专利名称：高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法
技术领域：
本发明涉及从地下油页岩层(含干酪根)中生产油气的开采方法，更具体 地说，涉及一种利用群井致裂，采用过热高温压力烃类气体，以对流方式加热 油页岩层，使干酪根热分解开采油气的方法。
背景技术：
中国有极为丰富的油页岩资源，到目前为止，仅有极少量的油页岩通过露 天或井工开采原矿的方法开采，然后通过化工厂干馏制取其中的油气；还有一 大部分油页岩原矿直接用于发电与燃烧。1992年，荷兰国际壳牌研究有限公司，在中国专利局申请了 "加热油页岩 的采油方法"(CN 1016001B)的发明专利。该发明由于采用电加热方式，致使 成本高，而且极易出现故障；由于岩层热传导系数低，故加热的过程非常缓慢， 同时导致沿矿层顶底大量散失热量。油页岩中热解产生的油气压力较低，加之 加热过程中油页岩热膨胀，致使油页岩破裂裂缝容易闭合，导致油页岩中的油 气回采率较低。GN1676870A公开了由太原理工大学申请的"对流加热油页岩开采油气的方 法"发明专利，该申请通过高温过热水蒸气对流传输加热油页岩矿层，开采油 页岩油气，虽然克服了上述现有技术的缺点。但高温过热水蒸气作为对流加热 流体仍存在如下缺点①过热水蒸气的热容系数低，导致矿层加热缓慢，循环 操作次数多，损耗与无用功加大，成本增加，效益下降。②由于有些油页岩矿 床位于干旱严重缺水的沙漠或戈壁，过热水蒸气加热用水量较大，导致该方法无法实施，或水的成本过高，而使企业经济效益很小。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术从油页岩中开采油气方法的缺点，提供一 种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，它是对现有技术的改进，从 而使对流加热开采油页岩油气的方法更经济，更方便工业应用。本发明是通过以下技术方案来实现其目的的 一种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，其步骤是首先在地 面布置、施工群井，钻井进入油页岩矿层处理层段，采用群井压裂方式，产生 至少连通9 口钻井的巨型的沿矿层展布方向的裂缝，使群并内所有井眼沿油页 岩层连通，然后间隔轮换选择注热井与生产井。将高温烃类气体沿注热井注入 油页岩层加热，使油页岩层中的干酪根热分解后形成油气，通过低温气体携带 油气从生产井排至地面。所述的将高温烃类气体沿注热井注入油页岩层，高温烃类气体是温度在400 70(TC之间，压强等于或略高于上覆地层与油页岩层顶板的自重应力之和 的高温气体。所述的低温气体携带油气从生产井排至地面，是靠流体压力自排方式排到地面。所述的高温烃类气体是指甲烷、乙垸、丙烷、丁烷单一的烃类气体及它们 的混合气体。本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果1、 开采油气的成本低。由于烃类气体的热容系数是过热水蒸气的1.6倍， 用烃类气体代替水蒸气加热，则同样规模的生产厂，每年可多生产40%的页岩油， 对设计为100万吨的页岩油生产厂而言，则每年可多生产40万吨的页岩油，则 每年可增加产值10亿元，增加利税7亿元。另外，油页岩开采中可产出大量烃 类气体，即可直接作为对流加热流体，从而大大缓解油页岩对流加热用水的矛 盾，也为沙漠与戈壁等严重缺水地区油页岩的开发提供了极大的便利。如某油 页岩矿床位于沙漠戈壁中，最近的供水地距离300km，若铺设专用供水线，需投 资2亿元人民币，吨水的成本为50元/吨，每生产一吨页岩油耗水5吨，则吨 页岩油成本增加250元，建100万吨页岩油生产厂，每年净增成本2.5亿元。 若改用烃类气体加热开采，仅用水一项即可增加利税2. 5亿元。可以看出，本发明的改进给企业带来的经济效益十分显著，取得的效果超 出了人们预期的想象。2、 便于工业应用。发明利用群井致裂的方法，连通群井后，沿注热井注入 较高压力的高温烃类气体，使矿层对流加热，油页岩中的干酪根热解形成油气， 从而克服了现有技术利用水蒸气加热油页岩层的缺点，使其使用范围和实用条 件更广。
图1是本发明在单一矿层条件下群井布置的平面示意图； 图2是本发明在单一矿层条件下实施开采的示意图； 图3是本发明在矿层群条件下群井布置的平面示意图；图4是本发明在矿层群条件下实施开采的示意图。图中1表示注热井；2表示生产井；3表示油页岩矿层；4表示油页岩顶 板；5表示油页岩矿层上部的非油页岩地层；6表示固井材料；7表示套管；8 表示花管；9表示油页岩层底板；10表示非油页岩岩层。
具体实施方式
实施例1 :如图1， 2所示， 一种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，在一 个厚度为30m，埋藏深度100m的近水平的单一油页岩矿层中，采用本发明布置 了9口井，井间距100m，呈正方形网格分布，各钻井位于正方形网格的交点上， 各钻井钻至矿层3中，然后下入套管7，内径150mm，与花管8的上部连接。实施例中的对流加热气体也可采用单独的甲烷、乙烷、或丙垸气体。 具体步骤如下1) 按设计施工钻并，钻井施工完成后，选择5弁井做压裂井，1、 2、 3、 4、 6、 7、 8、 9弁井做目标井，用水由5#井实施水力压裂与目标井连通，通过调节 与关闭连通的目标井使9 口井同时或相继连通。2) 首先选择5#井做注热井1 ，关闭其余8口井，注入温度为40(TC的甲烷 气体，其压力高于地层的垂直应力，热解油页岩几小吋后，使生产井2排产的 水及油气温度低于10(TC，即可持续排产油气，在地面进行油气水分离，继而进 行烃类气体的分离，分离的非甲烷烃类气体输入烃类气体储罐。分离的甲垸气 体进入甲垸气储罐。3) 高压气体泵将甲烷气体压縮至5. OMPa，进入高温甲烷气体加热炉。加热 至40(TC后沿5#井注入矿层。如此循环即可采出油页岩层的油气。4) 运行后期，当生产井温度高于20(TC后，即可轮换注热井与生产井。继 续开采。重复以上步骤即可。实施例2:如图1， 2所示， 一种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，在一
个厚度为30m，埋藏深度100m的近水平的单一油页岩矿层中，采用本发明布置 了9口井，井间距100tn，呈正方形网格分布，各钻井位于正方形网格的交点上， 各钻井钻至矿层3中，然后下入套管7，内径150mm，与花管8的上部连接。 具体步骤如下1) 按设计施工钻井，钻井施工完成后，选择5#井做压裂井，1、 2、 3、 4、 6、 7、 8、 9#井做目标井，用水由5#井实施水力压裂与目标井连通，通过调节 与关闭连通的目标井使9 口井同吋或相继连通。2) 首先选择5#井做注热井1 ，关闭其余8口井，注入温度为70(TC的丙垸 气体，其压力高于地层的垂直应力，热解油页岩几小时后，使生产井2排产的 水及油气温度低于10(TC，即可持续排产油气，在地面进行油气水分离，继而进 行烃类气体的分离，分离的非丙垸烃类气体输入烃类气体储罐。分离的丙烷气 体进入丙垸气储罐。3) 高压气体泵将丙烷气体压縮至5. OMPa，进入高温丙烷气体加热炉。加热 至70(TC后沿5#井注入矿层。如此循环即可采出油页岩层的油气。4) 运行后期，当生产井温度高于20CTC后，即可轮换注热井与生产井。继 续开采。重复以上步骤即可。实施例3:如图3,4所示， 一种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，某油 页岩矿层群含三层油页岩矿层3，自下而上其油页岩层厚度分别为10m、 25m、 8m，中间夹层为砂岩，厚度分别为3m和4m，该矿层组累计厚度43m，含矿系数 86%，采用等边三角形布井，井间距选择50m，布置11 口井。同实施例1的方法钻井，各井钻至矿层3中，然后下入套管与花管。即可 实施开采。具体步骤如下1) 按设计施工钻井，钻井施工完成后，选择6#井做压裂井，1、 2、 3、 4、 5、 7、 8、 9、 10、 11#井做目标井，用水由6#井实施水力压裂与目标井连通， 通过调节与关闭连通的目标并使11 口井同时或相继连通。2) 首先选择6#井做注热井1 ，关闭其余10 口井，注入温度为55(TC的过热 甲、乙、丙垸混合的烃类气体，其压力高于地层的垂直应力，热解油页岩几小 时后，使生产井2排产的水及油气温度低于10(TC，即可持续排产油气，在地面
分离，分离的甲、乙、丙垸混合的烃类气体进入单独的储罐。3) 高压气体泵将甲、乙、丙烷混合的烃类气体压縮至5. 0MPa，进入高温甲、 乙、丙垸混合的烃类气体加热炉。加热至55(TC后沿5弁井注入矿层。如此循环 即可采出油页岩层的油气。4) 运行后期，当生产井温度高于20(TC后，即可轮换注热井与生产井。继续开采。重复以上步骤即可。从实施例3可见，由于中间夹了一些非油页岩岩层10，加热这些岩层会 导致一些不必要的热量耗散，但夹层的存在使开采井之间易于连通，这也是矿 层群开采的优势。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变形，倘若这些改动和 变形不脱离本发明的原则和范围，即属于本发明的权利要求及其同等技术的范 围之内，则本发明也包含这些改动和变形在内。
权利要求
1、 一种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，首先在地面布置群井，钻井进入油页岩矿层(3)，采用群井压裂方式，产生至少连通9口钻井 的巨型的沿矿层展布方向的裂缝，使群井内所有钻井沿油页岩层连通，然后间 隔轮换选择注热井(1)与生产井(2)，将高温气体沿注热井(1)注入油页岩 层加热，使油页岩层中的干酪根热分解后形成油气，通过低温气体携带油气从 生产井(2)排至地面，其特征在于所述的高温气体是高温烃类气体。
2、 按照权利要求1所述的高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，其特征在于所述的高温烃类气体是指甲烷、乙烷、丙烷、丁垸单一的烃类气体及它们的混合气体。
3、 按照权利要求1或2所述的高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的 方法，其特征在于所述的高温烃类气体加热到温度400 70(TC后注入油页岩矿层o
全文摘要
一种高温烃类气体对流加热油页岩开采油气的方法，涉及矿物开采方法。现有技术通过高温过热水蒸气对流加热开采油页岩油气，高温过热水蒸气的热容系数低，导致矿层加热缓慢，成本增加，效益低；有些油页岩矿床位于沙漠地区，过热水蒸气加热用水量较大，导致无法开采。本发明将对流加热流体改为烃类气体，将高温烃类气体沿注热井注入油页岩矿层，加热矿层使干酪根热解形成油气，并经低温气体或水携带沿生产井排到地面，油气水分离后，再进行单独的气体分离形成油气产品，并将烃类气体进入储罐，经加压和升温到设定压力、温度后注入油页岩矿层，循环实施油页岩油气的开采。从而使对流加热开采油页岩油气的方法更经济，更方便工业应用。
文档编号E21B43/24GK101122226SQ20071013935
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月6日 优先权日2007年9月6日
发明者关克伟, 冯增朝, 刘生玉, 康志勤, 栋 杨, 梁卫国, 赵阳升 申请人:太原理工大学