CN115095311B - 一种低品位页岩资源开发系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低品位页岩资源开发系统及方法，利用水平井贯穿目标储层，在水平井的四周设置与其平行的储层预热保温水平井；将高温水蒸气通过储层预热保温水平井注入，实现温度补偿井筒内的蒸汽循环，将超临界水通过贯穿水平井注入储层后进行闷井作业；闷井作业结束后将底部温度补偿井转为采油井与贯穿井同时进行采油；再进行第二次焖井生产；将顶部温度补偿井中的超临界水循环停止，顶部温度补偿井转为采气井与贯穿井同时进行排水采气，先利用低温区超临界水转化页岩产油，当低温区超临界水无法进一步增加动用时，再利用高温区超临界水转化页岩产气，这样即提高了有机质整体动用程度，又实现了经济效益的最大化。
Description
技术领域
本发明属于能源与环境领域，具体涉及一种低品位页岩资源开发系统及方法。
背景技术
保障能源安全对人类社会发展意义重大，石油依然是能源中的重头戏。常规油藏不断被人们挖潜，其产油能力逐渐下降，因此人们开始更多的关注非常规油藏，比如中低成熟度页岩油藏、油页岩矿藏等等。但其中有机质主要以固态干酪根形式存在，不具备流动性，而难以动用。
实现低品位页岩资源有效动用的关键是如何加速干酪根的生烃演化，一系列电加热、流体加热、辐射加热、燃烧加热技术被人们发明用来原位转化储层中的干酪根。传统的地下原位转化技术主要是以如何产生更多的游离油为目的，而忽视了如何使页岩储层中有机质的整体动用率最大化这一问题。虽然会得到更多的油相产物，但是储层致密的先天条件，再加上油相产物自身的粘滞属性，大量油相产物并无法被开采至地面，降低了储层有机质的整体动用程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低品位页岩资源开发系统及方法，以克服现有技术的不足。
一种低品位页岩资源开发方法，包括以下步骤：
S1，利用水平井贯穿目标储层，在水平井的四周设置与其平行的储层预热保温水平井；
S2，将高温水蒸气通过储层预热保温水平井注入，实现温度补偿井筒内的蒸汽循环；
S3，待水平井的温度达到设定阈值，进行第一轮次开发，将超临界水通过水平井注入储层；
S4，完成超临界水注入后进行闷井作业；
S5，闷井作业结束后打开水平井进行采油；
S6，待累积生油量不再增加，将底部储层预热保温水平井恢复为储层预热保温水平井；
S7，再将超临界水通过水平井注入储层；
S8，第二次焖井：水平井井位置温度下降至与储层预热保温水平井一致时，焖井结束，开井生产；
S9，打开水平井进行排水采气。
进一步的，S2中注入的高温水蒸气为280-374℃。
进一步的，S3中注入的超临界水温度为374-450℃。
进一步的，S3中待注入井位置处温度下降至与温度补偿井温度一致时，即结束焖井。
进一步的，S7中注入超临界水温度为450-700℃。
进一步的，S5中将底部的储层预热保温水平井中的超临界水循环停止，底部储层预热保温水平井转为采油井与水平井同时进行采油。
进一步的，S9中将顶部储层预热保温水平井中的超临界水循环停止，顶部储层预热保温水平井转为采气井与贯穿井同时排水采气。
一种低品位页岩资源开发系统，包括水平设置贯穿储层的水平井，水平井的外圈阵列设置有多个与水平井平行设置的储层预热保温水平井，水平井和储层预热保温水平井均连接于超临界水发生及增压系统；通过超临界水发生及增压系统向储层预热保温水平井内注入超临界水；储层预热保温水平井上以及水平井均位于目标储层内。
进一步的，水平井的外周阵列设置四个储层预热保温水平井。
进一步的，水平井及其外周阵列设置的储层预热保温水平井上均设有温度传感器，温度传感器连接有监测装置，监测装置与超临界水发生及增压系统连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种低品位页岩资源开发方法，利用水平井贯穿目标储层，在水平井的四周设置与其平行的储层预热保温水平井，将高温水蒸气通过储层预热保温水平井注入，实现温度补偿井筒内的蒸汽循环，先利用高温水蒸气转化页岩产油，当高温水蒸气无法进一步增加动用时，再将超临界水通过水平井注入储层；进行第二次焖井，水平井井位置温度下降至与储层预热保温水平井一致时，焖井结束，开井生产，打开水平井进行排水采气，开井生产利用高温区超临界水转化页岩产气，这样即提高了有机质整体动用程度，又实现了经济效益的最大化。
本发明第一阶段以最大生油率为目标，第二阶段是当累计产油不再增加后，对剩余有机质进行气化挖潜，将剩余有机质以气相产物的形式采出。通过上述两个阶段既可以使产物应用价值最大化，还可以有效增加储层中有机质的整体动用程度。本发明能够对现有技术无法动用的低品位页岩矿藏有机资源进行有序深入挖潜，实现其高效动用。
本发明一种低品位页岩资源开发系统，包括水平设置贯穿储层的水平井，水平井的外圈阵列设置有多个与水平井平行设置的储层预热保温水平井，水平井和储层预热保温水平井均连接于超临界水发生及增压系统；通过超临界水发生及增压系统向储层预热保温水平井内注入超临界水；储层预热保温水平井上以及水平井均位于目标储层内，通过将超临界水注入储层，对干酪根进行两阶段开发，第一阶段是利用超临界水转化干酪根生油，第二阶段是利用超临界水和有机质资源在地下原位制富氢合成气，使有机质资源以气态产物被采出，气相产物渗流阻力较低，更易于流动。“两阶段”开发思想有助于实现储层有机质的最大动用率。
附图说明
图1为本发明实施例中结构示意图。
图2为本发明实施例中井位左视图。
图中，1-超临界水发生及增压系统；2-监测装置；3-水平井；4-第一储层预热保温水平井，5-第二储层预热保温水平井，6-第三储层预热保温水平井，7-第四储层预热保温水平井；8-目标储层；9-第一水平井套管，10-第二水平井套管，11-第三水平井套管，12-第四水平井套管，13-流量监测器，14-压力监测器，15-温度监测器，101-第一阀门，102-第二阀门，103-第三阀门，104-第四阀门，105-第五阀门，106-第六阀门，107-第七阀门。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种低品位页岩资源开发系统，包括水平设置贯穿储层的水平井3，水平井3的外圈阵列设置有多个与水平井3平行设置的储层预热保温水平井，水平井3和储层预热保温水平井均连接于超临界水发生及增压系统；通过超临界水发生及增压系统向储层预热保温水平井内注入超临界水；储层预热保温水平井上以及水平井3均位于目标储层8内。
优选的，如图1、图2所示，本申请在水平井3的外周阵列设置四个储层预热保温水平井，分别为第一储层预热保温水平井4，第二储层预热保温水平井5，第三储层预热保温水平井6和第四储层预热保温水平井7；每个储层预热保温水平井上套设有水平井套管，与储层预热保温水平井形成套管回路，用于对目标储层进行加热。第一储层预热保温水平井4，第二储层预热保温水平井5，第三储层预热保温水平井6和第四储层预热保温水平井7上分别套设第一水平井套管9，第二水平井套管10，第三水平井套管11和第四水平井套管12。
水平井3及其外周阵列设置的储层预热保温水平井上均设有温度传感器，温度传感器连接有监测装置2，监测装置2与超临界水发生及增压系统1连接。
与超临界水发生及增压系统1连接的管道上设有流量监测器13、压力监测器14和温度监测器15，用于监控超临界水发生及增压系统1输出介质的温度、流量和压力参数。
与超临界水发生及增压系统连接的水平井3及其外周阵列设置的储层预热保温水平井的管道上均设有阀门，阀门采用电子阀，监测装置2连接于各阀门。
一种低品位页岩资源开发方法，包括以下步骤：
S1，利用水平井贯穿目标储层，在水平井的四周设置与其平行的储层预热保温水平井，利用储层预热保温水平井对储层进行预热，确保在中间的水平井进行稳定的开发输出；
S2，将280-374摄氏度的高温水蒸气通过储层预热保温水平井注入，实现温度补偿井筒内的蒸汽循环，此步骤的作用为预热储层，在260-280摄氏度温度下，是干酪根转化生成页岩油的阈值，而采用将280-374摄氏度的高温水蒸气，除去热损失，能够确保在最佳效率下进行预热后开采；
S3，待水平井的温度达到设定阈值，进行第一轮次开发，将374-450摄氏度超临界水通过水平井注入储层，目的是实现干酪根的生油转化；
S4，第一次焖井：完成超临界水注入后进行闷井作业，以注入井位置处温度下降至与温度补偿井温度一致时，即结束焖井，让转化反应有足够的时间充分进行，此过程中持续温度补偿井中的超临界水循环，使目标储层边界保持恒温。
S5，打开水平井，将底部储层预热保温水平井中的超临界水循环停止，底部储层预热保温水平井转为采油井与水平井同时进行采油；
S6，待累积生油量不再增加，将底部储层预热保温水平井恢复为温度补偿井；
S7，进行第二轮次开发，将450-700℃超临界水通过水平井注入储层，目的是实现干酪根的气化；
S8，第二次焖井：此过程种持续温度补偿井中的超临界水循环，使目标储层边界保持恒温；水平井位置温度下降至与储层预热保温水平井一致时，即为一次焖井结束，开井生产；
S9，打开水平井，将顶部储层预热保温水平井中的超临界水循环停止，顶部储层预热保温水平井转为采气井与贯穿井同时进行排水采气。
上述步骤中，超临界水注入压力能够确保水处于超临界状态。
具体的，结合上述开发系统进行低品位页岩资源开发作业，具体包括以下步骤：
S1，钻井作业，在目标储层中部布置一口水平井贯穿整个储层，并进行射孔完井作业。在储层中部水平井的上、下、左、右布置四口水平井，起循环超临界水的作用，超临界水通过油管注入井中，通过套管反排到地面。将超临界水携带的热量传递给储层，进行温度补偿，通过封隔器来控制温度补偿井与储层之间是否发生物质交换。
S2，打开第一阀门101，第三阀门103，第四阀门104，第六阀门106，第7阀门107，关闭第二阀门102，第五阀门105。
S3，打开在线监测系统2，开始通过超临界水发生及增压系统1向水平井4、5、6、7注入280℃以上的高温水蒸气，通过套管回路9、10、11、12实现超临界水在温度补偿井中的循环，用以预热储层。
S4，待井3中布置的温度监测器显示温度达到280℃以上，打开第5阀门，让374-450℃的超临界水通过水平井3注入储层，与储层中的有机质充分作用按照焖井时间来对待即可，每一轮的焖井时间足够之后，实现干酪根转化生油。
S5，超临界水注入量达到设计量后，停止超临界水注入，关闭第一阀门101，进行焖井作业，待焖井时间达到设计时长后，打开第二阀门102和第七阀门107，通过封隔器将水平井7转为采油井，进行油相产物开采。
S6，待油相产物产量不再增加，关闭第二阀门102，通过封隔器将水平井7恢复为温度补偿井。
S7，打开第5阀门，让450-750℃的超临界水通过水平井3注入储层，与储层中的有机质充分作用，实现剩余有机质的直接气化。
S8，超临界水注入量达到设计量后，停止超临界水注入，关闭第一阀门101，进行焖井作业，待焖井时间达到设计时长后，打开第二阀门102和第三阀门103，通过封隔器将水平井6转为采气井，进行气相产物开采。
本发明是针对低品位页岩有机质资源提出的一种全新的开发方法，利用超临界水优异的物理化学性质，尤其是其强大的载热能力以及可以作为反应物参与有机质的转化反应，对干酪根进行“两阶段”有序开发，最大程度生油，待无法生油以后，在较短时间内就可以实现剩余有机质的气化，并且能够有效脱除硫、氮等元素。本发明具有广阔的应用前景，对提升低品位页岩资源的整体动用程度可以起到长足的进步。
在高温低压区域的超临界水氛围中适合自由基反应的发生，在低温高压区域的超临界水氛围中适合离子型反应发生，根据超临界水本身独特的性质，利用超临界水诞生了两种低品位页岩资源的开发思路，一种是利用低温区超临界水转化低品位页岩资源产油，另一种是利用高温区超临界水转化低品位页岩资源产气。本发明先利用低温区超临界水转化页岩产油，当低温区超临界水无法进一步增加动用时，再利用高温区超临界水转化页岩产气，这样即提高了有机质整体动用程度，又实现了经济效益的最大化。
Claims (5)
1.一种低品位页岩资源开发方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，利用水平井贯穿目标储层，在水平井的四周设置与其平行的储层预热保温水平井；
S2，将高温水蒸气通过储层预热保温水平井注入，实现温度补偿井井筒内的蒸汽循环；注入的高温水蒸气为280-374℃；
S3，待水平井的温度达到设定阈值，进行第一轮次开发，将超临界水通过水平井注入储层；注入的超临界水温度为374-450℃；
S4，第一次焖井：完成超临界水注入后进行焖井作业，以注入井位置处温度下降至与温度补偿井温度一致时，即结束焖井，让转化反应有足够的时间充分进行，此过程中持续温度补偿井中的超临界水循环，使目标储层边界保持恒温；
S5，焖井作业结束后打开水平井进行采油：打开水平井，将底部储层预热保温水平井中的超临界水循环停止，底部储层预热保温水平井转为采油井与水平井同时进行采油；
S6，待累积生油量不再增加，将底部储层预热保温水平井恢复为温度补偿井；
S7，进行第二轮次开发：再将超临界水通过水平井注入储层；注入超临界水温度为450-700℃；
S8，第二次焖井：此过程中持续温度补偿井中的超临界水循环，使目标储层边界保持恒温；水平井位置温度下降至与储层预热保温水平井一致时，即焖井结束，开井生产；
S9，打开水平井进行排水采气。
2.根据权利要求1所述的一种低品位页岩资源开发方法，其特征在于，S9中将顶部储层预热保温水平井中的超临界水循环停止，顶部储层预热保温水平井转为采气井与贯穿井同时排水采气。
3.一种用于权利要求1所述方法的低品位页岩资源开发系统，其特征在于，包括水平设置贯穿储层的水平井（3），水平井（3）的外圈阵列设置有多个与水平井（3）平行设置的储层预热保温水平井，水平井（3）和储层预热保温水平井均连接于超临界水发生及增压系统；通过超临界水发生及增压系统向储层预热保温水平井内注入超临界水；储层预热保温水平井以及水平井（3）均位于目标储层（8）内。
4.根据权利要求3所述的低品位页岩资源开发系统，其特征在于，水平井（3）的外周阵列设置四个储层预热保温水平井。
5.根据权利要求3所述的低品位页岩资源开发系统，其特征在于，水平井（3）及其外周阵列设置的储层预热保温水平井上均设有温度传感器，温度传感器连接有监测装置（2），监测装置（2）与超临界水发生及增压系统（1）连接。
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