[发明专利]使用水力压裂生产井、通过原位加热增强页岩油生产

说明书

相关申请的声明

本申请要求在2006年10月13日提交的美国临时申请 60/851,544的权益。该临时申请通过引用方式以其全部内容并入本文。

发明背景

技术领域

本发明涉及从地下地层回收烃的领域。更具体地，本发明 涉及从富含有机物岩石地层原位回收烃流体，所述岩石地层包括例如 油页岩地层、煤地层和焦油砂地层。

背景技术

已知某些地质地层包含被称为“干酪根(kerogen)”的有机 物。干酪根是固体含碳物质。当干酪根被嵌在岩石地层中时，该混合 物被称为油页岩。事实是不管该矿物质在技术上实际上是不是页岩， 它都是从致密粘土形成的岩石。

干酪根暴露于热一段时间后经历分解。加热后，干酪根在 分子水平上分解以产生油、气和含碳焦炭。还可以产生少量的水。油、 气和水流体在该岩石基体内变得可以流动，而含碳焦炭保持基本上不 动。

在世界范围内的各个地区包括美国都发现了油页岩地层。 油页岩地层往往位于相对浅的深度。在美国，最值得注意的是在怀俄 明州、科罗拉多州和犹他州发现了油页岩。这些地层通常的特征在于 有限的渗透性。一些人认为油页岩地层是这样的烃沉积物，其还没有 经历认为是形成常规油和气储量所需的多年热和压力。

干酪根分解产生流动烃的速率依赖于温度。在许多岁月的 期间一般超过270℃(518°F)的温度对于实质性转化来说可能是必需的。 在更高的温度下实质性转化可以在更短的时间内发生。当干酪根被加 热时，化学反应将形成固体干酪根的较大分子断裂成较小的油和气分 子。热转化工艺被称为热解或干馏。

从油页岩地层提取油已经尝试了许多年。近地表油页岩在 地表被开采并干馏已经一个多世纪。在1862年，James Young开始加 工苏格兰油页岩。该工业持续了大约100年。商业上通过地表开采的 油页岩干馏也已经在其它国家如澳大利亚、巴西、中国、爱沙尼亚、 法国、俄国、南非、西班牙和瑞典进行。然而，因为它证实是不经济 的或者由于废页岩处理上的环境限制，该实践在最近几年已经大部分 停止。(参见T.F.Yen和G.V.Chilingarian，“Oil Shale，”Amsterdam， Elsevier，p.292，其全部公开内容通过引用方式并如本文。)此外，地表 干馏需要开采油页岩，这限于对非常浅地层的应用。

在美国，自从20世纪00年代早期就已经知道在西北的科 罗拉多州存在油页岩沉积物。尽管时不时在该地区开展研究项目，但 是还没有进行真正的商业开发。大部分对油页岩生产的研究在20世纪 00年代后期进行。该研究主要是针对页岩油地质学、地球化学以及在 地表设施中的干馏。

在1947年，美国专利2,732,195授予Ljungstrom。该发明 名称为“Method of Treating Oil Shale and Recovery of Oil and Other Mineral Products Therefrom(处理油页岩的方法以及从中回收油和其它 矿物产品)”的专利提议在高温下将热原位应用于油页岩地层以蒸馏和 生产烃。该′195 Ljungstrom专利通过引用方式并入本文。

Ljungstrom杜撰了短语“热供给通道(heat supply channels)” 以描述钻到地层中的井眼。该井眼接收将热传递到周围油页岩的电热 导体。因此，热供给通道充当热注入井。热注入井中的电热元件被放 在砂或水泥或其它导热材料内，以允许热注入井将热传送到周围的油 页岩中，同时防止流体的流入。根据Ljungstrom，在某些应用中，该“集 合体(aggregate)”被加热至500℃与1,000℃之间。

与热注入井一起，流体生产井也在热注入井附近完井。将 热导入岩石基体中后，干酪根被热解，产生的油和气将通过邻近的生 产井被回收。