[发明专利]一种油页岩原位开采热解转化率预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及油页岩开采技术领域，具体的说，涉及一种油页岩原位开采热解转化率预测方法。

背景技术

油页岩的原位热解过程中有机质在不同时刻不同条件下的转化程度的预测是原位开采工艺参数设计与优化的基础。目前对于油页岩干酪根转化率的预测方法总体都是针对油页岩的地面干馏工艺的。地面干馏工艺采用的样品为粉末或小粒径颗粒，样品内外温度是均匀的，加热介质温度即是样品温度。

而油页岩在原位状态下有机质的热解条件与地面干馏有所不同。首先，原位开采油页岩是在地下进行的，岩石不再是粉末或小粒径样品，因此需要考虑地层岩石传热的问题。受地层导热系数的制约，原位开采条件下的升温速度很低，并且升温速度在加热过程中是变化的，而常规的热解实验都是恒速升温条件下进行的，因此，原位开采条件下的热解反应动力学不能用本征动力学来表征，必须与大尺度块状油页岩的传热过程结合起来。其次，油页岩干酪根是复杂的有机混合物，热解反应是由多个基元反应组成的混合反应，在这个热解过程中其活化能和频率因子是变化的，因此，需要获得在不同温度下的反应活化能和频率因子，才能真正反映在原位开采过程中有机质的热解及转化特征。综上所述，现有的有机质转化率的预测方法不适合油页岩原位开采热解转化率的预测。

因此，亟需一种能够实现对于油页岩原位开采热解转化率进行预测的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油页岩原位开采热解转化率预测方法，以解决传统的干酪根转化率预测方法无法实现对于油页岩原位开采热解转化率进行预测的技术问题。

本发明提供一种油页岩原位开采热解转化率预测方法，该方法包括：

构建油页岩原位开采热解过程的温度场数学模型；

根据所述温度场数学模型获得温度的解析表达式；

构建油页岩原位开采热解过程中转化率与温度的函数关系；

根据所述温度的解析表达式和所述转化率与温度的函数关系预测油页岩原位开采的热解转化率。

在所述构建油页岩原位开采热解温度场数学模型的步骤中包括：

构建所述温度场数学模型为：

设置初始条件为：当t＝0时T(r,t)＝T_f；

设置边界条件为：当r＝0时T(r,t)＝T₀，当r_w＜r＜r_f时T(r,t)＝T_i；

其中，c为油页岩岩石比热容，ρ为油页岩岩石密度，T为温度，r为距离热源半径，t为时间，r_w为井径，r_f为地层边界，T_f为地层初始温度，T₀为热源温度，T(r,t)为温度对于时间和温度场中位置的函数，T_i为温度对于地层边界与井径之间任一位置和时间的函数。

在所述获得温度的解析表达式的步骤中包括：

根据所述初始条件和所述边界条件对所述温度场数学模型求解，得到所述温度的解析表达式：其中C1、C2、C3、C4为与油页岩地层参数有关的常数，E_i为指数积分函数。

在所述构建转化率与温度的函数关系的步骤中包括：

建立含升温速率的热解反应动力学方程；

根据所述热解反应动力学方程进行推导获得转化率与温度的函数关系。

在所述建立含升温速度的热解反应动力学方程的步骤中包括：

建立升温速率的的热解反应动力学方程：其中，x为有机质转化率，E为反应活化能，A为频率因子，R为通用气体常数，T为温度，t为时间；

将升温速度带入所述动力学方程得到含升温速度的热解反应动力学方程：

在根据所述热解反应动力学方程进行推导获得转化率与温度的函数关系的步骤中包括：

对含升温速度的热解反应动力学方程两边取积分得到：

其中T₀为热源温度；

对该式带入指数积分函数同时设得到：

对该式左右两边取指数得到在转化率与温度的函数关系：

在所述预测油页岩原位开采的热解转化率的步骤中包括：

将所述温度的解析表达式作为自变量代带入转化率与温度的函数关系中计算获得温度场数学模型中任意时间点和任意位置处的有机质转化率。