[发明专利]用于原位烃生产的地下加热器布置

说明书

本发明关于用于烃生产的地下油页岩地层(10)中的细长的地下加热器(20)的布置。加热器(20)被分成一系列的列(40)，列大致垂直于地下油页岩地层(10)的沉积层(50)延伸。加热器也可以被分成一系列的层，每一层在油页岩地层的一个沉积层中延伸。

本发明涉及用于烃生产的地下加热器的布置，更具体地，涉及用于加热油母岩质(kerogen)的地下加热器的布置。

油页岩是含有复杂化合物的有机混合物的沉积岩，其总体地被称为“油母岩质”。油页岩由主要包括黏土矿物、石英、方解石、白云石以及铁化合物的层状沉积岩构成。油页岩在其矿物和化学组成方面可能有差异。

当油页岩被加热到大约350℃时，发生热解(油母岩质的破坏性蒸馏(destructivedistillation))以生成尤其为油和气形式的烃类产物。由油母岩质的热解导致的烃类产物与其他石油产品具有类似的特征。油页岩被认为可能成为液体燃料和天然气的未来重要来源，目前，液体燃料和天然气通过其他石油来源生成。

已经存在很多针对在原位加热油页岩以使烃类产物能够回收的方法的方案。例如，热量和/或溶剂可以通过地下油页岩地层循环或被注入地下油页岩地层。加热方法包括热气体或液体注入、热气体(诸如烟气、丙烷、甲烷或过热蒸汽)的闭环循环、热液体(诸如熔融盐、水或油)的闭环循环、电阻加热、电介质加热、微波加热、井下气体燃烧器或氧化剂注射以支持原位热解。

在一些方案中，加热井和生产井设置在地下油页岩地层中。热流体被向下泵送进入加热井，在加热井中其热量传递至油页岩，然后冷却后的流体被送回地面。流体可以在被送回油页岩之前在地面设备中再加热，并且如果需要的话，可以移除加热流体中的在地下油页岩地层中收集到的杂质。可以通过生产井提取由油母岩质的热解导致的烃类产物。

目前尚未在商业上实施来自油页岩中的油母岩质的油和气的原位生产。很多出版物中描述了垂直和水平加热以及生产井。已经提出了加热井和生产井的模式的多种布置和几何形状，试图使地下地层的加热最优化。

伴随加热过程的一个问题是加热速度非常慢。热量在地下地层中主要通过热传导来传递，并且被油页岩的低导热系数所限制。由于加热速度缓慢，因此已经提出使用加热井的密集常规模式，但是这会导致高表面占据(footprint)，并增加钻入已经处于操作中的加热器的风险。即使利用密集的加热器，预计地下地层可能需要几年的时间才能达到合适的均一温度。

鉴于上述情况，进行了本发明，并且至少本发明的优选实施方案的目的是提高地下油页岩地层的加热速度。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于烃生产的地下油页岩地层中的细长的地下加热器的布置，其中加热器被分成一系列的列，这些列大致垂直于地下油页岩地层的沉积层延伸。

因为加热器是细长的并且被布置成列，因此每一列将产生热量的“壁(wall)”，使得来自每一个加热器的热通量将被来自在其之上和之下的加热器的热通量增强。这提供了远远大于由单一加热器所产生的热通量，并允许地下油页岩地层更快地达到期望温度。

加热器可以以相对于彼此的任何合适距离布置。在一个优选形式中，相邻列之间的沿沉积层测量的距离在10米到100米之间。

这提供了列之间的大间隙，并且可以在加热器的列之间布置生产井而不会有在生产井的钻孔期间损坏加热器的任何风险。

在一个优选形式中，加热器布置成大致沿地下油页岩地层的沉积层延伸。

众所周知，地下油页岩地层沿着沉积层的导热系数大于其穿过沉积层的导热系数。因为加热器大致沿地下油页岩地层的沉积层延伸，因此将在导热系数的优选方向上形成热通量，而这将减少地下油页岩地层达到期望温度所需的时间。