油页岩原位采油方法与流程

本发明涉及石油工程领域，特别涉及一种油页岩原位开采石油或天然气的方法。

背景技术：

油页岩是一种非常规的油气资源，其以丰富的有机质含量和开发利用的可行性而被认为是重要的接替能源。

目前，油页岩原位采油是指，在地层内加热油页岩以使油页岩分解产生油气。然后将油气通过采出井采出。这种方法避免了从地层深处开采油页岩岩石用以干馏生产原油，显著简化了生产。但是，在对地层内的油页岩进行加热时，大量的热量消散到无关的地层内，导致加热能量的利用率非常低，导致能量大量浪费。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种油页岩原位采油方法。根据本发明的方法，能够对油页岩进行高效加热，由此提高了油页岩原位采油效率。

根据本发明的油页岩原位采油方法包括以下步骤，步骤一：在油页岩的区域并排钻设至少三口井，其中处于中间的井为加热井，处于加热井两侧的井分别为注气井和采出井，步骤二：通过加热井对油页岩的顶部区域进行压裂，以在油页岩的顶部形成覆盖注气井和采出井的水平裂缝区，步骤三：借助加热井将油页岩加热到热解温度而产生油气，油气经采出井采出。

由于空气的导热系数远小于油页岩的导热系数，因此在步骤二中形成的水平裂缝区由于含有大量气体而导热能力非常低。换句话说，处于油页岩的顶部的水平裂缝区实际上形成了处于油页岩的顶部的保温层。这样，借助加热井对油页岩进行加热时，热量会大量聚集在油页岩内，而不是向上散发到油页岩之外。因而，可以以较少的热量和较短的时间将油页岩加热到热解温度，以产生油气。这大大提高了对油页岩加热热量的利用效率，并且能够缩短加热时间，由此大幅节约了 能源。

在一个实施例中，在步骤三中，加热通过向加热井内注入热流体来实现。优选地，该热流体为温度在300℃到500℃之间的氮气。申请人发现，热氮气在地层内绝大部分是朝向上方扩散。因此，实际上在地层中，热量损失的主要发生在油页岩的上层区域。因此，在油页岩的顶部构造第一水平裂缝区能够大幅提高热氮气热量的使用效率。

在一个实施例中，在步骤二中，通过加热井对油页岩的底部区域进行压裂，以在油页岩的底部区域形成覆盖注气井和采出井的第二水平裂缝区。第二水平裂缝区避免了油页岩中的热量朝向下方扩散的可能性，从而能进一步提高热氮气的热量的使用效率。

在一个实施例中，还向第一水平裂缝区和第二水平裂缝区内填充绝热材料。这些绝热材料不但能够进一步降低这些水平裂缝区的传热效率，还对这些水平裂缝起到支撑作用，以防止巨大的地层压力导致这些水平裂缝闭合。在一个优选的实施例中，绝热材料为陶粒颗粒、硅酸盐颗粒、气凝胶、珍珠岩中的一种或几种的混合物。

在一个实施例中，在所述步骤二和步骤三之间，还通过注气井和/或采出井在第一水平裂缝区下方对油页岩进行压裂而形成水平扩散裂缝。这些水平扩散裂缝大幅提高了油页岩的渗透率，也大幅降低了油气扩散到采出井的阻力，因此能够更加高效地实施油页岩原位采油。

在一个实施例中，在步骤三中，在对油页岩加热时，通过注气井来监测油页岩被加热的程度。在一个具体的实施例中，所监测的参数包括地层温度和压力、产物性质和有机质转化率中的一个或多个。这些监测方法是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。

在一个实施例中，在步骤三中，在油页岩被加热到产生油气后，向注气井内注入气体，以驱动油气经采出井采出。所注入的气体可推动或驱动存在于油页岩内的油气朝向低气压的采出井流动，即给油页岩内的油气的运动施加了驱动力。这进一步提高了油页岩原位采油效率。在一个优选的实施例中，气体为惰性气体、二氧化碳、气态烃中的一种。这些气体不会与油气发生反应，并且这些气体在井内和油页岩内的运动阻力较小，因此能够安全地使用。

在一个实施例中，在通过采出井采出时，加热井处于封闭状态。申请人发现， 即使在油气采出过程中，加热井附近氮气的含量非常高。因此，即使使用加热井采出采出油气，也会导致油气中的氮气含量大幅升高而降低油气的品质。在这种情况下，优选为不使用加热井采出油气。

在本申请中，方位用语“向上”是指背向重力的方向。方位用语“向下”是指沿着重力的方向。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)在油页岩的顶部设置了第一水平裂缝区。水平裂缝区可防止油页岩内的热量向上散发到油页岩之外。因而，可以以较少的热量和较短的时间将油页岩加热到热解温度，以产生油气。这大大提高了对油页岩加热热量的利用效率，并且能够缩短加热时间，由此大幅节约了能源。(2)在油气采出过程中，不将加热井用作采出井，这避免了油气中的氮气含量大幅升高而降低油气的品质。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了在本发明的方法中加热井、注气井和采出井的布置方式。

图2和图3示意性地显示了根据本发明的方法在实施压裂后的油页岩示意图。

图4显示了根据本发明的方法加热后的油页岩的温度与根据现有技术的方法加热后的油页岩的温度。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的方法，布置加热井、注气井和采出井的方式。如图1所示，加热井4、5、6布置在中间位置，而注气井1、2、3布置在加热井4、5、6的一侧，采出井7、8、9布置在加热井4、5、6的另一侧。这样，在后期通过加热井4、5、6对地层进行加热时，热量会以加热井为圆心向四周扩散，在热量到达注气井的同时也会到达采出井，由此可以大幅提高热量利用率并且提高了施工效率。

下面仅以注气井3、加热井6和采出井9为例来详细描述根据本发明的方法。

图2示意行地显示了根据本发明的方法在实施压裂后的油页岩的示意图。如图2所示，在油页岩12的上部为顶板11，下部为为底板13。顶板11和底板13是与油页岩12完全不同的地层，其在加热时不能产生油气，没有开采价值。因此，注气井3、加热井6和采出井9必须要钻穿顶板11，并且优选不到达底板13。

在钻设注气井3、加热井6和采出井9之后，通过加热井6对油页岩12的顶部区域20进行压裂。在压裂施工后，在油页岩12的顶部区域20形成了第一水平裂缝区10。应注意地是，注气井3和采出井9也处于第一水平裂缝区10的范围内。

接下来，就可以向加热井6内注入高温的气体以对油页岩12进行加热。在一个实施例中，气体优选为温度在300℃到500℃之间的氮气。当油页岩12被加热到其热解温度后，其就会分解出油气。这些油气会对油页岩12施加压力，而在油页岩12内产生一些裂缝15(如图3所示)。油气就会随着这些裂缝15而扩散到采出井9，实现油气的采出。

在对油页岩12加热时，通过注气井3来监测油页岩12被加热地程度。例如，监测参数可包括地层温度及压力、产物性质和有机质转化率中的一种或多种。

申请人发现，热量在油页岩12内发生损失的主要原因为热量向上扩散。在这种情况下，由于油页岩12的顶部区域20内的第一水平裂缝区10内充满有气体，使得第一水平裂缝区10的导热效率远低于油页岩12的导热效率，因此第一水平裂缝区10实际上形成了油页岩12的上层的保温层。因此，第一水平裂缝区10特别有助于防止热量的损失，也就因此提高了热量利用率，并且能够缩短加热时间，提高施工效率。

图4显示了设置第一水平裂缝区10后，加热后的油页岩12的温度曲线41，和未设置第一水平裂缝区加热后的油页岩的温度曲线42。从图4中可以清楚地看出，在设置第一水平裂缝区10后，油页岩12的温度有了显著的提高。

优选地，还在第一水平裂缝区10内填充有绝热材料(未示出)。例如绝热材料可以是陶粒颗粒、硅酸盐颗粒、气凝胶、珍珠岩。这些绝热材料导热系数相对油页岩低，同时支撑剂孔隙中充满了气体，因此其可有效地隔绝热量传递。此外，这些绝热材料还对第一水平裂缝区10起到支撑作用，以防止上覆压力导致第一水平裂缝区10闭合。

此外，还可以通过加热井6对油页岩12的底部区域21进行压裂，以在油页 岩的底部区域形成覆盖注气井3和采出井9的第二水平裂缝区22。第二水平裂缝区22能够避免热量朝向下方扩散的可能性，从而能进一步提高热氮气的热量的使用效率。同样，在第二水平裂缝区22内也可填充类似的绝热材料。

为了进一步提高油气在油页岩12内的扩散速度，在向加热井6内注入热氮气之前，还通过注气井3和/或采出井9在第一水平裂缝区10的下方对油页岩12进行压裂而形成水平扩散裂缝14。在存在有第二水平裂缝区22的情况下，水平扩散裂缝14应处于第一水平裂缝区10和第二水平裂缝区22之间，如图3所示。此外，水平扩散裂缝14还与裂缝15融合在一起。这样，油气能够沿着裂缝15、水平扩散裂缝14快速扩散到采出井9处，以便于提高采出效率。

此外，在油页岩12加热到产生油气后，还可以向注气井3内注入气体，以驱动油气经采出井9采出。在一个实施例中，这些气体可以为惰性气体、二氧化碳、气态烃中的一种。本领域的技术人员也可以根据实际施工状况选择其他的气体。这些气体在油页岩12内可以良好地流动，因此可以促使油页岩12内的油气快速扩散到采出井9内，进一步提高采油速率。

应注意地是，在通过采出井9采出油气时，加热井6处于封闭状态。这是由于，即使在油气采出过程中，加热井6附近氮气的含量仍然处于非常高的水平。如果此时将加热井6用于采出油气，则会导致所采出的油气内含有大量的氮气，并因此而降低油气的品质。在这种情况下，优选为不使用加热井6采出油气。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以将各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。