[发明专利]油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法及工艺

说明书

技术领域

本发明公开一种油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法及工艺，利用油页岩地下原位提取页岩油，作为补充石油资源不足的非常规油气能源，属于石油干馏技术领域。

技术背景

目前，油页岩可通过干馏技术炼制页岩油----人造石油，来替补天然石油；亦可利用其燃烧发电。在当前油价居高不下形势下，页岩炼油具有良好的经济效益，是补充天然石油不足的最现实可用的一大措施；油页岩发电，对缺煤省、区更具有良好的经济、环保、社会效益。但是，传统的开发模式都是采取地下开采，地上干馏生产页岩油，其缺点很多：

（1）地上干馏采掘成本大；

（2）地上干馏土地占用量大；

（3）地上干馏造成开采区大量的土地塌陷；

（4）地上干馏后的残渣处理难度大，大量堆积造成二次污染；

（5）地上干馏后残渣带走大量热量，残渣的热能不能利用，造成能源浪费；

（6）地上干馏产生的废气、污水对环境污染超标。

发明内容

本发明公开了油页岩原位竖井压裂化学干馏方法及工艺，从根本上解决了地下开采、地上干馏所带来的上述缺点和问题。

本发明公开的油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法，其技术解决方案如下：

根据油页岩层情况，在地面上打钻压裂燃烧井和数口导出生产井至地下油页岩层，导出生产井为压裂燃烧井为中心蜂窝形布局；在压裂燃烧井中建立压裂室，对油页岩层进行压裂；在压裂燃烧井中注入油页岩层高压介质（空气、水、石英砂），在油页岩层中压裂出若干条1—3mm的裂缝，裂缝中填充缝隙支撑物（石英砂），建立起油气通道；在压裂燃烧井中建立燃烧室，向燃烧室注入可燃气体和助燃气体，点燃可燃气体使可燃气体在燃烧室底部进行燃烧（引燃油页岩中的可燃物），将油页岩层加温至550~600℃，实现油页岩加热干馏，驱提页岩油、气；页岩油、气通过油气通道及导出生产井导出地面；在油页岩层中，通过竖井通入氧化剂与油页岩干馏后所剩的沥青质和固定碳发生氧化反应，产生的热能作为后续干馏之热源，实现油页岩地下原位连续干馏提取页岩油、气；导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置分离，分离的页岩油送至成品油罐存储销售；可燃气送至燃气发电装置用来发电。

实现本发明所述油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气方法的工艺，包括以下步骤：

1）根据油页岩层分布、走向，选定压裂燃烧井和导出生产井具体位置，在地面上打钻压裂燃烧井和导出生产井至地下油页岩层，压裂燃烧井钻井深度应以不穿透油页岩层为准，导出生产井应以穿透油页岩层为准，所述的导出生产井以压裂燃烧井为中心的呈蜂窝形布局；

2）在压裂燃烧井中建立压裂室，取出钻井套管，通过压裂燃烧井向油页岩层注入高压介质，将油页岩层压裂出若干条1—3mm的裂缝，填充缝隙支撑物石英砂，建立起油气通道，具体步骤如下：

①通井和洗井；

②向井筒内下入水力套管喷头；

③封闭套管与岩壁空隙，使油页岩层形成封闭的压裂空间；

④采用水力套管喷头对油页岩层进行水力喷砂射孔，先泵入基液(水)和携砂液20~35%的砂浆进行切割阶段，当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差（55~80MPa）；

⑤在喷砂射孔2-3min后，将喷孔碎岩顶替；

⑥再泵入交联胍胶和砂（比例20~30:40~60）以增加膨胀力度；

⑦压后放喷，冲砂支撑压裂缝隙；

⑧向井筒内注入液体暂堵剂；

⑨上提钻具，上提钻具至设计位置，压裂下一层，重复③~⑥步。

3）在压裂燃烧井建立燃烧室，

①洗井，将压裂燃烧井内的砂水提出地面，

②压裂燃烧井口加装至油页岩层下0.5m密封套管，利用膨胀剂封闭套管与井壁空隙；

③在压裂燃烧井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统，封闭井口，在油页岩层段形成燃烧室；

④通过可燃气输送管向燃烧室输送LPG和空气；利用电子点火系统点燃可燃气；

⑤引燃油页岩后，给油页岩层加温至550~600℃，测得导出生产井来气温度达到200℃，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道导出生产井至地面油气分离装置；

4）继续向井内注入高压空气，使油页岩层中干馏后剩余的沥青质和固定碳发生氧化反应，在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体（同时驱提页岩油、气）通过油气通道及导出生产井导出地面；