[发明专利]一种注空气吞吐开发低熟页岩油的方法

说明书

本发明公开了一种注空气吞吐开发低熟页岩油的方法。该方法采用注空气氧化的方式，有效将油页岩燃烧出一定体积的空腔，空腔体积与注入空气量直接相关，即每次注入空气点火之后都能燃烧新的油页岩形成新的空腔，这样每个轮次注入空气量都可以增大，点火之后加热范围更大，产出油气更多。并且空气高压注入，低压放喷生产的脉冲式操作有助于促进油页岩深部的解理张开，改善页岩油气生产。本发明注空气开发页岩油的方法，可以在多轮次注空气吞吐中产出大量油气，并促进空腔在井间形成连通，有效扩大单井控制的范围，然后转换为更高效的驱替操作，逐渐扩大空腔体积，即逐渐改善页岩油整体开发效果。相对于目前的油页岩原位改质开发效果大幅度改善。

技术领域

本发明涉及页岩油开采领域，具体涉及一种注空气吞吐开发低熟页岩油的方法。

背景技术

油页岩(oil shale)是一种富含有机质(通常约15％～50％)、高灰分(40wt.％)的腐泥质、腐殖质或混合型有机和无机矿物质构成的可燃性沉积岩，密度在1.4～2.7g/cm³之间。油页岩中含两种有机质：一为沥青，可溶于有机溶剂，其相对含量很少，约占有机质的百分之几；另一种为不溶于有机溶剂的高分子聚合物，称为油母质(或干酪根，kerogen)。国际上把每吨含油率大于3.5％的页岩称为油页岩，多数油页岩含天然石油3.5％～15％，少量的高达20％以上，一般有机质含量在5％以上才有工业价值，发热量在4186.8～16747.2KJ/kg。全球油页岩资源十分丰富，资源储量约10万亿吨，资源储量超过10亿吨的国家有美国、俄罗斯、扎伊尔、巴西、摩洛哥、约旦、澳大利亚、爱沙尼亚和中国等，总量约3741亿吨，占全世界页岩油资源总量的78.76％。按矿床生成的地质年代主要分布于古生代的寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪，中生代的三叠纪、侏罗纪、白垩纪和新生代的第三纪等，以陆相成因为主。大型油页岩矿床生成年代主要以新生代的第三纪为主，如美国绿河盆地、中国松辽盆地、澳大利亚斯图阿特等。

油页岩资源通过热加工技术提取页岩油，是油页岩开发利用的有效手段。热解也称为干馏或热分解，是指热解物在隔绝空气的条件下进行加热，在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程，得到页岩油气和残渣。热解工艺是获得页岩油的关键。

油页岩热解制油工艺可分为地上热解法和地下热解法。地面热解工艺是指油页岩经露天开采或井下开采，送至地面，经破碎筛分至所需的粒度或块度，进入干馏炉内进行热解，以获取页岩油气和残渣的过程。油页岩地面干馏技术成熟，但存在利用率低、高污染、规模小、成本高，干馏炉产生大量废渣，占用土地，不易处理等问题。

在此背景下，提出了原位热解工艺，原位热解工艺是指直接对地下的油页进行加热，收集产出的油气输送到地面，冷凝获得页岩油和不凝气的新技术。原位热解工艺(insitu retorting)开采页岩油不需要进行采矿和建设大型的尾气处理设施，可开发深层、高厚度的油页岩资源，具有产品质量好、采油率高、占地面积少和环保等优点，国内外进行了大量研究，目前处于工业试验阶段。

按照加热方式，可将油页岩原位开采技术分为传导加热、对流加热、辐射加热等十余种技术。

油页岩原位热解技术需要解决以下3个问题：①干酪根须转化为可流动的液态油气石油和热解气。即在地下一定区域提供足够的热量，保证高温分解在合理的温度、时间内发生以完成转化过程；②对包裹干酪根的致密的低渗透油页岩层进行孔渗性质改造，以增加渗透性；③干馏后滞留在地下的油页岩残渣不污染环境。

以上三种原位开采技术中，传导加热速度慢，加热时间长，热量损失大，成本较高，且由于油页岩的热膨胀，致使部分裂缝闭合，降低了油页岩的渗透性，从而降低了油气的采收率。相比之下，对流加热油页岩速度较快，但不容易控制，由于流体压力的作用，裂缝一般不会闭合，油气的导出速度较快，但容易形成流体的短路，采收率低。射频加热穿透力强，加热速度较快，但成本较高，技术难度较大。

由于油页岩地层的初始孔渗性质差，为了干馏气体顺利导出，需对油页岩地层进行压裂，增加其孔隙度和渗透率，以提高页岩油的采收率。