CN203499663U

CN203499663U - 用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置

Info

Publication number: CN203499663U
Application number: CN201320223397.1U
Authority: CN
Inventors: 赵金岷
Original assignee: JILIN ZHONGCHENG AUTOMOBILE SERVICE CHAIN CO Ltd
Current assignee: JILIN ZHONGCHENG AUTOMOBILE SERVICE CHAIN CO Ltd
Priority date: 2013-04-28
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2023-04-28

Abstract

本实用新型公开了一种用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置，压裂燃烧井盒导出生产井的斜井位于地面至地下油页岩层上部位，两者的水平井位于油页岩层内中与油页岩层平行分布；压裂燃烧井在油页岩层阶段为压裂室，压裂室中设有水力套管喷头；压裂室墙壁上的裂缝与油气通道连通，油气通道的出口为导出生产井；导出生产井的井口设有气液分离装置。本实用新型压裂燃烧井和导出生产井在油页岩层中的平行走向分布，特别适应于油页岩层较薄的油矿开采，通过设立压裂燃烧井、导出生产井及附属设备，利用油页岩地下原位提取页岩油，通过压裂化学干馏页岩油气的化学热强化处理过程，免去了对油页岩矿的大量开采、避免了地上干馏带来的环境污染。

Description

用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置

技术领域

本实用新型公开一种用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置，利用油页岩地下原位提取页岩油，作为补充石油资源不足的非常规油气能源，属于石油干馏技术领域。

技术背景

目前，油页岩可通过干馏技术炼制页岩油----人造石油，来替补天然石油；亦可利用其燃烧发电。在当前油价居高不下形势下，页岩炼油具有良好的经济效益，是补充天然石油不足的最现实可用的一大措施；油页岩发电，对缺煤省、区更具有良好的经济、环保、社会效益。但是，传统的开发模式都是采取地下开采，地上干馏生产页岩油，其缺点很多：

（1）地上干馏采掘成本大；

（2）地上干馏土地占用量大；

（3）地上干馏造成了大量的土地塌陷；

（4）地上干馏后的残渣处理难度大，大量堆积造成二次污染；

（5）地上干馏后排渣需用水冷却，含热残渣的热能没有利用；

（6）地上干馏产生的废气、污水对环境污染超标。

发明内容

本实用新型公开了一种用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置，从根本上解决了地下开采、地上干馏所带来的上述缺点和问题。

本实用新型公开的用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置，其特征在于：

1）压裂燃烧井包括斜井和水平井，其中，斜井位于地面至地下油页岩层上部位，水平井位于油页岩层内上部与油页岩层平行走向部位；导出生产井包括斜井和水平井，其中，斜井位于压裂燃烧井的后方地面至地下油页岩层下部位，以穿透油页岩层，水平井位于油页岩层中与油页岩层平行走向部位；

2）压裂燃烧井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统；

3）压裂燃烧井在油页岩层阶段为压裂室，压裂室中设有水力套管喷头；

4）压裂室墙壁上的裂缝与油气通道连通，油气通道的出口为导出生产井；

5）导出生产井的井口设有气液分离装置，分别通过抽油泵与成品油罐连接，通过排送机与燃气发电装置连通。

6）在压裂燃烧井1的井口设有物料输送机；物料输送机分别与压裂加压装置、加热装置、氧化气体装置连通。

步骤3）所述的水力套管喷头，主要由上扶正器、喷枪、单向阀、下扶正器、筛管、引鞋组成，喷枪的表面设有喷嘴，喷枪的一端通过短接与套管连通，另一端通过单向阀与筛管连通；短接的外侧套有上扶正器；筛管的管壁上均匀分布有若干筛孔，下扶正器套在筛管上，引鞋固定在筛管的顶部。

在压裂燃烧井的压裂室中，采用水力套管喷头对油页岩层进行水力喷砂射孔，先泵入基液(水)和携砂液20~35%的砂浆进行切割阶段，当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差（55~80MPa）；在喷砂射孔2-3min后，将喷孔碎岩顶替；再泵入交联胍胶和砂（比例20~30:40~60）以增加膨胀力度；压后放喷，冲砂支撑压裂缝隙；向井筒内注入液体暂堵剂；通过可燃气输送管向燃烧室输送LPG和空气；利用电子点火系统点燃可燃气；引燃油页岩后，给油页岩层加温至550~600℃，测得导出生产井来气温度达到200℃，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道导出生产井至地面油气分离装置；继续向井内注入高压空气，使油页岩层中干馏后剩余的沥青质和固定碳发生氧化反应，在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体（同时驱提页岩油、气）通过油气通道及导出生产井导出地面；导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置分离，分离下来的页岩油送至成品油罐存储；经气液分离装置分离下来的可燃气体送至燃气发电装置用来发电。

本实用新型的积极效果在于：压裂燃烧井和导出生产井在油页岩层中的平行走向分布，特别适应于油页岩层较薄的油矿开采；通过设立压裂燃烧井、导出生产井及附属设备，利用油页岩地下原位提取页岩油，通过压裂化学干馏页岩油气的化学热强化处理过程，免去了对油页岩矿的大量开采、避免了地上干馏带来的环境污染。二是利用干馏后剩余的沥青质、固定碳，实现了地下连续干馏，热量自给自足。具有投资少、运营成本低、环境污染小、资源利用率高和产油产气见效快等优点。

附图说明

图1为本实用新型油页岩原位竖井压裂化学干馏方法原理图；

图2本本实用新型竖井分布结构示意图；

图3为本实用新型水力套管喷头结构原理图；

图中：1、压裂燃烧井；2、导出生产井；3、气液分离装置；4、成品油罐；5、燃气发电装置；6、油页岩层；7、其他岩层；8、油气通道；9、物料输送机；10排送机；11、抽油泵；12、裂缝；13、压裂液罐；14、LPG储存罐；15、氧化剂罐；16、上扶正器；17、喷枪；18、喷嘴；19、单向阀；20、下扶正器；21、筛管；22、引鞋；23、套管；24、短接。

具体实施方式

根据图1、图2所示，压裂燃烧井1包括斜井和水平井两部分，其中，斜井位于地面至地下油页岩层6上部位，水平井位于油页岩层6内上部与油页岩层6平行走向部位；

导出生产井2包括斜井和水平井两部分（本实施例为3口井），其中，斜井位于压裂燃烧井1的后方地面至地下油页岩层6的下部位，以穿透油页岩层6，水平井位于油页岩层6中与油页岩层平6行走向部位；导出生产井2以压裂燃烧井1为中心呈扇形布局；压裂燃烧井1内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统；压裂燃烧井1在油页岩层阶段为压裂室，压裂室中设有水力套管喷头；压裂室墙壁上的裂缝12与油气通道8连通，油气通道8的出口为导出生产井2；导出生产井2的井口设有气液分离装置3，分别通过抽油泵11与成品油罐4连接，通过排送机10与燃气发电装置5连通；在压裂燃烧井1的井口设有物料输送机9；物料输送机9分别与压裂加压装置3、LPG储存罐14、氧化剂罐15连通；

根据图3，由上扶正器16、喷枪17、单向阀19、下扶正器20、筛管22、引鞋23、套管23、短接24组成水力套管喷头，其中，喷枪17的表面设有喷嘴18，喷枪17的一端通过短接24与套管23连通，另一端通过单向阀19与筛管21连通；短接24的外侧套有上扶正器16；筛管21的管壁上均匀分布有若干筛孔，下扶正器20套在筛管21上，引鞋22固定在筛管21的顶部。

根据图1、图2所示，结合扶余三骏乡油页岩矿作为实施基地，扶余——长春岭油页岩资源总储量为452.74亿吨。油页岩平均品位5.53%，可工业开发的资源总量为180亿，埋深160—800m，顶板和底板均为灰褐色页岩，油页岩层平均厚度5m。

如附图1所示，根据油页岩层分布、走向、埋藏情况，在地面上打钻斜井至地下油页岩层6上部，并在油页岩层6上部与油页岩层6平行走向打钻水平井，此为压裂燃烧井1（井口直径200mm）；

在压裂燃烧井1的后方地面上打钻数口通往油页岩层6下部的斜井，应以穿透油页岩层6为准，并与油页岩层6下部与油页岩层6平行走向打钻数口水平井，此为导出生产井2（井口直径200mm）；结合附图2所示，压裂燃烧井1位于中心，六口导出生产井2以压裂燃烧井1为中心呈蜂窝形分布；在地面上打钻压裂燃烧井1和导出生产井2至地下油页岩层6，导出生产井2应以穿透油页岩层6为准，所述的导出生产井2以压裂燃烧井1为中心的呈伞形布局。

2）在压裂燃烧井中建立压裂室，取出钻井套管，通过压裂燃烧井向油页岩层注入高压介质，将油页岩层压裂出若干条1—3mm的裂缝，填充缝隙支撑物石英砂，建立起油气通道，具体步骤如下：

①通井和洗井；

②向井筒内下入水力套管喷头；

③封闭套管与岩壁空隙，使油页岩层形成封闭的压裂空间；

④水力喷砂射孔，在压裂燃烧井1中通过物料输送机9由压裂液罐13向油页岩层6注入基液(水)和携砂液（20~35%的砂浆）（切割阶段），当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差（55~80MPa）将油页岩层6压裂出1—3mm裂缝12，

⑤在喷砂射孔2-3min后，将喷空碎岩顶替；

⑥按照设计环空排量或环空最高压力所允许的最高泵速由环空泵入胍胶基液，按照设计由油管的泵入交联胍胶和砂（比例20~30:40~60）增加膨胀力度；

⑦压后放喷，剩下石英砂成为填充缝隙支撑物，形成多条油气通道8，多条油气通道8与导出生产井2汇集连通；

⑧向井筒内注入液体暂堵剂；

上提钻具，上提钻具至设计位置，继续进行上层压裂过程重复压裂，直至油页岩层全部压裂完全。

3）在压裂燃烧井建立燃烧室，

第一步，洗井，将井内的砂水提出地面，

第二步，井口加装至油页岩层下0.5m密封套管，利用膨胀剂封闭套管与井壁空隙；

第三步，在井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统，封闭井口，在油页岩层段形成燃烧室；

第四步， LPG储存罐14和氧化剂罐15通过物料输送机9由压裂燃烧井1向油页岩层6加入LPG和空气，利用电子点火系统点燃可燃气；

第六步，引燃油页岩后，给油页岩层6加温至550~600℃，测得导出生产井2来气温度达到200℃，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道8导出生产井2至地面油气分离装置3；

4）通过物料输送机9由氧化剂罐15继续向压裂燃烧井1内注入高压空气（空气：1000m³/小时），使油页岩层6中干馏后剩余的沥青质和固定碳在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体（同时驱提页岩油、气），再由油气通道8通过导出生产井2导出地面进入到气液分离装置3，实现地下原位提取页岩油、气；

5）导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置3分离，分离下来的页岩油通过抽油泵11送至成品油罐4存储销售。

6）经气液分离装置3分离下来的可燃气体通过排送机10送至燃气发电装置5用来发电。

Claims

1.一种用于油页岩原位水平井压裂化学干馏提取页岩油气的装置，其特征在于：

主要由压裂燃烧井、数个导出生产井及气液分离装置、抽油泵、成品油罐、排送机、燃气发电装置、物料输送机、压裂加压装置、加热装置、氧化气体装置构成；

所述的压裂燃烧井包括斜井和水平井，其中，斜井位于地面至地下油页岩层上部位，水平井位于油页岩层内上部与油页岩层平行走向部位；在压裂燃烧井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统；压裂燃烧井在油页岩层阶段为压裂室，压裂室中设有水力套管喷头；压裂室墙壁上的裂缝与油气通道连通，油气通道的出口为导出生产井；

所述的导出生产井包括斜井和水平井，其中，斜井位于压裂燃烧井的后方地面至地下油页岩层下部位，以穿透油页岩层，水平井位于油页岩层中与油页岩层平行走向部位；导出生产井的井口设有气液分离装置，分别通过抽油泵与成品油罐连接，通过排送机与燃气发电装置连通；在压裂燃烧井的井口设有物料输送机；物料输送机分别与压裂加压装置、加热装置、氧化气体装置连通；

压裂室中所述的水力套管喷头，由上扶正器、喷枪、单向阀、下扶正器、筛管、引鞋组成，喷枪的表面设有喷嘴，喷枪的一端通过短接与套管连通，另一端通过单向阀与筛管连通；短接的外侧套有上扶正器；筛管的管壁上均匀分布有若干筛孔，下扶正器套在筛管上，引鞋固定在筛管的顶部。