[发明专利]一种针对流体加热油页岩原位开采的模拟预测方法

说明书

本发明公开了一种一种针对流体加热油页岩原位开采的模拟预测方法，所述方法包括：建立干酪根热解化学反应模型；确定所述干酪根热解化学反应模型中的未知数；建立用于模拟所述未知数变化的油页岩原位开采模型；对所述油页岩原位开采模型进行数值求解以进行流体加热油页岩原位开采的模拟预测。根据本发明的方法可以计算油气产量随时间变化，便于现场实时了解整个生产过程。根据本发明的方法能够为现场流体加热油页岩原位开采提供数据支撑及分析手段，提高了油页岩开采效率。

技术领域

本发明涉及地质开发领域，具体说涉及一种针对流体加热油页岩原位开采的模拟预测方法。

背景技术

进入21世纪后，世界各国对能源的需求不断增长，世界石油和天然气资源逐渐枯竭，世界常规能源供应形势也日益严峻。因此，国际上一直将非常规能源的研究作为新世纪替代能源发展的重要课题。

油页岩又称油母页岩，是一种含可燃有机质的沉积岩，作为一种非常规能源，全球油页岩资源非常丰富，据不完全统计，其蕴藏资源量约有10万亿吨，如果将它折算成页岩油，世界上的油页岩储量约为5500亿吨，相当于目前世界天然原油探明可采储量的5.4倍。

但是，油页岩的开发工程难度大、开采技术进展缓慢。目前油页岩开发主要有两种方式：井下开采页岩后在地上加热干馏的地面干馏方式和直接在地下加热干馏将页岩油气导至地面的原位开采方式。原位开采由于具有成本低、占地少、污染小且可开采深层油页岩的优点已成为油页岩开采研究的重点，已有多家科研单位及能源企业展开了相应的研究，也是未来油页岩开发的技术发展趋势。

原位开采技术就其传热机理而言可以划分为两种类型，一类是依靠导热加热油页岩储层，促使其中的干酪根受热裂解形成油气，例如壳牌公司的ICP电加热技术。由于导热传热效率较低，因此整个加热周期漫长，据壳牌估算，需要加热3-5年方能产出油气。另一类技术是依靠注入热流体对流换热加热储层，例如美国洛伦兹国家实验室提出的注入热蒸汽加热技术。由于对流换热相对于导热传热效率高很多，因此流体加热技术从理论上来说是更高效的原位开采方法。

但是，油页岩地下原位开采的机理、化学反应、油气藏渗流规律、温度加热分布、产能分析等方面的研究还刚刚起步，在现有技术中缺乏针对流体加热油页岩原位开采动态分析的数值模拟手段和工具，这大大影响了现场工程和工艺参数的优化设计。

因此，需要一种针对流体加热油页岩原位开采的模拟预测方法以便对现场工程和工艺参数进行优化设计。

发明内容

本发明提供了一种针对流体加热油页岩原位开采的模拟预测方法，所述方法包括：

建立干酪根热解化学反应模型；

确定所述干酪根热解化学反应模型中的未知数；

建立用于模拟所述未知数变化的油页岩原位开采模型；

对所述油页岩原位开采模型进行数值求解以进行流体加热油页岩原位开采的模拟预测。

在一实施例中，建立干酪根热解化学反应模型，其中，引入拟组分用于表征干酪根裂解形成的油气产物。

在一实施例中，建立用于模拟所述未知数变化的油页岩原位开采模型，其中，分别建立质量守恒方程、能量守恒方程以及相平衡计算方程。

在一实施例中，建立质量守恒方程，其中，以干酪根为固体不存在流动为依据对所述质量守恒方程进行简化。

在一实施例中，建立能量守恒方程，其中，能量变化包括高温流体携带热量与岩体系统进行热量的传递和交换、化学反应涉及到的热能量、注入井带入的能量以及产出井带出的能量。

在一实施例中，建立能量守恒方程，其中，采用经验计算公式计算焓，所述经验计算公式为