一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法
【專利摘要】一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法，涉及油頁巖原位注熱開采技術(shù)，解決油頁巖厚礦層采用傳統(tǒng)全厚段原位注熱開采時(shí)，會(huì)出現(xiàn)蒸汽供給量不足和礦層加熱不均勻的問題。本發(fā)明的步驟如下：①將若干真空波紋套管用環(huán)形盲板連接，在兩個(gè)套裝金屬波紋管的環(huán)形間隙內(nèi)纏繞隔熱材料后抽真空，放置于裸眼井內(nèi)油頁巖礦層段，注入水泥形成水泥環(huán)；②下分段射孔；③下分段水力壓裂；④下分段注蒸汽開采油氣；⑤下分段真空波紋套管內(nèi)注漿封閉；⑥依次循環(huán)步驟1～步驟5，對(duì)礦層其它分段油頁巖礦體由下至上進(jìn)行注蒸汽開采油氣。本發(fā)明用于厚及特厚油頁巖礦層原位注熱開采油氣，具有蒸汽供給量充足，厚礦層加熱均勻，熱量損失小，油氣采出率高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于油頁巖原位注熱開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及針對(duì)厚及特厚油頁巖礦層的一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]眾所周知，油頁巖中有機(jī)質(zhì)的主要熱解溫度區(qū)間為300?500°C，所以要使油頁巖中的有機(jī)質(zhì)完全轉(zhuǎn)化為頁巖油和熱解氣，必須要把油頁巖加熱到500°C以上，這是所有加熱油頁巖開發(fā)油氣資源方法都必須滿足的首要條件。
[0003]ZL200510012473.4公開了“對(duì)流加熱油頁巖開采油氣的方法”，ZL201310057719.4 公開了 “一種油頁巖油氣資源原位開采方法”，所述油頁巖原位注熱開采油氣的基本原理是:在地面布置、施工群井，鉆井進(jìn)入油頁巖礦層處理層段，套管固井，并采用群井壓裂技術(shù)使注汽井與產(chǎn)油氣井相互聯(lián)通，然后將蒸汽鍋爐中產(chǎn)生的溫度為600°C的過熱水蒸汽沿注汽井注入油頁巖礦層中，加熱礦體，使油頁巖中的有機(jī)質(zhì)受熱分解后形成油氣，并通過低溫蒸汽或冷凝水?dāng)y帶油氣從采油氣井抽吸至地面。詳細(xì)分析其原理后可知:針對(duì)典型厚及特厚層油頁巖，蒸汽在井筒內(nèi)注熱段輸送路徑變長，且要求蒸汽在注入油頁巖礦體內(nèi)仍能達(dá)至|J500°C以上，如該技術(shù)能成功實(shí)施，首先必須要解決以下2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。如下所述:(1) 如何解決注熱段套管與水泥環(huán)之間由于受熱后變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生高熱應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致套管及水泥環(huán)變形損壞并發(fā)生泄漏的問題？(2)如何能夠大幅降低高溫蒸汽向油頁巖非注熱段擴(kuò)散的熱量，減少熱損失，并保證蒸汽在到達(dá)油頁巖礦層處理段后仍能達(dá)到500°C以上，以滿足油頁巖熱解開采的首要溫度條件？
[0004]目前，在稠油熱采領(lǐng)域，主要采用蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)兩種方式相結(jié)合的方法降低稠油粘度，進(jìn)行采油，其蒸汽注入溫度一般處于250?350°C范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)普遍使用套管預(yù)應(yīng)力固井法和隔熱油管來分別解決套管、水泥環(huán)熱損變形和井筒熱量散失的問題。與稠油注熱開發(fā)方式不同，油頁巖在原位注蒸汽開發(fā)過程中，鍋爐蒸汽溫度達(dá)到600°C，比稠油熱采蒸汽注入溫度(250?350°C )高出近一倍，可想而知，當(dāng)蒸汽溫度達(dá)到600°C以上時(shí)，如仍采用傳統(tǒng)平滑單層直套管固井，則注熱段套管、水泥環(huán)變形損壞和過量熱損失的問題將更加嚴(yán)重，傳統(tǒng)稠油熱采領(lǐng)域注熱段井身結(jié)構(gòu)并不適用。另外，對(duì)厚及特厚油頁巖礦層采用全厚段注入蒸汽方法，必然出現(xiàn)蒸汽供給量不足和厚礦層加熱不均勻的問題，導(dǎo)致大量油氣資源難于采出。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法，解決厚及特厚油頁巖礦層采用傳統(tǒng)全厚段原位注熱開采時(shí)，不僅會(huì)出現(xiàn)蒸汽供給量不足和厚礦層加熱不均勻，而且可導(dǎo)致大量油氣資源難于采出的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法，其具體步驟如下:
[0008]①首先將若干真空波紋套管用環(huán)形盲板連接在一起，并在兩個(gè)套裝的金屬波紋管的環(huán)形間隙內(nèi)，纏繞多層隔熱材料后抽真空，再將組裝后的若干真空波紋套管放置于裸眼井內(nèi)油頁巖礦層段，分別與若干礦層分段位置相對(duì)應(yīng)，向真空波紋套管和地層間的環(huán)形空腔內(nèi)注入水泥，形成水泥環(huán)；
[0009]②分別在目標(biāo)注熱井和采油井內(nèi)，利用射孔彈射穿油頁巖礦層下分段的真空波紋套管、隔熱材料、水泥環(huán)，并穿透油頁巖礦體到一定深度，形成下分段射孔；
[0010]③下分段射孔作為水力壓裂注水入口，然后選擇目標(biāo)注熱井為壓裂井，周圍目標(biāo)采油井為連通井，進(jìn)行油頁巖礦層下分段水力壓裂連通；
[0011]④將隔熱油管與真空波紋套管頂部的內(nèi)螺紋接口旋轉(zhuǎn)對(duì)接密封，內(nèi)螺紋接口內(nèi)設(shè)置耐高溫高壓的密封圈，然后連接地面蒸汽管路，在目標(biāo)注熱井中將地面鍋爐中產(chǎn)生的600 °C高溫過熱蒸汽通過隔熱油管注入到油頁巖下分段礦層中，蒸汽沿下分段壓裂通道流動(dòng)， 并逐漸從熱破裂面滲流到巖體內(nèi)部，對(duì)流熱解開采油氣；同時(shí)，在周圍采油井中收集油氣及冷凝水，冷凝水凈化后循環(huán)利用；當(dāng)下分段注熱井和采油井間大部分油頁巖礦體溫度均勻上升到500°C左右后停止注汽，此時(shí)下分段油頁巖油氣開采完畢；
[0012]⑤取出隔熱油管，同時(shí)連接小直徑鉆桿伸入到真空波紋套管中，將預(yù)先計(jì)算好用量的水泥漿通過小直徑鉆桿注入到下分段真空波紋套管內(nèi)，對(duì)下分段射孔形成的蒸汽注入口進(jìn)行封閉，保證水泥凝固后的上界面為下分段與上一分段的交界處，完成下分段真空波紋套管內(nèi)注漿封閉；
[0013]⑥依次循環(huán)步驟1?步驟5,分別對(duì)礦層其它分段油頁巖礦體由下至上進(jìn)行注蒸汽開采油氣，最終使開采區(qū)內(nèi)油頁巖厚礦體得到完全熱解開采。
[0014]本發(fā)明具有如下顯著的進(jìn)步和效果:
[0015]1、本發(fā)明采用多個(gè)真空波紋套管相連接的方式，與傳統(tǒng)稠油熱采直套管相比，優(yōu)點(diǎn)顯而易見，表現(xiàn)為:①波紋管具有剛度值低、柔性大的特性，在溫度升高和降低過程中，可以依靠大量波紋間的結(jié)構(gòu)微變形來替代直套管的垂向大變形，且熱應(yīng)力得到大幅釋放減小，可避免套管和水泥環(huán)的變形損壞;②波紋管與水泥環(huán)之間是“S型”交界面，可大幅提高水泥環(huán)與波紋管間的咬合阻力，緊緊將波紋管約束;③“S型”交界面使密封路徑加長，防蒸汽和油氣滲漏特性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于直套管的平滑交界面。
[0016]2、本發(fā)明采用充填隔熱材料的真空波紋套管，可以大幅降低高溫蒸汽在井筒內(nèi)向礦層非注熱段擴(kuò)散的熱量，提高蒸汽注入溫度。
[0017]3、本發(fā)明對(duì)各分層段采用“射孔注熱開采和注漿封閉”相配合的實(shí)施工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)厚及特厚油頁巖礦層的分段注蒸汽開采油氣技術(shù)，解決了蒸汽供給量不足和厚礦層加熱不均勻的問題，提高油氣采出率。【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明采用的一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采段井身裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，選定厚層油頁巖目標(biāo)注熱開采區(qū)，厚度為60m、埋深11為160m的近水平單一油頁巖礦層，按20m厚度將油頁巖礦層段4沿厚度方向分為3段，分別為礦層下分段41、 礦層中分段42和礦層上分段43。
[0021]—種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法，其具體步驟如下:
[0022]①首先將若干真空波紋套管1用環(huán)形盲板2連接在一起，并在兩個(gè)套裝的金屬波紋管的環(huán)形間隙內(nèi)，纏繞多層隔熱材料3后抽真空，再將組裝后的若干真空波紋套管1放置于裸眼井內(nèi)油頁巖礦層段4,分別與礦層下分段41、礦層中分段42和礦層上分段43位置相對(duì)應(yīng)，向真空波紋套管1和地層間的環(huán)形空腔內(nèi)注入水泥形成水泥環(huán)5;
[0023]②分別在目標(biāo)注熱井和采油井內(nèi)，利用射孔彈射穿油頁巖礦層下分段41的真空波紋套管1、隔熱材料3、水泥環(huán)5,并穿透油頁巖礦體到一定深度，形成下分段射孔6;
[0024]③下分段射孔6作為水力壓裂注水入口，然后選擇目標(biāo)注熱井為壓裂井，周圍目標(biāo)采油井為連通井，進(jìn)行油頁巖礦層下分段41水力壓裂連通；
[0025]④將隔熱油管7與真空波紋套管1頂部的內(nèi)螺紋接口 8旋轉(zhuǎn)對(duì)接密封，內(nèi)螺紋接口 8 內(nèi)設(shè)置耐高溫高壓的密封圈9,然后連接地面蒸汽管路，在目標(biāo)注熱井中將地面鍋爐中產(chǎn)生的600°C高溫過熱蒸汽通過隔熱油管7注入到油頁巖礦層下分段41中，蒸汽沿下分段壓裂通道流動(dòng)，并逐漸從熱破裂面滲流到巖體內(nèi)部，對(duì)流熱解開采油氣；同時(shí)，在周圍采油井中收集油氣及冷凝水，冷凝水凈化后循環(huán)利用；當(dāng)下分段注熱井和采油井間大部分油頁巖礦體溫度均勻上升到500°C左右后停止注汽，此時(shí)下分段油頁巖油氣開采完畢；
[0026]⑤取出隔熱油管7,同時(shí)連接小直徑鉆桿伸入到真空波紋套管1中，將預(yù)先計(jì)算好用量的水泥漿通過小直徑鉆桿注入到下分段真空波紋套管1內(nèi)，對(duì)下分段射孔6形成的蒸汽注入口進(jìn)行封閉，保證水泥凝固后的上界面為下分段與上一分段的交界處，完成下分段真空波紋套管1內(nèi)注漿封閉10;[〇〇27]⑥依次循環(huán)步驟1?步驟5,先后對(duì)礦層中分段42、礦層上分段43分別進(jìn)行注蒸汽開采油氣，最終使開采區(qū)內(nèi)油頁巖60m厚礦體得到完全熱解開采。
[0028]本發(fā)明采用的一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采段井身裝置，如圖1所示:所述井身裝置由3個(gè)長度20m的真空波紋套管1連接而成，所述真空波紋套管1是由兩個(gè)直徑不同的金屬波紋管套裝在一起，再由環(huán)形盲板2連接而成，并在兩個(gè)金屬波紋管的環(huán)形間隙內(nèi)纏繞多層隔熱材料3; 3個(gè)所述真空波紋套管1放置于裸眼井內(nèi)油頁巖礦層段4，分別與礦層下分段41、礦層中分段42和礦層上分段43位置相對(duì)應(yīng)。
[0029]本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或等效范圍內(nèi)的變化和改型都應(yīng)為權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種油頁巖厚礦層原位注熱分層開采油氣的方法，其具體步驟如下:①首先將若干真空波紋套管1用環(huán)形盲板2連接在一起，并在兩個(gè)套裝的金屬波紋管的 環(huán)形間隙內(nèi)，纏繞多層隔熱材料3后抽真空，再將組裝后的若干真空波紋套管1放置于裸眼 井內(nèi)油頁巖礦層段4,分別與若干礦層分段位置相對(duì)應(yīng)，向真空波紋套管1和地層間的環(huán)形 空腔內(nèi)注入水泥，形成水泥環(huán)5;②分別在目標(biāo)注熱井和采油井內(nèi)，利用射孔彈射穿油頁巖礦層下分段41的真空波紋套 管1、隔熱材料3、水泥環(huán)5,并穿透油頁巖礦體到一定深度，形成下分段射孔6;③下分段射孔6作為水力壓裂注水入口，然后選擇目標(biāo)注熱井為壓裂井，周圍目標(biāo)采油 井為連通井，進(jìn)行油頁巖礦層下分段41水力壓裂連通；④將隔熱油管7與真空波紋套管1頂部的內(nèi)螺紋接口 8旋轉(zhuǎn)對(duì)接密封，內(nèi)螺紋接口 8內(nèi)設(shè) 置耐高溫高壓的密封圈9,然后連接地面蒸汽管路，在目標(biāo)注熱井中將地面鍋爐中產(chǎn)生的 600°C高溫過熱蒸汽通過隔熱油管7注入到油頁巖礦層下分段41中，蒸汽沿下分段壓裂通道 流動(dòng)，并逐漸從熱破裂面滲流到巖體內(nèi)部，對(duì)流熱解開采油氣；同時(shí)，在周圍采油井中收集 油氣及冷凝水，冷凝水凈化后循環(huán)利用；當(dāng)下分段注熱井和采油井間大部分油頁巖礦體溫 度均勻上升到500°C左右后停止注汽，此時(shí)下分段油頁巖油氣開采完畢；⑤取出隔熱油管7,同時(shí)連接小直徑鉆桿伸入到真空波紋套管1中，將預(yù)先計(jì)算好用量 的水泥漿通過小直徑鉆桿注入到下分段真空波紋套管1內(nèi)，對(duì)下分段射孔6形成的蒸汽注入 口進(jìn)行封閉，保證水泥凝固后的上界面為下分段與上一分段的交界處，完成下分段真空波 紋套管1內(nèi)注漿封閉10;⑥依次循環(huán)步驟1?步驟5,分別對(duì)礦層其它分段油頁巖礦體由下至上進(jìn)行注蒸汽開采 油氣，最終使開采區(qū)內(nèi)油頁巖厚礦體得到完全熱解開采。
【文檔編號(hào)】E21B43/24GK106014357SQ201610326217
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】康志勤, 趙陽升, 楊棟, 梁衛(wèi)國, 趙靜, 馮子軍, 耿毅德
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)