[发明专利]加热油页岩的采油方法

说明书

本发明涉及利用传导加热驱动工艺从地下油页岩中开采石油的方法。更具体地讲，本发明涉及利用传导加热的方法处理相当厚且基本上完全不渗透的地下油页岩的方法，其中的传导加热既能在油页岩所选定的层段造成一个渗透带又能随后开采油页岩油烃。

在瑞典，F.Ljungstroem发明了从地下油页岩中采油的助渗透性传导加热驱动工艺。四十年前发明的这一方法在五十年代小规模地在工业上使用过。该方法在下列文献中进行过说明：瑞典专利号121，737，123，136，123，137，123，138，125，712和126，674;美国专利号2，732，195以及杂志上的文章，如：“地下页岩油用Ljujngstroem法热解”，IVA卷24（1953）第3期，第118至123页，和“就地电介加热油页岩的净能回收”，油页岩讨论会论文集11，第311到330页（1978）。上述瑞典工艺方法是在近地表的渗透性油页岩地层中完成注热井和产液井，使井眼之间的间距小于3米。注热井装有电加热或其它类型的加热元件，在这些元件的周围有大量的物质，如砂或水泥，其安置的方式可将传给油页岩，同时又能防止流体的流入或流出。设计和试验瑞典工艺方法的油页岩，其渗透性能已达到了这样的程度，即由于地下水的不断流入，必须连续不断地抽水，以避免蒸发该地下水所带来的能耗。

就基本上完全不渗透，相当深且相当厚的油页岩沉积层而言，如美国Piceance盆地的油页岩沉积层，以前人们认为，根据先前的说法和认识，利用传导加热工艺采油的可能性，从经济角度考虑是无法实现的。例如，在上述油页岩讨论会上，Ljungst.roem方法的特征表述如下：该方法“……将管状电加热元件嵌入高品位油页岩沉积层中，从而成功地采出了页岩油。该方法是借助于普通热扩散加热油页岩的，这当然需要很大的温度梯度，因此加热极不均匀;需要数月时间才能完全干馏完象小房间那样大小的油页岩层段。而且，由于对干馏带周边以外的油页岩加热不足以及对最靠近热源的油页岩的过渡加热而浪费了大量热能。在处理西部油页岩时，后一问题显得特别重要，因为过热区的热能，由于在大约600℃以上发生吸热反应，而不可能通过扩散全部得到回收。”（313页）

在基本上不渗透且相当厚的地下油页岩地层中，造成和保持一个热解产品能够通过的渗透带已成为一个严重的问题。美国专利3，468，376（第1和第2栏）报道：“将热传过油页岩的机理有两种。热靠传导作用传过油页岩中的固体物质。热也靠对流作用传过油页岩中的固体物质。靠传导作用传热是比较慢的过程。油页岩的平均热传导率和平均热扩散率与火砖大致相当。固体油页岩基质的渗透性极低，很象未上釉的瓷制品。因此，对流传热仅限于利用连通油页岩的孔道中的流体流动来加热。这些流道可以是天然的和人工产生的裂缝。……加热时，在流道壁上形成一层热解的油页岩层。这层热解的油页岩层为碳含量不同的无机矿物基质。它对于来自流道中加热流体的热流来说是一个不断扩大的隔层。”该专利涉及将加热过的油页岩-热解流体循环通过流道，同时向循环流体中添加研磨颗粒以冲刷流道壁上正在形成的热解油页岩层的方法。

虽然许多地下油页岩的热传导率和热扩散率事实上与未上釉的瓷制品和火砖很相似，但美国专利3，237，689指出，让油页岩和核反应堆冷却液之间进行热交换就可使“热前缘迅速扩展”（第3栏，第7行），该专利还说明了使用位于地表或油页岩沉积层内的这类反应堆的工作系统。

美国专利3，284，281指出（第1栏，第3-21行），“人们已尝试过用各种方法如……用电阻加热器……加热油页岩以从中采油，但几乎没有获得什么成功……。加热之前将油页岩压裂，再用就地燃烧法或其它方式加热，也几乎没有取得什么成功，因为油页岩受热时膨胀，结果使裂缝部分地或完全闭合。该专利还描述了一种加热工艺方法，其操作顺序为：加热油页岩（并从而使其膨胀），然后注入流体，以水力压裂已膨胀的油页岩，之后再重复这些步骤，直至热稳定裂缝扩展进入产油井。

美国专利3，455，383描述了部分枯竭的油页岩碎片在流道内如由流道内流体压力支撑开的水平裂缝内的聚集。该专利揭示，如果将流道顶升高，以便在这样一个枯竭油页岩层之上保持流通渠道，那么其上覆地层就必然被弯曲，而且如果无预防措施，这样的弯曲会逐渐发展直至使裂缝延伸到地表。该专利提出间隙性降低诸如裂缝内的流体压力，从而允许上覆岩层的重量压碎并压实枯竭油页岩的工艺方法。