專利名稱：一種油頁巖油氣資源原位開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明一種油頁巖油氣資源原位開采方法，屬于地下礦產(chǎn)資源開采技術(shù)領(lǐng)域，是一種綜合利用水力壓裂、金剛砂支撐、過熱蒸汽熱解等技術(shù)，對地下油頁巖中的油氣進行高效、綠色、節(jié)能開采的方法。技術(shù)背景:
油頁巖是在礦物機體中含有固體可燃有機質(zhì)(油、氣)的沉積巖，我國油頁巖資源非常豐富，據(jù)統(tǒng)計IOOOm以內(nèi)油頁巖資源量為7199億噸，按含油率6%計算，頁巖油資源量為432億噸，對油頁巖油氣資源的高效開采將極大緩解我國目前油氣資源緊缺局面。國內(nèi)外對油頁巖油氣資源開采的主要方法有:露天開采高溫爐干餾法與地下原位加熱熱解法兩大類。其中，露天開采高溫爐干餾法，主要開采埋深較淺的油頁巖油氣資源，其開采技術(shù)類似于煤礦或金屬礦露天開采，將從礦層中剝離的油頁巖礦塊，運送至干餾廠經(jīng)過一定處理后，通過高溫?zé)峤馓釤捚渲杏蜌狻６叵略患訜釤峤夥?，不同于露天開采高溫爐干餾法，它是通過對地下礦體原位加熱，實現(xiàn)油頁巖油氣資源的地下熱解開采，由于不破壞地表、不污染環(huán)境，是一種更加綠色、有著廣闊應(yīng)用前景的開采方法。目前，對油頁巖油氣地下原位加熱的方法主要有:傳導(dǎo)加熱法、對流加熱法和輻射加熱法三大類。傳導(dǎo)加熱法的代表主要有殼牌ICP (In-situ Conversion Process)方法與埃克森美孚電壓裂工藝，這兩種方法都是利用電或者天然氣進行加熱開采油氣；對流加熱法的代表主要有Petro Probe公司的空氣加熱方法與太原理工大學(xué)的高溫?zé)N類氣體對流加熱法，這些方法均利用注入高溫氣體為油頁巖層中油氣的熱解提供能量；輻射加熱法的代表主要有美國伊利諾理工大學(xué)提出的射頻加熱法與Raytheon公司的RF / CF技術(shù)，該方法是利用無線射頻來加熱油頁巖。綜合分析比較幾種原位加熱方法，可以發(fā)現(xiàn):傳導(dǎo)加熱技術(shù)比較成熟，加熱容易控制，但速度較慢，容易造成大量熱量損失，成本較高，且由于油頁巖的熱膨脹，致使部分裂縫閉合，降低了油頁巖的滲透性，而產(chǎn)生的油氣壓力較低，導(dǎo)致油氣回收率較低；射頻加熱法穿透力強，加熱速度較快，但成本較高，技術(shù)難度較大。相比較而言，對流加熱法對油頁巖加熱速度較快，但由于容易形成流體的短路，使得熱流不與油頁巖換熱就排出地層。由于油頁巖地層的低滲透性，為了干餾氣體順利導(dǎo)出，應(yīng)對油頁巖地層進行壓裂，增加其孔隙度和滲透率；同時，要保證這一孔隙度和滲透率，必需長期施加較高的注入流體壓力，這對注入設(shè)備及地層管道均提出了較高的質(zhì)量要求。實驗室研究發(fā)現(xiàn)，在無約束應(yīng)力狀態(tài)下高溫?zé)崞屏褧a(chǎn)生大量貫通的水平裂縫，這與油頁巖的沉積地質(zhì)作用過程密切相關(guān)。大部分油頁巖均有沉積地質(zhì)作用的過程，因此，油頁巖礦床水平層理特別發(fā)育是油頁巖礦層的基本特征。在油頁巖儲層油氣資源開采過程中，提高油頁巖層的熱解面積有利于提高油氣產(chǎn)出率，而提高油頁巖礦層的滲透性，有利于提高產(chǎn)出油氣的采出率。由此可見，提高油頁巖礦層的熱解面積與滲透性是對地下油頁巖礦層中油氣實現(xiàn)高效、綠色開采的核心與關(guān)鍵。發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明一種油頁巖油氣資源原位開采方法的目的在于，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中對流加熱法的缺點與不足，根據(jù)實驗研究發(fā)現(xiàn)的油頁巖層地質(zhì)特征，公開一種能夠充分利用該地質(zhì)特征，進行油頁巖油氣資源的高效、綠色、節(jié)能開采的方法。本發(fā)明一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于是在地下油頁巖礦層厚度范圍內(nèi)，采用群井水壓致裂技術(shù)對油頁巖礦層進行分段壓裂連通，為保持壓裂裂縫的張開度與滲透性，在分段壓裂連通過程中，在壓裂液中按比例加入_級金剛砂類支撐劑支撐裂縫；待整個油頁巖礦層分段壓裂連通全部完成后，將高溫過熱蒸汽以大排量中低壓方式注入壓裂油頁巖礦層，并通過間歇式啟閉生產(chǎn)井，實現(xiàn)加熱區(qū)域油頁巖充分熱解，提高油氣生產(chǎn)效率。其具體實施的步驟為:
(1)在選定油頁巖開采區(qū)域地面進行鉆井布置，井組的布置方式呈田字式或帶心環(huán)形式，一般4至5 口井為一組；
(2)在選定井組井點位置，從地面實施鉆孔至油頁巖礦層下部位置，井底一般距礦層底部5 8m ;
(3)—組井全部鉆井完成后，對油頁巖礦層在厚度方向上實施分段壓裂，分段高度一般3 5m，分段壓裂順序為由下至上；
(4)在每一分段實施壓裂時，選擇田字式或帶心環(huán)形式的中心井為壓裂井，其余井為目標井，進行水力壓裂連通；
(5)在每一分段壓裂連通過程中，根據(jù)壓裂面積大小，按30 50%比例注入mm級金剛砂，進行裂縫支撐；
(6)待油頁巖礦層中所有分段全部壓裂連通后，選擇中心井為注入井，周圍井為生產(chǎn)井，注入中低壓高溫過熱蒸汽，對油頁巖礦體油氣資源進行熱解開采；
(7)在熱解開采過程中，根據(jù)生產(chǎn)井產(chǎn)出物的檢測結(jié)果，對生產(chǎn)井進行間歇式啟閉生
產(chǎn)；
(8)根據(jù)生產(chǎn)油氣質(zhì)量持續(xù)較差的生產(chǎn)井，可適時調(diào)換為注入井，進行控制區(qū)域內(nèi)油氣資源的高效開采。上述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(3)中，對油頁巖礦層在厚度方向上實施分段壓裂，按階段高度3 5m標準,將礦體分為若干分段,在每一分段內(nèi)，進行獨立的水力壓裂連通。上述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(5)中，根據(jù)壓裂面積大小，按比例注入的_級金剛砂，進行裂縫支撐，壓裂面積為壓裂井與目標井控制面積，注入mm級金剛砂比例為注入水量的30 50%。上述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(6)中，注入中低壓高溫過熱蒸汽，注入的高溫過熱蒸汽溫度為> 400°C，注入的蒸汽壓力控制在開采礦層垂直地應(yīng)力和垂直地應(yīng)力與油頁巖垂向抗拉強度之和之間，即
權(quán)利要求
1.一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于是在地下油頁巖礦層厚度范圍內(nèi)，采用群井水壓致裂技術(shù)對油頁巖礦層進行分段壓裂連通，為保持壓裂裂縫的張開度與滲透性，在分段壓裂連通過程中，在壓裂液中按比例加入_級金剛砂類支撐劑支撐裂縫；待整個油頁巖礦層分段壓裂連通全部完成后，將高溫過熱蒸汽以大排量中低壓方式注入壓裂油頁巖礦層，并通過間歇式啟閉生產(chǎn)井，實現(xiàn)加熱區(qū)域油頁巖充分熱解，提高油氣生產(chǎn)效率； 其具體實施的步驟為: (1)在選定油頁巖開采區(qū)域地面進行鉆井布置，井組的布置方式呈田字式或帶心環(huán)形式，一般4至5 口井為一組； (2)在選定井組井點位置，從地面實施鉆孔至油頁巖礦層下部位置，井底一般距礦層底部5 8m ; (3)—組井全部鉆井完成后，對油頁巖礦層在厚度方向上實施分段壓裂，分段高度一般3 5m，分段壓裂順序為由下至上； (4)在每一分段實施壓裂時，選擇田字式或帶心環(huán)形式的中心井為壓裂井，其余井為目標井，進行水力壓裂連通； (5)在每一分段壓裂連通過程中，根據(jù)壓裂面積大小，按30 50%比例注入mm級金剛砂，進行裂縫支撐； (6)待油頁巖礦層中所有分段全部壓裂連通后，選擇中心井為注入井，周圍井為生產(chǎn)井，注入中低壓高溫過熱蒸汽，對油頁巖礦體油氣資源進行熱解開采； (7)在熱解開采過程中，根據(jù)生產(chǎn)井產(chǎn)出物的檢測結(jié)果，對生產(chǎn)井進行間歇式啟閉生產(chǎn)； (8)根據(jù)生產(chǎn)油氣質(zhì)量持續(xù)較差的生產(chǎn)井，可適時調(diào)換為注入井，進行控制區(qū)域內(nèi)油氣資源的高效開采。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(3)中，對油頁巖礦層在厚度方向上實施分段壓裂，按階段高度3 5m標準，將礦體分為若干分段，在每一分段內(nèi)，進行獨立的水力壓裂連通。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(5)中，根據(jù)壓裂面積大小，按比例注入的mm級金剛砂，進行裂縫支撐，壓裂面積為壓裂井與目標井控制面積，注入mm級金剛砂比例為注入水量的30 50%。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(6)中，注入中低壓高溫過熱蒸汽，注入的高溫過熱蒸汽溫度為> 400°C，注入的蒸汽壓力控制在開采礦層垂直地應(yīng)力和垂直地應(yīng)力與油頁巖垂向抗拉強度之和之間，即
5.按照權(quán)利要求1所述的一種油頁巖油氣資源原位開采方法，其特征在于:所述步驟(7)中，對生產(chǎn)井進行間歇式啟閉生產(chǎn)，是當(dāng)注入井注入高溫過熱蒸汽后，持續(xù)關(guān)閉生產(chǎn)井2 3天，保障高溫過熱蒸汽對控制區(qū)域內(nèi)油頁巖油氣進行充分熱解，提高油氣產(chǎn)量。
全文摘要
一種油頁巖油氣資源原位開采方法，屬于地下礦產(chǎn)資源開采技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于是一種綜合利用水力壓裂、金剛砂支撐和過熱蒸汽熱解等技術(shù)，對地下油頁巖中的油氣進行高效、綠色、節(jié)能開采的方法的技術(shù)方案。其優(yōu)點在于與現(xiàn)有對流加熱法相比，該方法通過油頁巖礦層厚度方向的分段壓裂、壓裂液中加入mm級金剛砂支撐以及高溫過熱蒸汽注入后的間歇式啟閉生產(chǎn)等措施，極大提高了油頁巖油氣資源回采率與生產(chǎn)效率。該發(fā)明的方法可廣泛適用于地下不同埋深、不同厚度的油頁巖油氣資源開采，特別適用于厚度較大的油頁巖礦開采。
文檔編號E21B43/17GK103114831SQ201310057719
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者梁衛(wèi)國, 耿毅德, 康志勤, 楊棟, 趙陽升, 陳躍都 申請人:太原理工大學(xué)