[发明专利]原位热解的井筒机械完整性

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求保护2010年8月30日提交的名称为WELLBORE MECHANICAL INTEGRITY FOR IN SITU PYROLYSIS（原位热解的井筒机械完整性）的美国临时专利申请61/378,278的优先权权益，其全部内容被引入本文作为参考。

背景

本节意图介绍本领域的多个方面，这可与本公开的示例性实施方式相关。这样的讨论被认为有助于提供框架，从而有助于更好地理解本公开的具体方面。因此，应当理解的是，本章应在此前提下阅读，而不一定作为对现有技术的承认。

领域

本发明涉及烃类自地下地层回收的领域。更具体地，本发明涉及烃流体自有机物富集岩石地层的原位回收，该有机物富集岩石地层包括，例如，油页岩地层、煤地层和沥青砂地层。

技术概述

已知某些地质地层包含被称为“干酪根”的有机物。干酪根是固态含碳物质。当干酪根嵌入岩石地层中时，该混合物被称为油页岩。这是真实的，而无论该矿物事实上是否在技术上是页岩，即主要由压实粘土形成的岩石。

干酪根在暴露于热一段时间后进行分解。在加热后，干酪根分解成较小的分子，以生成油、气和含碳焦炭。还可生成少量水。油、气和水流体在岩石基质中具有移动性，而含碳焦炭基本上保持固定性。

油页岩地层在世界范围内的多个区域被发现，包括美国。这种地层尤其被发现于怀俄明州（Wyoming）、科罗拉多州（Colorado）和犹他州（Utah）。油页岩地层倾向于存在于相对较浅的深度，并且其特征通常为有限的渗透性。一些认为油页岩地层是烃沉积物，其还未经历产生常规油和气储量所需的数年的热和压。

干酪根分解生成移动性烃类的速率具有温度依赖性。基本转化可能需要总体上超过270℃（518°F）的温度经过至少数月的过程。温度越高，可在越短的时间内发生基本转化。当干酪根被加热至必要的温度时，化学反应使形成固态干酪根的较大分子分解为较小的油和气分子。热转化过程被称为热解或干馏。

多年来已进行从油页岩地层提取油的尝试。地表处的近地表油页岩已被开采和干馏超过一个世纪。1862年，James Young开始加工苏格兰油页岩。该工业持续了约100年。通过地表开采的商业油页岩干馏也已在其他国家进行。这些国家包括澳大利亚、巴西、中国、爱沙尼亚、法国、俄罗斯、南非、西班牙、约旦和瑞典。但是，该实践在近年来已基本上废止，因为其被证明是不经济的，或因为关于页岩废渣处理的环境制约。（参见T.F.Yen,and G.V.Chilingarian,“Oil Shale,”Amsterdam,Elsevier,p.292，其全部公开内容被引入本文作为参考）。进一步，地表干馏需要开采油页岩，这使该具体应用限制于极浅的地层。

在美国，自1900年代早期就已知西北部的科罗拉多州存在油页岩沉积物。数个研究项目已时而在该区域进行。关于油页岩生产的多数研究在1900年代的后半段实施。这种研究大部分关于页岩油地质学、地球化学和在地表设施中的干馏。

1947年，美国专利号2,732,195被授予Fredrik Ljungstrom。该专利，名称为“Method of Treating Oil Shale and Recovery of Oil and Other Mineral Products Therefrom”，提出将高温下的热原位应用于油页岩地层。这种原位加热的目的是使烃类蒸馏并将其生产至地表。‘195Ljungstrom专利被引入本文作为参考。

Ljungstrom创造了短语“热供应渠道”以描述钻入地层的井眼。井眼中容纳电热导体，其将热传递至周围的油页岩。因此，热供应渠道充当早期热注入井。热注入井中的电加热元件被布置在砂岩或水泥或其他导热性材料中，以使热注入井将热传递到周围的油页岩中。根据Ljungstrom，地下“集合体”在一些应用中被加热至500℃至1,000℃之间。

与热注入井一起，毗邻于热注入井完成流体生产井。随着干酪根在热传导进入集合体或岩石基质后热解，热解油和气将通过邻近的生产井得到回收。