[发明专利]一种应对油页岩地层热膨胀特性的油页岩原位加热方法

说明书

本发明公开了一种应对油页岩地层热膨胀特性的油页岩原位加热方法，该方法在压裂时将内部含有氧气载体的多孔陶瓷支撑剂随压裂液一起压入压裂裂缝中，通过对油页岩层进行加热，使氧气载体分解产生氧气与油页岩内部的有机质发生反应，消耗部分有机质，使油页岩层内部的孔隙、裂隙不断增大。该方法解决了现有油页岩地层具有较高的热膨胀特性，在加热过程中易发生热膨胀而堵塞人工压裂裂缝，导致热量传递速率慢，加热效率低，开采周期长，成本高等问题，该方法可适用于不同层位和含油率的油页岩地层，安全可控，对环境无害。

技术领域

本发明涉及油页岩开采技术领域，特别涉及一种应对油页岩地层热膨胀特性的油页岩原位加热方法。

背景技术

近年来，中国经济的高速增长使得国内对能源的需求量快速增加。根据统计数据显示，2018年中国石油对外依存度高达69.8％，天然气对外依存度提高至45.3％。为了保障我国能源供应和安全，应大力开发非常规油气资源等替代能源。

油页岩是一种富含有机质的细粒沉积岩，孔隙中的大分子固态有机质(即干酪根)加热后可裂解产生液态的页岩油和可燃的页岩气，是一种储量丰富且分布广泛的新型化石能源，被认为是石油的接替资源。

地下原位开采是目前油页岩最有前景的利用方式，其通过直接在地下原位对油页岩地层进行加热进而获得页岩油气。具有不需将矿体开采至地表，节省人力物力，成本小；不破坏地层结构，无采空区，且无残渣堆积，对环境损害小；可利用油页岩资源范围广，能开采更深层位的油页岩，原位集中开采效率高等优点，应用潜力巨大。

然而由于油页岩地层具有较高的热膨胀特性，在加热过程中容易发生热膨胀而堵塞封闭早期压裂过程中形成的人工裂缝，导致热量传递速率慢，加热效率低，开采周期长，成本高等问题，严重阻碍限制了该项技术的发展应用。

多孔陶瓷支撑剂是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料、经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口气孔率的一种多孔性陶瓷材料、具有耐高温，高压、抗酸、碱和有机介质腐蚀，良好的生物惰性、可控的孔结构及高的开口孔隙率、使用寿命长、产品再生性能好等优点。

常规石油开采用压裂支撑剂适用于8000-9000米左右的深部地层，地层压力通常在80-90MPa左右，因此常规石油开采用压裂支撑剂的抗压强度通常为80-100MPa。而现有油页岩层的埋深普遍在500-1000米左右，其地层压力一般在5-10MPa左右，所以抗压强度为5-20MPa的多孔陶瓷材料完全可以满足油页岩地层压裂的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有油页岩地层具有较高的热膨胀特性，在加热过程中容易发生热膨胀而堵塞封闭早期压裂过程中形成的人工裂缝，导致热量传递速率慢，加热效率低，开采周期长，成本高等问题，从而提供一种应对油页岩地层热膨胀特性的油页岩原位加热方法。

本发明的方法包括如下步骤：

步骤一，先从地表向目标油页岩层钻至少一口生产井，在生产井中采用水力压裂的方式进行人工造缝，形成压裂裂缝，然后以压裂井为中心，在压裂范围内再钻至少一口注热井至目标油页岩层；

步骤二，在压裂造缝的同时将外部包裹塑料外壳内部含有氧气载体的多孔陶瓷支撑剂随压裂液一起压入压裂裂缝中，使其充满整个压裂区，塑料外壳保护多孔陶瓷支撑剂内部的氧气载体不会在压裂过程中溶解在水中，所用多孔陶瓷的孔隙度和抗压强度根据目标地层深度和地层压力选择，所用氧气载体的含量根据油页岩层的含油率和热膨胀性选择，具体参数应根据当地油页岩层的具体性质特点而定，确保多孔陶瓷支撑剂抗压强度足够，并且氧气载体在加热过程中可以释放出足够量的氧气消耗油页岩层中的部分油页岩；

步骤三，对油页岩层进行加热，在加热过程中，油页岩层发生热膨胀，热膨胀油页岩体逐渐将压裂过程中形成的压裂裂缝封堵；