本發(fā)明涉及石油天然氣開(kāi)發(fā)，尤其是涉及一種針對(duì)油頁(yè)巖的原位裂解方法。

背景技術(shù)：

1、隨著常規(guī)輕質(zhì)原油及稠油儲(chǔ)量的衰減，非常規(guī)石油(頁(yè)巖油、致密油、油頁(yè)巖等)儲(chǔ)量在總體石油儲(chǔ)量中所占的比重將會(huì)越來(lái)越大。油頁(yè)巖作為一種非常規(guī)石油，是一種富含干酪根的沉積巖，可通過(guò)干餾或熱解轉(zhuǎn)化為頁(yè)巖油氣。

2、目前，油頁(yè)巖開(kāi)采方法主要有兩種。一種是地面干餾，即先將油頁(yè)巖開(kāi)采至地表，然后將油頁(yè)巖粉碎進(jìn)行干餾。另一種是原位熱裂解方法，通過(guò)地下加熱將干酪根裂解成頁(yè)巖油氣，然后采用油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)開(kāi)采頁(yè)巖油氣。通常情況下，表面干餾技術(shù)僅適用于淺層油頁(yè)巖，且能耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重。然而，油頁(yè)巖原位熱裂解技術(shù)可以有效地避免環(huán)境污染，開(kāi)發(fā)深層油頁(yè)巖。因此，對(duì)于油頁(yè)巖的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，應(yīng)用地下原位熱裂解技術(shù)是必然趨勢(shì)。

3、根據(jù)油頁(yè)巖原位熱裂解中熱量的來(lái)源，可將原位熱裂解技術(shù)分為熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射和燃燒過(guò)程，如表1所示。油頁(yè)巖原位熱傳導(dǎo)過(guò)程中，油頁(yè)巖干酪根被密布的電加熱器加熱到一定溫度，熱裂解成油氣。殼牌和?？松梨谝褜?duì)該工藝進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)試驗(yàn)，但升溫速率慢、加熱面積有限，限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。針對(duì)油頁(yè)巖原位熱傳導(dǎo)技術(shù)的不足，而提出了一種利用熱流體對(duì)流加熱油頁(yè)巖的方法。但為了保證熱對(duì)流技術(shù)中儲(chǔ)層的快速傳熱，熱流體方式不僅要保證儲(chǔ)層滲透率高，還要保證流體的高溫注入。在現(xiàn)場(chǎng)輻射過(guò)程中，熱量以能量波的形式傳遞，但油頁(yè)巖的致密特性不利于能量傳遞，導(dǎo)致能耗高、加熱效率低。這三種工藝都需要外部供熱，而油頁(yè)巖的物理性質(zhì)不利于其應(yīng)用。

4、表1現(xiàn)有油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

5、

6、受稠油原位燃燒技術(shù)影響，國(guó)際上提出了油頁(yè)巖原位燃燒技術(shù)，其通過(guò)注入空氣后通過(guò)自身燃燒加熱儲(chǔ)層其是一種自熱過(guò)程，不需要外界熱量。通常，水力壓裂是先建立滲透通道，然后將空氣注入油藏，并在注入井處進(jìn)行初始點(diǎn)火。隨著空氣的不斷注入，燃燒前緣從注入井向生產(chǎn)井移動(dòng)，伴隨著干酪根的熱解和高溫氧化反應(yīng)。隨著氧氣的不斷消耗，產(chǎn)生co2和h2o，然后與惰性n2混合，這種混合物(煙道氣)可以驅(qū)替裂解的頁(yè)巖油氣流向生產(chǎn)井。20世紀(jì)70年代，在懷俄明州的rock?springs和verna進(jìn)行的原位燃燒先導(dǎo)試驗(yàn)表明，原位燃燒過(guò)程中可以得以實(shí)現(xiàn)。雖然油頁(yè)巖原位燃燒技術(shù)不需要外部熱源，但其成功實(shí)施的前提是壓裂油頁(yè)巖儲(chǔ)層，極大的提高了油頁(yè)巖開(kāi)采成本。

7、1988年，殼牌公司首先提出了熱傳導(dǎo)加熱地下油頁(yè)巖及產(chǎn)生滲流裂隙的方法。該方法利用井筒施加的高于600℃的高溫，加熱井筒周圍的油頁(yè)巖儲(chǔ)層，使得干酪根熱裂解，并利用熱裂解產(chǎn)物導(dǎo)致的高壓致裂儲(chǔ)層產(chǎn)生裂縫。

8、2005年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種對(duì)流加熱油頁(yè)巖開(kāi)采油氣的方法。該方法通過(guò)采用群井壓裂的方式構(gòu)建人工裂隙儲(chǔ)層，然后交替轉(zhuǎn)換注熱井和生產(chǎn)井工作制度，將400℃-700℃蒸汽注入到人工裂隙儲(chǔ)層，從而加熱干酪根時(shí)期裂解產(chǎn)出油氣。

9、2017年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種油頁(yè)巖原位開(kāi)采的布井及底層處理方法。該方法中通過(guò)在目標(biāo)油頁(yè)巖儲(chǔ)層內(nèi)布置兩口水平井和六口豎井，并結(jié)合分支井鉆井技術(shù)和壓裂技術(shù)，在目標(biāo)儲(chǔ)層構(gòu)建出復(fù)雜的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而方便后續(xù)油頁(yè)巖的高效開(kāi)發(fā)。

10、2019年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種高低溫流體交替壓裂形成油頁(yè)巖復(fù)雜縫網(wǎng)的方法。該方法首先通過(guò)高速注入高溫流體，產(chǎn)生一定長(zhǎng)度的壓裂裂縫，隨后采用液氮沿主裂縫在其兩側(cè)產(chǎn)生次級(jí)裂縫，進(jìn)而在目標(biāo)油頁(yè)巖儲(chǔ)層形成復(fù)雜的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

11、2020年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種電加熱原位開(kāi)采油頁(yè)巖產(chǎn)能的預(yù)測(cè)方法。該方法中首先需要沿著水平井測(cè)量油頁(yè)巖的密度，然后根據(jù)相關(guān)含油飽和度計(jì)算公式計(jì)算含油分布，隨后通過(guò)建立相關(guān)傳熱傳質(zhì)模型，求得油頁(yè)巖裂解分布，進(jìn)而評(píng)估油頁(yè)巖產(chǎn)能，建立考慮油頁(yè)巖密度、含油飽和度等的產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法。

12、2021年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種油頁(yè)巖復(fù)合加熱原位開(kāi)采方法，提出了井筒加熱-注采分化的結(jié)構(gòu)，用于解決常規(guī)井筒加熱注采一體化導(dǎo)致的密封失效、腐蝕加劇等問(wèn)題。該方法中利用的井筒注氣方式，可有效降低井筒熱損；利用多口加熱熱實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生的高溫?zé)釅ψ韪簦捎行?shí)現(xiàn)加熱穩(wěn)定性的可控；利用井下高壓電極擊穿目的油頁(yè)巖儲(chǔ)層，可實(shí)現(xiàn)滲透率的有效提高。

13、2021年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種高溫流體開(kāi)采油頁(yè)巖的模擬裝置。該裝置可通過(guò)在高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)放入油頁(yè)巖和泥漿模擬地下油頁(yè)巖儲(chǔ)層，然后利用壓力傳感組件對(duì)模擬的油頁(yè)巖儲(chǔ)層施加載荷，最后模擬不同溫度、不同熱解時(shí)間、不同熱解路程下的油頁(yè)巖裂解過(guò)程，形成油頁(yè)巖產(chǎn)量和品質(zhì)的定量化表征方法。

14、2021年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種中低熟有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖自生熱原位轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā)方法。該方法首先通過(guò)對(duì)井筒周圍區(qū)域進(jìn)行加熱，隨后注入常溫空氣，進(jìn)而激發(fā)建立一定的氧化反應(yīng)區(qū)，從而利用干酪根裂解殘留物釋放熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)流加熱油頁(yè)巖儲(chǔ)層。

15、2022年，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種油頁(yè)巖原位開(kāi)采反應(yīng)區(qū)控制系統(tǒng)及工藝的方法。該方法通過(guò)干燥預(yù)熱階段、高溫加熱階段、飯煮起自生熱階段、常溫反注氣自生熱階段和高壓驅(qū)替階段，可有效解決井下油氣運(yùn)移沿途熱損大、瀝青質(zhì)堵塞等問(wèn)題。

16、可見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)外提出和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的油頁(yè)巖原位熱裂解工藝，不僅需要采用壓裂技術(shù)構(gòu)建裂隙網(wǎng)絡(luò)，還需要提供熱源從而實(shí)現(xiàn)干酪根裂解，更需要一定的油氣提采技術(shù)將裂解油氣開(kāi)采至地面。這些相關(guān)的工藝流程不僅操作時(shí)間長(zhǎng)，更顯著增加了成本，并造成了開(kāi)采效率和能源轉(zhuǎn)換效率低下。

17、因此，為高效開(kāi)發(fā)油頁(yè)巖并實(shí)現(xiàn)其規(guī)模化和工業(yè)化開(kāi)發(fā)，迫切需要提出新的原位開(kāi)發(fā)工藝高效開(kāi)采油頁(yè)巖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，需要提供一種高效的原位開(kāi)發(fā)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖的開(kāi)采。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種針對(duì)油頁(yè)巖的原位裂解方法，包括：加熱多口目標(biāo)井附近的油頁(yè)巖，引發(fā)干酪根熱裂解并形成儲(chǔ)層熱裂隙；將空氣注入到加熱的油頁(yè)巖儲(chǔ)層，使所述空氣與油頁(yè)巖接觸而發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，促使連續(xù)的油頁(yè)巖氧化裂解與裂隙產(chǎn)生連續(xù)反應(yīng)；根據(jù)井口壓力、井底溫度及壓力和產(chǎn)物組成，反推所述氧化放熱反應(yīng)的程度，基于此，確定氮?dú)庾⑷雲(yún)?shù)，從而通過(guò)按照所述氮?dú)庾⑷雲(yún)?shù)向井底注入氮?dú)鈦?lái)調(diào)控所述氧化放熱反應(yīng)的進(jìn)程；待所述多口目標(biāo)井實(shí)現(xiàn)熱連通，基于由所述多口目標(biāo)井形成的井叢實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油氣的動(dòng)態(tài)調(diào)控開(kāi)采。

3、優(yōu)選地，在將空氣注入到加熱的油頁(yè)巖儲(chǔ)層，使所述空氣與油頁(yè)巖接觸而發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，促使連續(xù)的油頁(yè)巖氧化裂解與裂隙產(chǎn)生連續(xù)反應(yīng)的步驟中，包括：加熱預(yù)設(shè)時(shí)間段后，停止加熱，開(kāi)采裂解后產(chǎn)生的頁(yè)巖油氣；待無(wú)頁(yè)巖油產(chǎn)出時(shí)，重新開(kāi)始為油頁(yè)巖儲(chǔ)層加熱，同時(shí)沿井筒向油頁(yè)巖儲(chǔ)層注入空氣；通過(guò)對(duì)空氣在井底的加熱，使得被加熱的空氣沿所述儲(chǔ)層熱裂隙流向儲(chǔ)層內(nèi)部并與干酪根區(qū)域發(fā)生燃燒反應(yīng)，還使得通過(guò)所釋放的熱量和所產(chǎn)生的氣體實(shí)現(xiàn)干酪根的進(jìn)一步裂解并產(chǎn)生新的裂隙，促進(jìn)干酪根燃燒區(qū)域前緣不斷前移，進(jìn)而使得相鄰目標(biāo)井的高溫區(qū)域內(nèi)的裂隙相互連通。

4、優(yōu)選地，在根據(jù)井口壓力、井底溫度及壓力和產(chǎn)物組成，反推所述氧化放熱反應(yīng)的程度，基于此，確定氮?dú)庾⑷雲(yún)?shù)的步驟中，包括：根據(jù)井口壓力、井底溫度及壓力和反應(yīng)產(chǎn)物組成，模擬氧化放熱反應(yīng)過(guò)程和熱裂解反應(yīng)過(guò)程，基于此，計(jì)算得到瀝青質(zhì)和焦炭燃燒的最佳溫度、以及輕質(zhì)油燃燒的最差溫度，從而獲得相應(yīng)的氮?dú)庾⑷雲(yún)?shù)，使得干酪根前緣溫度適合于干酪根、瀝青質(zhì)和焦炭的燃燒。

5、優(yōu)選地，在加熱多口目標(biāo)井附近的油頁(yè)巖的步驟之前，原位裂解方法還包括：采用叢式井技術(shù)，向待裂解油頁(yè)巖儲(chǔ)層鉆遇多口目標(biāo)井；在所鉆遇的井孔中下入耐高溫套管并固井；更換鉆頭后，繼續(xù)鉆進(jìn)多口目標(biāo)井，直至鉆穿油頁(yè)巖儲(chǔ)層，再下入耐高溫油管；連接抽油管懸掛器，在每口目標(biāo)井中下入空心抽油桿，并在空心抽油桿中下入加熱電纜裝置，以電加熱方式對(duì)油頁(yè)巖儲(chǔ)層加熱。

6、優(yōu)選地，原位裂解方法還包括：在油頁(yè)巖儲(chǔ)層的上部且靠近井口處下入耐高溫封隔器，耐高溫封隔器的座封壓力為20～30mpa，其中，油管的耐高溫能力至少為350℃；在抽油桿底部安裝電纜連接頭。

7、優(yōu)選地，在待多口目標(biāo)井實(shí)現(xiàn)熱連通，基于由多口目標(biāo)井形成的井叢實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油氣的動(dòng)態(tài)開(kāi)采的步驟中，包括：確定多口目標(biāo)井中的生產(chǎn)井，并停止當(dāng)前生產(chǎn)井的電加熱和空氣注入，從而從生產(chǎn)井來(lái)開(kāi)采頁(yè)巖油氣。

8、優(yōu)選地，多口目標(biāo)井構(gòu)造為兩口井或五口井，相鄰目標(biāo)井之間的距離為100～200m，其中，若布井方式為兩口井，生產(chǎn)井為兩口井中的任意一個(gè)；若布井方式為五口井，生產(chǎn)井為五口井中位于中間的井。

9、優(yōu)選地，在針對(duì)油頁(yè)巖的原位裂解方法中，預(yù)設(shè)時(shí)間段大于3個(gè)月；空氣的注入速率為5-10m3/(day·m3)且注入壓力保持在20～30mpa。

10、優(yōu)選地，在加熱預(yù)設(shè)時(shí)間段后，停止加熱，開(kāi)采裂解后產(chǎn)生的頁(yè)巖油氣的過(guò)程中，包括：開(kāi)采速率折算地面面積為0.5-1m3/(day·m3)。

11、優(yōu)選地，在針對(duì)油頁(yè)巖的原位裂解方法中，熱裂解反應(yīng)的產(chǎn)物為瀝青質(zhì)、焦炭、重質(zhì)油、輕質(zhì)油和天然氣。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

13、本發(fā)明提出了一種針對(duì)油頁(yè)巖的原位裂解方法。該方法利用電加熱和原位燃燒的工藝技術(shù)，將電加熱產(chǎn)生物理作用和原位燃燒產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖原位連續(xù)裂解反應(yīng)。具體地，利用電加熱技術(shù)加熱近井油頁(yè)巖溫度，引發(fā)干酪根熱裂解并形成儲(chǔ)層熱裂隙；隨后將空氣注入到油頁(yè)巖儲(chǔ)層，與油頁(yè)巖接觸發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，進(jìn)一步生成儲(chǔ)層熱裂隙，進(jìn)而形成連續(xù)的油頁(yè)巖氧化裂解-裂隙產(chǎn)生連續(xù)反應(yīng)；注入過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)注入壓力、井底溫度等反推氧化燃燒程度，進(jìn)而通過(guò)注入氮?dú)庹{(diào)控氧氣反應(yīng)程度，減少裂解輕質(zhì)油的燃燒。本發(fā)明充分利用了電加熱技術(shù)中操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)和注空氣技術(shù)中成本低廉、氣源充足的優(yōu)點(diǎn)，完全實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖地下原位裂解和開(kāi)發(fā)，不需要從地面提供熱量，能量轉(zhuǎn)化效率高，適合不同深度油頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)。

14、具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：①利用電加熱技術(shù)，依靠油頁(yè)巖儲(chǔ)層的熱傳導(dǎo)加熱干酪根，造成干酪根熱裂解，釋放頁(yè)巖油氣，產(chǎn)生有效溝通的裂縫，起到改善儲(chǔ)層物性和干酪根熱裂解的雙重目的，為后續(xù)空氣注入提供了流動(dòng)通道。②通過(guò)室內(nèi)原油氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果，可知原油中的重組分更易于被低溫氧化，進(jìn)而通過(guò)控制氮?dú)獾淖⑷耄刂蒲趸磻?yīng)程度，進(jìn)而控制焦炭和重質(zhì)油組分的最佳燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)油的最大產(chǎn)出。③注入空氣不僅可有效補(bǔ)充地層能量，與油頁(yè)巖接觸發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，還可進(jìn)一步生成儲(chǔ)層熱裂隙，進(jìn)而形成連續(xù)的油頁(yè)巖氧化裂解-裂隙產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，起到降低開(kāi)采升本、提高開(kāi)采效率目的，最終開(kāi)發(fā)能效系數(shù)可高于30j/j。

15、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。