中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法技术

本发明专利技术公开了一种中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，属于中低熟富有机质页岩原位开采领域，该自生热原位开采方法主要通过对储层改造良好的页岩地层注入井附近进行局部预热，并向预热地层中注入常温空气，激发并建立起由残渣区、自生热区、热裂解区和预热区组成的化学反应区，利用干酪根热裂解后产生的残留物发生氧化反应释放热量，实现对流加热页岩地层，干酪根热裂解产生的油气产物通过裂缝进入生产井，并被举升至地面。由于该油页岩原位转化技术仅需对注入井附近局部预热，无需外部热量或可燃物注入，其开发成本较低。其开发成本较低。其开发成本较低。

【技术实现步骤摘要】
中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法


[0001]本专利技术属于中低熟富有机质页岩原位开采领域，具体地，涉及一种中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法。

技术介绍

[0002]一般将成熟度小于1％的烃源岩称为中低熟富有机质页岩，其滞留液态烃类物质占总生油量少于25％，尚未进行生烃热演化的有机质超过40％，低温干馏可获得油气产物。其中，成熟度小于0.5％的中低熟富有机质页岩被称为油页岩，其滞留液态烃类物质少于10％。我国中低熟富有机质页岩原位转化潜力巨大，技术可采石油资源量约700
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900亿吨，天然气资源量约60
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65
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104亿方，其中，油页岩中蕴含的油页岩油资源量约476.44亿吨。尽管我国中低熟富有机质页岩资源量巨大，但目前仅有少量100m以浅的油页岩可通过地面干馏技术开发，且该技术对环境危害较大。原位开采技术是通过人工加热油页岩储层，原位将页岩内部的固体干酪根裂解成油气，并结合采油工艺开采到地面的开发方式。该技术尚未达到工业化开发水平，但技术成熟后具有绿色环保、占地面积小、开发成本低和可开发中深层页岩资源等优势，是中低熟富有机质页岩工业发展的重要趋势。
[0003]按照热量来源和热量传递方式不同，中低熟富有机质页岩原位开采的实现主要通过物理加热方法，包括传导加热技术、对流加热技术和辐射加热技术。传导加热技术(参考专利CN87100890)通过在未压裂地层设置大量大功率电加热器，通过缓慢的热传导方式加热地层，是目前最成熟的原位转化技术，美国壳牌公司开发的小井距电加热技术，已在美国绿河盆地和约旦成功开展矿场试验，能量产出投入比约为3.1左右。对流加热技术(参考专利CN1676870，CN107387052B)将高温水蒸气、惰性气体和超临界CO2等流体注入压裂过的地层，主要通过高温流体对流加热地层，加热速度较快。辐射加热技术(参考专利申请文件CN106640010A)通过地下射频发射器加热地层水，使油页岩裂解产生油气，溶解到近临界水中，通过循环系统循环到地表，该技术加热效率高且加热均匀，加热速度快，热惯性小，对化学反应具有催化作用，热量向井底传输过程中损失小，但井下设备复杂，加热范围有限。
[0004]除此之外，化学加热技术也被应用到油页岩原位开采过程中，一种地下开放燃烧对流加热方法(参考专利CN105840162B)提出将燃气和助燃气体分别经管道送入井套内，开采区处，混合后在井下燃烧器中燃烧，高压空气隔离火焰，产生混合加热介质，加热地层，热源与被加热物质直接接触，省略热交换的过程，减少井筒热量损失。上述技术在矿场实践中或室内实验均已证明了可行性，但是其需要投入大量的外部热量或可燃气体，导致中低熟富有机质页岩原位经济开采经济性较差。与之类似，一种油页岩原位局部化学法提取页岩油气的方法(参考专利CN103790563B)提出将含氧气体与生产井回收的烃类气体加热后混合注入生产井，在油页岩层中形成局部化学反应，诱发局部的链式反应实现油页岩热裂解，生产油气。而固体碳作为一种副产品，在油页岩生产结束后，以余热形式二次利用。此外，一种生物炭辅助加热油页岩提取页岩油气的方法(参考专利CN109184649B)提出在压裂过程中将混有一定比例生物炭和引燃剂的支撑剂随压裂液注入地下裂缝中，再利用油页岩原位
局部化学法提取页岩油气。
[0005]明显地，已有的技术中原位转化过程中通过注入烃类气体或者生物炭，利用其与氧气反应释放的热量加热低熟富有机质页岩地层，而干酪根热解产生的生物炭仅以余热形式二次利用，并未将固定碳中所蕴含的热值充分发挥。事实上，中低熟富有机质页岩加热至裂解温度后，干酪根大分子发生缩合反应，除了生成油气产物之外，超过40％干酪根转化为固体残碳。该固体产物生油潜力为0，但仍存在大量热值，在含氧气氛下点火可发生燃烧，可产生大量热量，常规的原位转化技术并未考虑该固体物质的作用，将其滞留在地层中，或仅以余热形式二次利用。但如果将其中热值充分利用，可大幅降低中低熟富有机质页岩原位转化外部能量和能源投入。同时，残碳转化为CO2，提高固相孔渗性质，有利于油气产物的生成。
[0006]综上所述，变革中低熟富有机质页岩原位转化工艺，提高能量投入效率和油气最终收率是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提出了一种中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，该自生热原位开采方法主要通过对储层改造良好的中低熟富有机质页岩地层注入井附近进行局部预热，并向预热地层中注入常温空气，激发并建立起由残渣区、自生热区、热裂解区和预热区组成的化学反应区，利用干酪根热裂解后产生的残留物发生氧化反应释放热量，实现对流加热中低熟富有机质页岩地层，干酪根热裂解产生的油气产物通过裂缝进入生产井，并被举升至地面。由于该油页岩原位转化技术仅需对注入井附近局部预热，仅需少量外部热量或可燃物注入，其开发成本较低。
[0008]本专利技术通过以下技术方案实现：中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤1：确定中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发目标区域，所述目标区域的地层条件为中低熟富有机质页岩地层镜质体反射率小于1、中低熟富有机质页岩地层含油率大于5％、中低熟富有机质页岩地层厚度大于15米、中低熟富有机质页岩地层含水率小于5％以及中低熟富有机质页岩地层埋深小于3000米；
[0010]步骤2：在步骤1所述的目标区域布置开发井网，所述开发井网采用反九点井网，井网注入井和生产井的比例为3:1；
[0011]步骤3：对中低熟富有机质页岩地层进行储层改造，形成裂缝网络，且裂缝与基质渗透率比值小于10000，裂缝间距小于0.5米；
[0012]步骤4：经储层改造后，对中低熟富有机质页岩地层注入井附近进行局部预热，预热温度达到300℃，以注入井为中心预热半径达到2米；
[0013]步骤5：预热后，向注入井中注入常温空气，控制注入井井底压力小于20MPa，同时确保生产井井底压力与地层流体压力相同，随着常温空气的注入，触发自生热反应，沿驱替方向，在注入井和生产井之间的中低熟富有机质页岩地层形成依次由残渣区、自生热区、热裂解区和预热区组成的化学反应区，利用干酪根热裂解后产生的残留物发生氧化反应释放热量，实现对流加热中低熟富有机质页岩地层，干酪根热裂解产生的油气产物通过裂缝进入生产井，并被举升至地面。
[0014]进一步，所述中低熟富有机质页岩地层厚度大于50米，采用垂直井；中低熟富有机质页岩地层厚度小于50米，采用水平井。
[0015]进一步，所述反九点井网包括至少一个井单元，每个井单元包括位于矩形的中心位置的生产井，以及位于矩形的四个顶点位置和矩形的四个边中心位置上的注入井。
[0016]进一步，所述反九点井网的井间距小于50米。
[0017]进一步，步骤S3中所述的对中低熟富有机质页岩地层进行储层改造，形成裂缝网络的过程为：依次采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：确定中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发目标区域，所述目标区域的地层条件为中低熟富有机质页岩地层镜质体反射率小于1、中低熟富有机质页岩地层含油率大于5％、中低熟富有机质页岩地层厚度大于15米、中低熟富有机质页岩地层含水率小于5％以及中低熟富有机质页岩地层埋深小于3000米；步骤2：在步骤1所述的目标区域布置开发井网，所述开发井网采用反九点井网，井网注入井和生产井的比例为3:1；步骤3：对中低熟富有机质页岩地层进行储层改造，形成裂缝网络，且裂缝与基质渗透率比值小于10000，裂缝间距小于0.5米；步骤4：经储层改造后，对中低熟富有机质页岩地层注入井附近进行局部预热，预热温度达到300℃，以注入井为中心预热半径达到2米；步骤5：预热后，向注入井中注入常温空气，控制注入井井底压力小于20MPa，同时确保生产井井底压力与地层流体压力相同，随着常温空气的注入，触发自生热反应，沿驱替方向，在注入井和生产井之间的中低熟富有机质页岩地层形成依次由残渣区、自生热区、热裂解区和预热区组成的化学反应区，利用干酪根热裂解后产生的残留物发生氧化反应释放热量，实现对流加热中低熟富有机质页岩地层，干酪根热裂解产生的油气产物通过裂缝进入生产井，并被举升至地面。2.根据权利要求1所述的中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，其特征在于：所述中低熟富有机质页岩地层厚度大于50米，采用垂直井；中低熟富有机质页岩地层厚度小于50米，采用水平井。3.根据权利要求1所述的中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，其特征在于：所述反九点井网包括至少一个井单元，每个井单元包括位于矩形的中心位置的生产井，以及位于矩形的四个顶点位置和矩形的四个边中心位置上的注入井。4.根据权利要求1或3所述的中低熟富有机质页岩自生热原位转化开发方法，其特征在于：所述反九点井网的井间距小于50米。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭威，孙友宏，朱超凡，李强，邓孙华，王元，刘召，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：