一种涡流加热油页岩地下原位开采方法技术

本发明专利技术公开了一种涡流加热油页岩地下原位开采方法，该方法先从地面向目标油页岩层钻一口开采井，压裂时采用含有铁颗粒的支撑剂，将铁颗粒压入油页岩层中的缝隙之中；然后以压裂井为中心在压裂范围内再钻一口注气井至目标油页岩层；将涡流效应强磁场发生器下入注气井井底；向注气井内通入氮气进行系统内循环；启动涡流效应强磁场发生器产生高频强磁场，此时油页岩层中的铁颗粒由于涡流效应而被加热，进而加热油页岩来原位裂解干酪根；而氮气会携带页岩油和可燃气，从开采井返回地表，经综合分离器分离出油和可燃气之后，剩余气体重新注入注气井进行循环。本发明专利技术能有效加速油页岩的加热过程,提高能量利用率，降低加热成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油页岩的开采技术，特别涉及一种涡流加热油页岩地下原位开采方法，该方法可以从油页岩中原位获得页岩油和气体燃料即可燃气体。
技术介绍
目前，已知的煤或油页岩地下气化的方法是：钻井、贯通、点燃、鼓风和抽出产品气体。该方法的缺点是获得的可燃气体热值较低。这是由于有机物在地下气化区域燃烧时会产生大量稳流气体混入可燃气体中。该方法在俄罗斯NO.2385412号专利中公开了，分类号是：MnKE21MB43/295。另一已知的方法是：钻至少一口井，深度贯穿矿层作业区间；制造至少一条贯穿钻井的裂缝，向其中填入导电材料，插入两个电极，使电极与导电材料接触，向电极通电，使得裂缝中的电流一部分或完全沿着导电材料行进，从而通过导电材料的电阻放热作用，释放出足够的热量实现矿藏中固定有机质的热解。该方法存在的缺点是工艺复杂，施工强度大，而且导电材料可能具有毒性，污染环境和地下水。该方法在俄罗斯NO.2349745号专利中公开了，分类号是：MnKE21B43/24。壳牌的电加热技术，简称工CP技术，壳牌公司的Mahogany研究工程一直致力于革新壳牌原位转化工艺，并于1987年1月17日申请专利“加热油页岩的采油方法”，申请号87100890，公开号CN87100890A。其原理是在加热井中插入电加热器，一般加热距地表300-600m深度的油页岩。岩层被缓慢地加热到400-500℃，将油页岩中的干酪根转变为原油和天然气，再运用传统的采油方法将生成物(原油和天然气)抽汲到地面。比起传统的地面干馏处理，缓慢的、较低温度的原位加热生成的碳排放明显较低。壳牌工CP处理法生成大约1/3的天然气和2/3的轻质原油。生成的天然气用来发电或者销售。壳牌公司已经证实工CP处理法每生产1桶原油当量的产品需要用水少于3桶。埃克森美孚于2008年3月7日申请了专利“用于原位地层加热的电阻加热器”，申请号200880009037.3，公开号为CN10163655A。该技术通过水力压裂油页岩，向裂缝中注入一种导电材料，形成加热部分，利用介质电阻原位加热油页岩。原理是运用水平井中生成的垂直裂缝，填充导电介质得到一个导电区，该导电区将页岩油加热到热解温度，生成可以用传统采油技术采出的原油和天然气。辐射加热技术：Raytheon公司的RF/CF技术。这种原位技术使用射频及注入超临界二氧化碳来加热油页岩到裂解温度，从而将液体和气体驱入生产井中。在地面，二氧化碳流体被分离并重新回注到注入井中，同时油和气被炼制成汽油、燃料油及其他产品。相比其他原位方法需要加热多年才能生产出油气，这种提取技术可以在仅仅几个月内就生产出油气。该技术可调节加到目的层的热能，以生成各种各样需要的产品。如同壳牌工CP处理工艺，RF/CF技术需要大量的电能以生成射频能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能量利用率高、低成本的涡流加热油页岩地下原位开采方法。本专利技术的方法是：先从地面向目标油页岩层钻一口开采井，然后进行水力压裂，压裂时采用含有铁颗粒的支撑剂，将铁颗粒压入油页岩层中的缝隙之中；然后以压裂井为中心，在压裂范围内再钻一口注气井至目标油页岩层；将经高温耐腐蚀电缆与地面电源连接的涡流效应强磁场发生器下入注气井井底；向注气井内通入氮气进行系统内循环；启动涡流效应强磁场发生器，产生高频强磁场，此时油页岩层中的铁颗粒，由于涡流效应而被加热，进而加热油页岩来原位裂解干酪根；而氮气会携带页岩油和可燃气，从开采井返回地表，经综合分离器分离出油和可燃气之后，剩余气体重新注入注气井进行循环。本专利技术的原理是利用电涡流的热效应：导体处在变化磁场中，或者相对于磁场运动时，在导体内部也会产生感应电流。这些感应电流在导体内的电流流线呈闭合的涡旋状，被称为涡电流或涡流。涡电流在金属圆柱体内汇集释放出焦耳热，当涡电流足够大时可使金属自身熔化。铁颗粒是以水力压裂的方式进入油页岩层裂缝中，压入油页岩层的铁颗粒可由钴颗粒或镍颗粒代替，压入油页岩层的铁颗粒粒径为1.25mm-0.2mm。所述的涡流效应强磁场发生器产生既能提供直流强磁场又能产生交流强磁场，磁场的频率为20KHz-5GHz，强度为0-50T，以保证涡流效应强磁场发生器的加热距离，大于开采井和注气井的水平距离，即可将开采井和注气井之间油页岩都加热裂解。所述的从注气井注入的氮气可为二氧化碳或其他化学惰性气体代替。所述的从注气井注入的氮气，当系统同时采用点燃和地下涡流加热方式复合加热时，也可采用其他助燃气体。所述的综合分离器在分离油和可燃气时，采用非冷却的方式，剩余气体温度不会显著降低，且分离后剩余气体重新注入注气井进行循环利用。所述的油页岩矿层可为煤矿层或其他适用于原位加热方式开采的矿层代替。即本专利技术之方法可以用于煤矿层或其他适用于原位加热方式开采的矿层的地下原位加热。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的热源直接作用于油页岩，不存在热量的沿程损失，能量利用率高，能有效加速油页岩的加热过程，降低加热成本。附图说明图1是本专利技术的原理图。图2是本专利技术的另一种实施实例：涡流效应强磁场发生器置于水平井内。图3是本专利技术的又一种实施实例：群井布置形式。其中：1----注气井；2----涡流效应强磁场发生器；3----目标油页岩层；4----水力压裂后的裂缝；5----铁颗粒；6----开采井；7----返气管路；8----综合分离器；9----制氮机；10----混合气体压缩机；11----注气管路；12----高温电缆；13----地面电源；14----水平井；15----密封塞。具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术之方法是：从地面向目标油页岩层钻一口开采井6，然后进行水力压裂，压裂时采用含有铁颗粒5的支撑剂，将铁颗粒5压入水力压裂后的裂缝4之中；然后以压裂井为中心，在压裂范围内再钻一口注气井1至目标油页岩层3，将经高温电缆12与地面电源13连接的涡流效应强磁场发生器2下入注气井1井底；启动涡流效应强磁场发生器2，产生高频强磁场，此时油页岩层中的铁颗粒5由于涡流效应而被加热，进而加热目标油页岩层3来原位裂解干酪根；再向注气井1内通入氮气，氮气会携带页岩油和可燃气，从开采井6经返气管路7返回地表，经综合分离器8分离出油和可燃气之后，剩余气体再经混合气体压缩机10压缩，重新经由注气管路11进入注气井1进行循环利用。制氮机9作用是在在系统开始和压力不足时，补充足量氮气。所述的水平井14两端用密封塞15实现和注气井1以及开采井的密封，保证氮气不会流经水平井。铁颗粒5是以水力压裂的方式进入油页岩层裂缝中，压入油页岩层的铁颗粒5可由钴颗粒或镍颗粒代替，压入油页岩层的铁颗粒5粒径为1.25mm-0.2mm。所述的涡流效应强磁场发生器2产生既能提供直流强磁场又能产生交流强磁场，磁场的频率为20KHz-5GHz，强度为0-50T，以保证涡流效应强磁场发生器的加热距离大于开采井6和注气井1的水平距离，即可将开采井和注气井之间油页岩都加热裂解。所述的从注气井1注入的氮气可为二氧化碳或其他化学惰性气体代替。所述的从注气井1注入的氮气，当系统同时采用点燃和地下涡流加热方式复合加热时，也可采用其他助燃气体。所述的综合分离器8在分离油和可燃气时，采用非冷却的方式，剩余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡流加热油页岩地下原位开采方法，该方法是：从地面向目标油页岩层钻一口开采井(6)，然后进行水力压裂，压裂时采用含有铁颗粒(5)的支撑剂，将铁颗粒(5)压入水力压裂后的裂缝(4)之中；然后以压裂井为中心，在压裂范围内再钻一口注气井(1)至目标油页岩层(3)，将经高温电缆(12)与地面电源(13)连接的涡流效应强磁场发生器(2)下入注气井(1)井底；启动涡流效应强磁场发生器(2)，产生高频强磁场，此时油页岩层中的铁颗粒(5)由于涡流效应而被加热，进而加热目标油页岩层(3)来原位裂解干酪根；再向注气井(1)内通入氮气，氮气会携带页岩油和可燃气，从开采井(6)经返气管路(7)返回地表，经综合分离器(8)分离出油和可燃气之后，剩余气体再经混合气体压缩机(10)压缩，重新经由注气管路(11)进入注气井(1)进行循环利用；制氮机(9)作用是在系统开始和压力不足时，补充足量氮气；所述的水平井(14)两端用密封塞(15)实现和注气井(1)以及开采井的密封，保证氮气不会流经水平井。

【技术特征摘要】
1.一种涡流加热油页岩地下原位开采方法，该方法是：从地面向目标油页岩层钻一口开采井(6)，然后进行水力压裂，压裂时采用含有铁颗粒(5)的支撑剂，将铁颗粒(5)压入水力压裂后的裂缝(4)之中；然后以压裂井为中心，在压裂范围内再钻一口注气井(1)至目标油页岩层(3)，将经高温电缆(12)与地面电源(13)连接的涡流效应强磁场发生器(2)下入注气井(1)井底；启动涡流效应强磁场发生器(2)，产生高频强磁场，此时油页岩层中的铁颗粒(5)由于涡流效应而被加热，进而加热目标油页岩层(3)来原位裂解干酪根；再向注气井(1)内通入氮气，氮气会携带页岩油和可燃气，从开采井(6)经返气管路(7)返回地表，经综合分离器(8)分离出油和可燃气之后，剩余气体再经混合气体压缩机(10)压缩，重新经由注气管路(11)进入注气井(1)进行循环利用；制氮机(9)作用是在系统开始和压力不足时，补充足量氮气；所述的水平井(14)两端用密封塞(15)实现和注气井(1)以及开采井的密封，保证氮气不会流经水平井。2.根据权利要求1所述的一种涡流加热油页岩地下原位开采方法，其特征在于：所述的铁颗粒(5)是以水力压裂的方式进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友宏，刘世畅，郭威，李强，周科，吕世东，孙中瑾，李家晟，韩婧，赵帅，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22