[发明专利]一种油页岩原位开采井下点火加热装置及加热方法

说明书

一种油页岩原位开采井下点火加热装置及加热方法，点火加热装置包括高压油气注入系统、点火加热测控系统、井内管柱线缆系统、井下点燃系统。本发明工作时，首先通过双壁钻杆的中心通道向井内注入压缩空气，经空气喷嘴产生高速空气流。然后通过双壁钻杆的内壁与外壁之间的环空通道向井内输送燃油，经过旋流喷嘴雾化，并与高速空气流充分混合，在加热棒的加热作用下点燃燃油，燃烧产生的热量用于加热油页岩层。火焰检测器实时监测井下燃烧情况，井下封隔器使得燃烧的峰面向井内地层延伸和扩展，持续不断地加热油页岩矿层。本发明减少了由于能量的管路运输损耗，极大地提高了燃油的燃烧效率和能量的利用率。

技术领域

本发明涉及非常规能源开采领域，特别涉及一种油页岩原位开采井下点火加热装置及加热方法。

背景技术

油页岩，作为21世纪可替代常规油气资源的新型能源，一直以来都受到广泛的关注。油页岩是一种含有有机质的沉积岩，有机质含量通常为5%~50%不等，主要类型可以分为为腐泥质、腐殖质或混合型。无机矿物主要包含石英、高岭土、粘土、碳酸盐等。其内部的有机质（干酪根）经过高温处理之后可以生成页岩油和热解气。

目前，油页岩的开采利用方式主要分为两种形式，包括地面干馏技术和地下原位裂解技术，地面干馏技术发展至今已经相当成熟，是目前页岩油开采利用的主要方式。但是这种方法也存在一定的局限性，具有地表占地面积大、能量利用率低、环境污染严重以及生产成本高等缺点。而地下原位裂解技术不需要对地表进行开采，而是直接对地下油页岩层进行加热，具有产品质量好，占地面积小及采油率高等优点。目前，世界上有多种原位开采的方法，根据能量的传递方式可分为对流加热、辐射加热和传导加热（电加热、燃烧加热）三种方式。

采用对流加热方式的油页岩原位转化技术主要有太原理工大学的注蒸汽对流加热技术和雪弗龙公司和Los Alamos国家实验室于2006年联合开发的CRUSH技术。太原理工大学的注蒸汽对流加热技术主要是利用高温烃类气体对油页岩层进行加热，该技术需要先在地面布置群井，通过对岩层进行压裂使群井连通，然后将烃类气体加热到400℃~700℃后注入到油页岩矿层，通过对流换热方式对油页岩层进行加热。热解产生油气后，进行采集，将其中一部分烃类气体继续通入储罐，升温加压后重复对岩层加热。雪弗龙公司的CRUSH技术同样也采取了流体对流加热方式，该技术首先需要对页岩层行爆破压裂，然后再利用高温CO₂气体对油页岩层进行加热，最后将油气等产物通过垂直井导出至地表。

采取辐射加热方式的技术主要有美国伊利诺理工大学和劳伦斯利物莫国家实验室提出并开发的LLNL射频技术，采用改进的无线射频加热方式对对油页岩进行加热，具有穿透力强，容易控制，缩短了热扩散的时间；RF/CF技术是另一项利用射频技术加热、超临界流体作载体，对油页岩层进行加热的技术。

目前采取电加热方式的技术最典型的就是壳牌公司的ICP技术。这项技术采用垂直钻井法，然后将电加热器放置到油页岩矿层内，利用热传导作用加热油页岩层，然后运用传统的采油方法将油气产物抽至地面。采取原位燃烧加热技术的主要有美国埃克森美孚提出采用注入烃类物质作为循环流体的地下加热方式，以及通用电气公司提出利用燃料和氧气燃烧器加热导管和空气在地下燃烧器的加热方式。

上述原位加热技术虽然不需要将油页岩矿从地下开采到地面这一生产过程，在一定程度上降低了生产成本，但仍存在热量利用率低，加热效率低下以及综合成本高、设备仪器安装操作不便等一系列问题，从而使得诸多原位热解技术现仍处于试验阶段，无法具体在野外现场施工中实现。因此急需一种适合于油页岩原位开采的井下加热装置，以解决目前油页岩原位转化技术难以实现的难题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种油页岩原位开采井下点火加热装置及加热方法。

一种油页岩原位开采井下点火加热装置，包括电机泵、燃油罐、压力平衡装置、井口封隔器、信号电缆、加热控制器、双壁钻杆、上覆岩层、油页岩矿层、油页岩矿层、加热棒、空气喷嘴、旋流喷嘴、火焰检测器和井下封隔器；电机泵包括气泵和油泵；