专利名称：油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法及工艺的制作方法
油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法及工艺技术领域
本发明公开一种油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法及工艺，利用油页岩地下原位提取页岩油，作为补充石油资源不足的非常规油气能源，属于石油干馏技术领域。技术背景
目前，油页岩可通过干馏技术炼制页岩油人造石油，来替补天然石油；亦可利用其燃烧发电。在当前油价居高不下形势下，页岩炼油具有良好的经济效益，是补充天然石油不足的最现实可用的一大措施；油页岩发电，对缺煤省、区更具有良好的经济、环保、社会效益。但是，传统的开发模式都是采取地下开采，地上干馏生产页岩油，其缺点很多: (1)地上干馏采掘成本大； (2)地上干馏土地占用量大； (3)地上干馏造成开采区大量的土地塌陷； (4)地上干馏后的残渣处理难度大，大量堆积造成二次污染； (5)地上干馏后残渣带走大量热量，残渣的热能不能利用，造成能源浪费； (6)地上干馏产生的废气、污水对环境污染超标。发明内容
本发明公开了油页岩原位竖井压裂化学干馏方法及工艺，从根本上解决了地下开采、地上干馏所带来的上述缺点和问题。
本发明公开的油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法，其技术解决方案如下: 根据油页岩层情况，在地面上打钻压裂燃烧井和数口导出生产井至地下油页岩层，导出生产井为压裂燃烧井为中心蜂窝形布局；在压裂燃烧井中建立压裂室，对油页岩层进行压裂；在压裂燃烧井中注入油页岩层高压介质(空气、水、石英砂)，在油页岩层中压裂出若干条I一3_的裂缝，裂缝中填充缝隙支撑物(石英砂)，建立起油气通道；在压裂燃烧井中建立燃烧室，向燃烧室注入可 燃气体和助燃气体，点燃可燃气体使可燃气体在燃烧室底部进行燃烧(引燃油页岩中的可燃物)，将油页岩层加温至55(T60(TC，实现油页岩加热干馏，驱提页岩油、气；页岩油、气通过油气通道及导出生产井导出地面；在油页岩层中，通过竖井通入氧化剂与油页岩干馏后所剩的浙青质和固定碳发生氧化反应，产生的热能作为后续干馏之热源，实现油页岩地下原位连续干馏提取页岩油、气；导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置分离，分离的页岩油送至成品油罐存储销售；可燃气送至燃气发电装置用来发电。
实现本发明所述油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气方法的工艺，包括以下步骤: I)根据油页岩层分布、走向，选定压裂燃烧井和导出生产井具体位置，在地面上打钻压裂燃烧井和导出生产井至地下油页岩层，压裂燃烧井钻井深度应以不穿透油页岩层为准，导出生产井应以穿透油页岩层为准，所述的导出生产井以压裂燃烧井为中心的呈蜂窝形布局; 2)在压裂燃烧井中建立压裂室，取出钻井套管，通过压裂燃烧井向油页岩层注入高压介质，将油页岩层压裂出若干条I一3_的裂缝，填充缝隙支撑物石英砂，建立起油气通道，具体步骤如下: ①通井和洗井； ②向井筒内下入水力套管喷头； ③封闭套管与岩壁空隙，使油页岩层形成封闭的压裂空间； ④采用水力套管喷头对油页岩层进行水力喷砂射孔，先泵入基液(水)和携砂液20^35%的砂浆进行切割阶段，当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差(55 80MPa)； ⑤在喷砂射孔2-3min后，将喷孔碎岩顶替； ⑥再泵入交联胍胶和砂(比例2(Γ30:4(Γ60)以增加膨胀力度； ⑦压后放喷，冲砂支撑压裂缝隙； ⑧向井筒内注入液体暂堵剂； ⑨上提钻具，上提钻具至设计位置，压裂下一层，重复③ ⑥步。
3)在压裂燃烧井建立燃烧室， ①洗井，将压裂燃烧井内的砂水提出地面， ②压裂燃烧井口加装至油页岩层下0.5m密封套管，利用膨胀剂封闭套管与井壁空隙； ③在压裂燃烧井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统，封闭井口，在油页岩层段形成燃烧室； ④通过可燃气输送管向燃烧室输送LPG和空气；利用电子点火系统点燃可燃气； ⑤引燃油页岩后，给油页岩层加温至55(T600°C，测得导出生产井来气温度达到200°C，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道导出生产井至地面油气分离装置； 4)继续向井内注入高压空气，使油页岩层中干馏后剩余的浙青质和固定碳发生氧化反应，在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体(同时驱提页岩油、气)通过油气通道及导出生产井导出地面； 5)导出地面的页岩油、气·经过地面气液分离装置分离，分离下来的页岩油送至成品油te存储销售； 6)经气液分离装置分离下来的可燃气体送至燃气发电装置用来发电。
所述的导出生产井为六口呈蜂窝形布局。
所述的高压介质选自:空气、水或砂浆。
所述的氧化剂选自:空气或富氧气体。
所述的水力套管喷头，主要由上扶正器、喷枪、单向阀、下扶正器、筛管、引鞋组成，喷枪的表面设有喷嘴，喷枪的一端通过短接与套管连通，另一端通过单向阀与筛管连通；短接的外侧套有上扶正器；筛管的管壁上均匀分布有若干筛孔，下扶正器套在筛管上，引鞋固定在筛管的顶部。
本发明的积极效果在于:利用油页岩地下原位提取页岩油，通过压裂化学干馏页岩油气的化学热强化处理过程，免去了对油页岩矿的大量开采、避免了地上干馏带来的环境污染。二是利用干馏后剩余的浙青质、固定碳，实现了地下连续干馏，热量自给自足。三是化学热强化处理的过程，不是单一的物理加热处理过程，也不是地下自燃处理过程，在反应过程中岩石内孔隙逐步增大，其适用于多数油页岩地层。本发明具有投资少、运营成本低、环境污染小、资源利用率高和产油产气见效快等优点。
图1为本发明油页岩原位竖井压裂化学干馏方法原理图； 图2本本发明竖井分布结构示意图； 图3为本发明水力套管喷头结构原理图； 图中:1、压裂燃烧井；2、导出生产井；3、气液分离装置；4、成品油罐；5、燃气发电装置；6、油页岩层；7、其他岩层；8、油气通道；9、物料输送机；10排送机；11、抽油泵；12、裂缝；13、压裂液罐；14、LPG储存罐；15、氧化剂罐；16、上扶正器；17、喷枪；18、喷嘴；19、单向阀；20、下扶正器；21、筛管；22、引鞋；23、套管；24、短接。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1 结合扶余一长春岭油页岩矿作为实施基地，扶余——长春岭油页岩资源总储量为452.74亿吨。油页岩平均品位5.53%，可工业开发的资源总量为180亿，埋深160— 800m，顶板和底板均为灰褐色页岩，油页岩层平均厚度5m。
如附图1所示，根据油页岩层分布、走向，选定压裂燃烧井和导出生产井具体位置，打一口压裂燃烧井I (井口直径200mm)和六口导出生产井2 (井口直径200mm)通过地下岩层7至地下油页岩层6中(距地面380米)；结合附图2所示，压裂燃烧井I位于中心，六口导出生产井2以压裂燃烧井I为中心呈蜂窝形分布；在地面上打钻压裂燃烧井和导出生产井至地下油页岩层，压裂燃 烧井钻井深度应以不穿透油页岩层为准，导出生产井应以穿透油页岩层为准，所述的导出生产井以压裂燃烧井为中心的呈蜂窝形布局。
2)在压裂燃烧井中建立压裂室，取出钻井套管，通过压裂燃烧井向油页岩层注入高压介质，将油页岩层压裂出若干条I一3_的裂缝，填充缝隙支撑物石英砂，建立起油气通道，具体步骤如下: ①通井和洗井； ②向井筒内下入水力套管喷头； ③封闭套管与岩壁空隙，使油页岩层形成封闭的压裂空间； ④采用水力套管喷头对油页岩层6进行水力喷砂射孔，在压裂燃烧井I中通过物料输送机9由压裂液罐13向油页岩层6注入基液(水)和携砂液(2(Γ35%的砂浆)(切割阶段)，当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差(55 80MPa)将油页岩层6压裂出I一3mm裂缝12，⑤在喷砂射孔2-3min后，将喷空碎岩顶替； ⑥按照设计环空排量或环空最高压力所允许的最高泵速由环空泵入胍胶基液，按照设计由油管的泵入交联胍胶和砂(增加膨胀力度)； ⑦压后放喷，剩下石英砂成为填充缝隙支撑物，形成多条油气通道8，多条油气通道8与导出生产井2汇集连通； ⑧向井筒内注入液体暂堵剂； ⑨上提钻具，上提钻具至设计位置，继续进行上层压裂过程重复压裂，直至油页岩层全部压裂完全。
3)在压裂燃烧井建立燃烧室， 第一步，洗井，将井内的砂水提出地面， 第二步，井口加装至油页岩层下0.5m密封套管，利用膨胀剂封闭套管与井壁空隙；第三步，在井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统，封闭井口，在油页岩层段形成燃烧室； 第四步，LPG储存罐14和氧化剂罐15通过物料输送机9由压裂燃烧井I向油页岩层6加入LPG和空气，利用电子点火系统点燃可燃气； 第六步，引燃油页岩后，给油页岩层6加温至55(T600°C，测得导出生产井2来气温度达到200°C，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道8导出生产井2至地面油气分离装置3 ; 通过向油页岩层6中通入氧化剂与油页岩干馏后所含的浙青质和固定碳发生氧化反应，产生的热能作为后续干馏之热源，递进式干馏后期油页岩，生成的页岩油、气通过 4)通过物料输送机9由氧化剂罐15继续向压裂燃烧井I内注入高压空气(空气:IOOOm3/小时)，使油页岩层6中干馏后剩余的浙青质和固定碳在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体(同时驱提页岩油、气)，再由油气通道8通过导出生产井2导出地面进入到气液分离装置3，实现地下原位提取页岩油、气； 5)导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置3分离，分离下来的页岩油通过抽油泵11送至成品油罐4存储销售。
6)经气液分离装置3分离下来的可燃气体通过排送机10送至燃气发电装置5用来发电。
实施例2 结合前郭油页岩矿作为实施基地，矿区总面积675.5km2，总资源量61.72亿吨，可开发资源量49.4亿吨，油页岩平均品位5%，埋深160— 800m，顶板和底板均为灰褐色页岩，油页岩层平均厚度6m。
如附图1所示，根据油页岩层分布、走向，选定压裂燃烧井和导出生产井具体位置，打一口压裂燃烧井I (井口直径200mm)和六口导出生产井2 (井口直径200mm)通过地下岩层7至地下油页岩层6中(距地面380米)；结合附图2所示，压裂燃烧井I位于中心，六口导出生产井2以压裂燃烧井I为中心呈蜂窝形分布；在地面上打钻压裂燃烧井和导出生产井至地下油页岩层，压裂燃烧井钻井深度应以不穿透油页岩层为准，导出生产井应以穿透油页岩层为准，所述的导出生产井以压裂 燃烧井为中心的呈蜂窝形布局。
2)在压裂燃烧井中建立压裂室，取出钻井套管，通过压裂燃烧井向油页岩层注入高压介质，将油页岩层压裂出若干条I一3_的裂缝，填充缝隙支撑物石英砂，建立起油气通道，具体步骤如下: ①通井和洗井； ②向井筒内下入水力套管喷头； ③封闭套管与岩壁空隙，使油页岩层形成封闭的压裂空间； ④采用水力套管喷头对油页岩层6进行水力喷砂射孔，在压裂燃烧井I中通过物料输送机9由压裂液罐13向油页岩层6注入基液(水)和携砂液(2(Γ35%的砂浆)(切割阶段)，当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差(55 80MPa)将油页岩层6压裂出I一3mm裂缝12 ； ⑤在喷砂射孔2-3min后，将喷空碎岩顶替； ⑥按照设计环空排量或环空最高压力所允许的最高泵速由环空泵入胍胶基液，按照设计由油管的泵入交联胍胶和砂(增加膨胀力度)； ⑦压后放喷，剩下石英砂成为填充缝隙支撑物，形成多条油气通道8，多条油气通道8与导出生产井2汇集连通； ⑧向井筒内注入液体暂堵剂； ⑨上提钻具，上提钻具至设计位置，继续进行上层压裂过程重复压裂，直至油页岩层全部压裂完全。
3)在压裂燃烧井建立燃烧室， 第一步，洗井，将井内的砂水提出地面， 第二步，井口加装至油页岩层下0.5m密封套管，利用膨胀剂封闭套管与井壁空隙；第三步，在井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统，封闭井口，在油页岩层段形成燃烧室； 第四步，LPG储存罐14和氧化剂罐15通过物料输送机9由压裂燃烧井I向油页岩层6加入LPG和空气，利用电子点火系统点燃可燃气； 第六步，引燃油页岩后，给油页岩层6加温至55(T600°C，测得导出生产井2来气温度达到200°C，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道8导出生产井2至地面油气分离装置3 ; 通过向油页岩层6中通入氧化剂与油页岩干馏后所含的浙青质和固定碳发生氧化反应，产生的热能作为后续 干馏之热源，递进式干馏后期油页岩，生成的页岩油、气通过 4)通过物料输送机9由氧化剂罐15继续向压裂燃烧井I内注入高压空气(空气:IOOOm3/小时)，使油页岩层6中干馏后剩余的浙青质和固定碳在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体(同时驱提页岩油、气)，再由油气通道8通过导出生产井2导出地面进入到气液分离装置3，实现地下原位提取页岩油、气； 导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置3分离，分离下来的页岩油通过抽油泵11送至成品油罐4存储销售。
经气液分离装置3分离下来的可燃气体通过排送机10送至燃气发电装置5用来发电。
实施例3 根据图3，实施例广2涉及的水力套管喷头，主要是由上扶正器16、喷枪17、单向阀19、下扶正器20、筛管22、引鞋23、套管23、短接24组成，其中，喷枪17的表面设有喷嘴18，喷枪17的一端通过短接24与套管23连通，另一端通过单向阀19与筛管21连通；短接24的外侧套有上扶正器16 ;筛管21的管壁上均匀分布有若干筛孔，下扶正器20套在筛管21上，引鞋22固定在筛管21 的顶部。
权利要求
1.一种油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法，其特征在于: 根据油页岩层情况，在地面上打钻压裂燃烧井和数口导出生产井至地下油页岩层，导出生产井为压裂燃烧井为中心蜂窝形布局；在压裂燃烧井中建立压裂室，对油页岩层进行压裂；在压裂燃烧井中注入油页岩层高压介质(空气、水、石英砂)，在油页岩层中压裂出若干条广3_的裂缝，裂缝中填充缝隙支撑物(石英砂)，建立起油气通道；在压裂燃烧井中建立燃烧室，向燃烧室注入可燃气体和助燃气体，点燃可燃气体使可燃气体在燃烧室底部进行燃烧(引燃油页岩中的可燃物)，将油页岩层加温至55(T60(TC，实现油页岩加热干馏，驱提页岩油、气；页岩油、气通过油气通道及导出生产井导出地面；在油页岩层中，通过竖井通入氧化剂与油页岩干馏后所剩的浙青质和固定碳发生氧化反应，产生的热能作为后续干馏之热源，实现油页岩地下原位连续干馏提取页岩油、气；导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置分离，分离的页岩油送至成品油罐存储销售；可燃气送至燃气发电装置用来发电。
2.实现权利要求1所述油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气方法的工艺，包括以下步骤: 1)根据油页岩层分布、走向，选定压裂燃烧井和导出生产井具体位置，在地面上打钻压裂燃烧井和导出生产井至地下油页岩层，压裂燃烧井钻井深度应以不穿透油页岩层为准，导出生产井应以穿透油页岩层为准，所述的导出生产井以压裂燃烧井为中心的呈蜂窝形布局; 2)在压裂燃烧井中建立压裂室，取出钻井套管，通过压裂燃烧井向油页岩层注入高压介质，将油页岩层压裂出若干条广3_的裂缝，填充缝隙支撑物石英砂，建立起油气通道，具体步骤如下: ①通井和洗井； ②向井筒内下入水力套管喷头； ③封闭套管与岩壁空隙，使油页岩层形成封闭的压裂空间； ④采用水力套管喷头对油页岩层进行水力喷砂射孔，先泵入基液(水)和携砂液20^35%的砂浆进行切割阶段，当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差(55 80MPa)； ⑤在喷砂射孔2-3 min后，将喷孔碎岩顶替； ⑥再泵入交联胍胶和砂(比例2(Γ30:4(Γ60)以增加膨胀力度； ⑦压后放喷，冲砂支撑压裂缝隙； ⑧向井筒内注入液体暂堵剂； ⑨上提钻具，上提钻具至设计位置，压裂下一层，重复③ ⑥步； 3)在压裂燃烧井建立燃烧室， ①洗井，将压裂燃烧井内的砂水提出地面， ②压裂燃烧井口加装至油页岩层下0.5m密封套管，利用膨胀剂封闭套管与井壁空隙； ③在压裂燃烧井内加装可燃气和空气输入导管和电子点火系统，封闭井口，在油页岩层段形成燃烧室； ④通过可燃气输送管向燃烧室输送LPG和空气；利用电子点火系统点燃可燃气； ⑤引燃油页岩后，给油页岩层加温至55(T600°C，测得导出生产井来气温度达到200°C，停止供可燃气，驱提部分页岩油、气通过油气通道导出生产井至地面油气分离装置； 4)继续向井内注入高压空气，使油页岩层中干馏后剩余的浙青质和固定碳发生氧化反应，在高温条件下进行氧化反应，产生新的可燃气体，同时驱提页岩油、气，通过油气通道及导出生产井将它们导出地面； 5)导出地面的页岩油、气经过地面气液分离装置分离，分离下来的页岩油送至成品油罐存储； 6)经气液分离装置分离下来的可燃气体送至燃气发电装置用来发电。
3.一种水力套管喷头，其特征在于:由上扶正器、喷枪、单向阀、下扶正器、筛管、引鞋组成，喷枪的表面设有喷嘴，喷枪的一端通过短接与套管连通，另一端通过单向阀与筛管连通；短接的外侧套有上扶正器；筛管的管壁上均匀分布有若干筛孔，下扶正器套在筛管上，引鞋固定在 筛管的顶部。
全文摘要
本发明提供一种油页岩原位竖井压裂化学干馏提取页岩油气的方法及工艺，通过向地下油页岩层打钻竖井，并向油页岩层注入高压介质(空气、水、砂)，以此井为中心将油页岩层压裂出1—3mm裂缝，填充缝隙支撑物，建立起油气通道。再向油岩层加入加热装置，给油页岩层加温至550℃，初始干馏油页岩，驱提页岩油气，页岩油气通过油气通道导出地面。之后通入氧化剂与油页岩干馏后所含的沥青质和固定碳发生氧化反应，产生的热能作为后续干馏之热源，实现地下原位提取页岩油。解决当前地上干馏开采成本大、尾渣处理难、环保问题多、土地占用量大这一世界难题。
文档编号C10B53/06GK103232852SQ20131015253
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者赵金岷 申请人:吉林省众诚汽车服务连锁有限公司