一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法，属于油田开发领域，该方法包括：建加热井和水平生产井；将带有冷却剂的微型核反应堆置于加热段，使稠油发生热裂解反应产生富含CH4的气体、轻质油和焦炭；通过生产井产出气体和轻质油；在生产井趾端的正上方建一口直井作为注入井，与生产井组合成U型井；通过注入端下入微型核反应堆，通过生产端下入负载催化剂的微型核反应堆；向储层注入CO2，使焦炭发生溶损反应生成CO；通过注入端注入冷水，经反应堆加热形成水蒸汽，在U型井底部与CO混合进入生产端发生反应，产出含H2、CO2的混合气体。本发明专利技术在产出清洁燃料的同时，还能提升原油品质，且低碳环保，解决了核废料处理难题。解决了核废料处理难题。解决了核废料处理难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法


[0001]本专利技术属于油田开发领域，涉及一种稠油原位气化方法，特别是涉及一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法。

技术介绍

[0002]在全球已发现的原油资源中，稠油储量占比超2/3。我国具有超过200亿吨的稠油资源量，但目前投入商业开发的动用地质储量仅占7%。随着常规原油资源量的逐年减少，稠油在能源结构中所占比重将越来越大。我国大部分稠油油藏为陆相沉积，油藏复杂，非均质性强，油藏中原油粘度高于10000 mPa.s。目前，注蒸汽热力开采仍是开采稠油的主要方式，但仅适用于1000m以内深度的储层。同时，蒸汽开采中后期存在热效率低，能量消耗高，地面水处理成本高等问题。
[0003]为了高效绿色开采稠油储层，20世纪80年代在Marguerite Lake开展了稠油原位气化现场试验，该试验企图利用湿式燃烧的方式，通过稠油水热裂解和热裂解反应产生H2等燃料气体。但是，最终稠油气化率低以及产出混合气体中H2含量低，导致了湿式燃烧原位气化稠油项目的失败。
[0004]研究表明，当温度高于300℃时，稠油在无氧环境中开始气化，即发生热裂解反应，主要表现为自由基缩聚和长链烃发生断裂，最终产物有混合气体、轻质油和焦炭。稠油的气化率随着温度升高而升高，室内研究表明，在450℃
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600℃范围内，稠油气化气体产量约为0.2g/g
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0.3g/g，轻质油产量约为0.3 g/g
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0.4 g/g，焦炭产量约为0.2 g/gr/>ꢀ‑
0.3 g/g，是300
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400℃温度下气体产量的1.33
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4.36倍。其中，混合气体主要成分为CH4，产生的轻质油的沸点低于200℃。另外，研究者还发现，当温度高于800℃时，CO2与焦炭可发生溶损反应（C + CO2= 2CO）。研究还表明Zn
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Cr
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Cu氧化物在300
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500℃的温度可催化CO与水蒸气之间的反应，产生H2和CO2（CO + H2O = CO2+ H2）。
[0005]国际原子能机构（IAEA）将产生20MW热量以下的核反应堆称为微型核反应堆。微型核反应堆结构简单，成本低廉，对核原料品质要求较低。通常，大型核电站产生的核废料可作为微型核反应堆的核原料。Westinghouse电气公司设计出功率为0.2MW
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5MW的eVinci
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微型反应堆，可稳定运行3年以上。Oklo公司设计出1.5MW微型核反应堆，可稳定运行20年。微型核反应堆尺寸非常小，直径可低至0.24m，高度仅数米。采用熔融金属盐作为反应堆的冷却剂，反应堆出口温度可达到1000℃以上。
[0006]本专利技术提出一种利用微型核反应堆提供高温实现原位气化稠油产出清洁燃料的方法，通过采用微型核反应堆维持地层中稠油裂解产生清洁能源过程，达到消除井筒热损失和对地面注汽设施的依赖，可进一步拓展稠油热采技术应用的油藏类型和深度范围。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种在油层中原位气化稠油产生清洁气体燃料和轻质油的方法，该方法原理可靠，操作简便，在产出清洁燃料的同时，还能提升原油品质，且具备低
碳环保、低成本等优势，具有广阔的市场应用前景。本专利技术可用于新发现油藏，也可用于油田开发中后期或废弃老油田进行剩余油挖潜增效。
[0008]为实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0009]首先通过加热井将连续的微型核反应堆置于油层中，通过控制棒控制反应堆加热油层的温度，促使热裂解区内的稠油裂解。随后开井生产，产出气体燃料和轻质油。在水平生产井的趾端建一口直井作为注入井，与生产井组合成U型井。在U型井注入端和生产端分别放置微型核反应堆和负载催化剂的微型核反应堆。紧接着转第二阶段生产，通过加热井向焦炭层注入CO2，使焦炭溶损。同时在U型井注入端注入水为CO转化提供水蒸气。最后H2、CO2和水蒸气由U型井生产端产出。
[0010]一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法，依次包括以下步骤：（1）分别建加热井和生产井，所述生产井为水平井，完井后在加热井加热段和生产井水平段均匀射孔；（2）将带有冷却剂的微型核反应堆置于加热井位于储层中部的加热段，利用微型核反应堆产生高温加热储层，使稠油发生热裂解反应产生富含CH4的气体、轻质油和焦炭；（3）储层中热裂解反应完成后，打开生产井，通过生产井产出富含CH4的气体和轻质油，产生的焦炭滞留于储层中；（4）在生产井趾端的正上方建一口直井作为注入井，与生产井组合成U型井，注入井为注入端，生产井为生产端；通过注入端下入微型核反应堆，通过生产端下入负载有催化剂的微型核反应堆，该步骤核反应堆堆芯均不密封，允许外来流体通过；（5）加热井持续加热储层，通过加热井向储层注入CO2，使热裂解反应产生的焦炭发生溶损反应生成CO；（6）通过U型井注入端注入冷水，经反应堆堆芯加热形成水蒸汽，在U型井底部与CO混合进入U型井生产端，在负载有催化剂的微型核反应堆堆芯发生反应，产出含H2、CO2和水蒸汽的混合气体；（7）H2进入地面储能装置，CO2和水蒸汽通过地面分离设备分离后循环使用。
[0011]进一步地，所述微型核反应堆中，富含铀的核原料被制成亚毫米级别的铀颗粒，外部包裹石墨层和碳化硅陶瓷层，目的是提高反应堆耐温性（承受1760℃），避免反应堆熔毁。
[0012]进一步地，所述微型核反应堆安装温度传感器实时监测温度，所有微型核反应堆的控制棒连接在一根连杆上，通过自动程序控制连杆调节核反应堆中核裂变速率，实现对核反应堆输出温度的自动调节。
[0013]进一步地，所述微型核反应堆的包裹材料、控制棒连杆、加热井和U型井内壁均涂耐高温（1500℃）的纳米材料。
[0014]进一步地，所述冷却剂采用氟化金属盐，通过控制棒使微型核反应堆表面温度维持在1000℃左右，持续为储层中稠油热裂解反应提供充足的能量。
[0015]进一步地，稠油热裂解反应产生大量气体和轻质油，由于盖层的封闭性，气体聚集在储层顶部，形成气盖，储层下部为裂解产生的轻质油，此过程伴随地层压力不断升高，当监测到井底压力趋于恒定时，表明稠油热裂解反应阶段结束。
[0016]进一步地，稠油热裂解反应阶段完成后，通过生产井进行测井，倘若焦炭对储层孔隙封堵严重，在生产井水平段进行压裂，重新构建渗流通道。
[0017]进一步地，若地层压力过高，通过控制棒降低核反应堆工作温度，使气体收缩，降低地层能量；若产量递减过快，通过控制棒升高核反应堆工作温度，使气体膨胀，提高地层能量。
[0018]进一步地，所述U型井生产端的微型核反应堆堆芯中负载有催化CO和水蒸汽高温反应的催化剂。
[0019]进一步地，通过控制棒控制U型井注入端和生产端的微型核反应堆堆芯温度为500℃。
[0020]进一步地，通过U型井注入端注入水的速率来控制U本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法，依次包括以下步骤：（1）分别建加热井和生产井，所述生产井为水平井，完井后在加热井加热段和生产井水平段均匀射孔；（2）将带有冷却剂的微型核反应堆置于加热井位于储层中部的加热段，利用微型核反应堆产生高温加热储层，使稠油发生热裂解反应产生富含CH4的气体、轻质油和焦炭；（3）储层中热裂解反应完成后，打开生产井，通过生产井产出富含CH4的气体和轻质油，产生的焦炭滞留于储层中；（4）在生产井趾端的正上方建一口直井作为注入井，与生产井组合成U型井，注入井为注入端，生产井为生产端；通过注入端下入微型核反应堆，通过生产端下入负载有催化剂的微型核反应堆，该步骤核反应堆堆芯均不密封，允许外来流体通过；（5）加热井持续加热储层，通过加热井向储层注入CO2，使热裂解反应产生的焦炭发生溶损反应生成CO；（6）通过U型井注入端注入冷水，经反应堆堆芯加热形成水蒸汽，在U型井底部与CO混合进入U型井生产端，在负载有催化剂的微型核反应堆堆芯发生反应，产出含H2、CO2和水蒸汽的混合气体；（7）H2进入地面储能装置，CO2和水蒸汽通过地面分离设备分离后循环使用。2.如权利要求1所述的一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法，其特征在于，所述微型核反应堆中，富含铀的核原料被制成亚毫米级别的铀颗粒，外部包裹石墨层和碳化硅陶瓷层。3.如权利要求1所述的一种基于微型核反应堆原位气化稠油的方法，其特征在于，所有微型核反应堆的控制棒连接在一根连杆上，通过自动程序控制连杆调节核反应堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄思源，杨嗣民，蒋琪，蒋冠辰，
申请(专利权)人：成都川源远景能源科技有限公司成都君辰鑫环能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：