[发明专利]一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法

说明书

一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，包括如下步骤：(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，所述微波加热井位于油气导出缝的中心位置；(2)当温度传感器监测所述微波加热井的温度达到上限值后，以阶梯式降低微波功率，从而对所述油页岩矿层进行辐射加热，使得生成的油气通过油气导出缝导出。该方法采用降阶梯式微波加热油页岩的加热模式，既是利用了微波功率易于控制的优点，又是效率高于间歇式微波加热模式的高效加热方法。

技术领域

本发明涉及原位油页岩开采技术领域，尤其涉及一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法。

背景技术

油页岩属于非常规油气资源的一种，它当中含有的有机质干酪根需要通过加热的形式转化成气液形态的碳氢化合物，可作为常规原油的替代物。油页岩的原位开采可以克服露天开采引发的环境污染以及开采范围窄的问题。微波加热凭借着加热效率高、选择性加热、体积式加热等特点已经被提出作为油页岩原位开采方法的一种。

目前，针对微波加热原位开采油页岩的理论与技术中，大多默认微波对油页岩地层的加热是功率不变地持续式加热，很少关注微波的加热模式对地层升温造成的影响，即对油页岩开采效率的影响。然而，油页岩在微波辐射下的升温速率是依赖于油页岩本身的介电常数的，介电常数越高，微波能量越有利于转化为热能，从而对地层加热。而油页岩的介电常数拥有温度敏感的特性，即油页岩的介电常数在油页岩开始热解的时候，会大幅度上升，这就导致在微波的持续辐射下，油页岩地层的温度会更加快速地上升，若长时间持续式辐射，地层温度的最大值会超过1000℃。换句话说，在微波辐射的区域，即靠近井筒的区域会出现过热的现象，而温度过高，则会使得井筒材料失效，从而造成严重的工程问题。

因此，如何提供一种既能保证高效加热油页岩，又能满足井筒材料耐温需求的微波原位加热开采油页岩的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，本发明采用降阶梯式微波加热油页岩的加热方法，既是利用了微波功率易于控制的优点，又是效率高于间歇式加热，安全性高于连续式加热的新型加热方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波降阶梯式原位加热开采油页岩的方法，包括如下步骤：

(1)在油页岩矿层上设置微波加热井，所述微波加热井位于油气导出缝的中心位置；

(2)当所述微波加热井的温度达到上限值后，以阶梯式降低微波功率，对所述油页岩矿层进行辐射加热，使生成的油气通过油气导出缝导出。

在微波加热原位开采油页岩的加热技术中，微波辐射地层时，油页岩的受热可以分为3个区域：首先是在微波加热井附近的微波穿透区，这个区域的温度在微波辐射下能在短时间内达到非常高的温度；接着是传热区域，由于高频电磁波即微波的传输距离有限，不能在地层内部无限传播，因此在远离微波穿透区的传热区域，地层温度的升高主要来自于微波穿透区向传热区域的固体热传导；最后在更远的区域，热量传递还未达到，被视为未加热区域；

从以上的地层传热机理可知，将热量从微波穿透区传递给传热区域是通过热传导的方式，但油页岩的导热系数较低，一般处于1W/(m·℃)以下，如果长时间持续式辐射地层，微波穿透区的温度会越来越高，大部分的热量来不及传递到传热区域，那么微波穿透区就会形成温度极高的过热区域，一旦这个温度超过井筒耐温材料的温度限制，则会造成严重的工程问题，这个现象在微波辐射功率高的时候，更加明显。因此为了解决这个问题，本发明利用了微波即开即断、易于控制的优点，提出了灵活的降阶梯式的微波加热方法，最大化得保证了地层传递温度的效率，而且可以在材料和工艺的允许条件下，适当地提高微波加热功率，进一步提高微波加热油页岩地层的效率。

优选地，所述微波加热井的井口设置有用于控制微波发射功率大小的控制室。