顶部设有集水器6,所述集水器6内通入有排水管7,所述混合燃烧腔4的底部设有燃烧器喷嘴10,所述燃烧器喷嘴10与混合进气管道2的输出端连通,所述主壳体1内设有通入到混合燃烧腔4内部的纳米催化剂前驱体输料管9和尾气回收管8,所述混合燃烧腔4内设置有火焰监测电极11监测火焰燃烧情况。
使用时,通过钻杆将本装置下放到井内,通过纳米催化剂前驱体输料管9通入纳米催化剂前驱体,通过混合进气管道2通入燃气与氧气或空气的混合体,点火器5点火,燃烧器喷嘴10开始喷火加热,纳米催化剂前驱体在在气体燃烧器产生的高温条件下,利用气相法生成纳米级晶体的原理,使纳米催化剂前驱体发生反应生成能促进页岩及中低熟页岩中的有机质转化为轻质油的纳米级催化剂,生成的纳米级催化剂在气体燃烧器产生的尾气的带动下,与尾气一起从尾气回收管8排出运移至油页岩层中,催化有机质转化,通过集水器6收集混合燃烧腔4内产生的水,通过排水管7排出。
Claims (2)
1.一种在井下制备纳米催化剂的原位裂解与改质方法,包括如下步骤:在气体燃烧器加热地层的同时,将纳米催化剂前驱体送入气体燃烧器内,在气体燃烧器产生的高温条件下,利用气相法生成纳米级晶体的原理,使纳米催化剂前驱体发生反应生成能促进页岩及中低熟页岩中的有机质转化为轻质油的纳米级催化剂,生成的纳米级催化剂在气体燃烧器产生的尾气的带动下,与尾气一起运移至油页岩层中,催化有机质转化;
一种在井下制备纳米催化剂的装置:包括主壳体、混合进气管道、套管、点火器、集水器、排水管、尾气回收管、纳米催化剂前驱体输料管、燃烧器喷嘴和火焰监测电极,所述主壳体的内部设有混合进气管道,所述混合进气管道的外部包覆有套管,所述主壳体和套管之间围合有混合燃烧腔,所述混合燃烧腔内部设有点火器,所述混合燃烧腔的顶部设有集水器,所述集水器内通入有排水管,所述混合燃烧腔的底部设有燃烧器喷嘴,所述燃烧器喷嘴与混合进气管道的输出端连通,所述主壳体内设有通入到混合燃烧腔内部的纳米催化剂前驱体输料管和尾气回收管。
2.根据权利要求1所述的一种在井下制备纳米催化剂的装置,其特征在于:所述混合燃烧腔内设置有火焰监测电极。
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CN115095306A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-23 | 中国石油大学(华东) | 油页岩空气/co2交替注入原位燃烧方法及应用 |
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