[发明专利]一种油页岩复合加热原位开采系统及方法

说明书

本发明公开了一种油页岩复合加热原位开采系统及方法，属于油页岩原位开采领域，开采系统包括井内加热体系、地面注气体系、井网体系和高压击穿体系，开采方法基于所述的油页岩复合加热原位开采系统进行开采，本发明中井下固定加热‑注采分化设计有效解决加热注采一体结构压力过大导致的密封性失效，腐蚀明显等问题，井下常温注气有效降低沿途热损；加热井加热过程中形成热墙效应，加热稳定可控；击穿电极在井底高压气氛中放电发生气隙击穿，油页岩目的层渗透率进一步提高，加热器井中固定与井下注气联合施工，热量以热传导与热对流复合加热形式加热地层，进一步提高传热效果，能耗产出比显著降低，原位开采周期与开采成本进一步向商业化开采靠近。

技术领域

本发明涉及油页岩原位开采领域，尤其是涉及一种油页岩复合加热原位开采系统及方法。

背景技术

随着近几年非常规能源如油页岩、油砂、富油煤、煤层气以及页岩气等资源的勘探力度加大，非常规能源的资源探明储量正逐年增高，开采应用前景广阔。

油页岩原位开采技术又称地下原位转化技术，该技术是通过在地面或者井下对目的储层进行注入热载体介质，实现目的层段的开采。目的层段油页岩经过水力压裂以及冲击波致裂技术实现储层改造。热载体介质通过传导以及对流的形式与目的层段油页岩进行换热，当目的层段油页岩内部赋存的干酪根达到裂解温度时，裂解产生的烃类混合物随着热载体介质一同运移并提取至地表。

现阶段探究非常规储层地下原位开采的工艺主要有ICP原位转化技术、TSA局部化学反应技术、MTI注蒸汽技术、HVF高压工频技术、LLNL射频加热技术、RF/CF涡流加热技术等。上述工艺除壳牌的ICP原位转化技术在美国，约旦地区进行相关现场试验产出油气以及吉林大学TSA局部化学反应技术在中国进行相关试验现场产出油页岩油气，其余技术仍处于实验室阶段。

在地下原位开采过程中，油页岩作为一种致密岩层，其内部孔隙度与渗透率极低，且储层改造后岩体内部形成的人工裂缝开度很低，注热前期多数热量以热传导的形式进行，而对流加热是实现岩体高效换热的重要表现形式，且地面注热在热程过程中沿途热损极其严重，这一现象导致岩体内部的升温速率极其缓慢，能量利用率低。吉林大学扶余油页岩原位开采试验现场在实践过程中发现因油页岩非均质性导致的热膨胀效应及干酪根结焦现象严重阻碍注热形成，常规井下注气-加热一体式结构在运行过程中经常出现注气压力过大导致的密封性失效问题。因此，探究一种可实施的致密地下油页岩热传导-对流复合式的加热施工系统及工艺是实现非常规致密储层商业化开采的重要手段。

发明内容

本发明的目的是：为解决上述背景技术中提出的问题，而提供了一种油页岩复合加热原位开采系统及方法，用于解决油页岩原位开采过程中因油页岩非均质性导致的热膨胀效应及干酪根结焦现象严重阻碍注热形成，常规井下注气-加热一体式结构在运行过程中经常出现注气压力过大导致的密封性失效问题，以提高注热效率以及降低开采成本。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：

油页岩复合加热原位开采系统，其特征在于，包括：井内加热体系、地面注气体系、井网体系和高压击穿体系，其中：

所述井内加热体系包括连续油管、井内上封隔层、加热器固定层、井内下封隔层和加热器，井内上封隔层、加热器固定层和井内下封隔层从上至下依次布置，加热器固定层与其两侧的井内上封隔层和井内下封隔层紧密接触形成密封，井内上封隔层和井内下封隔层均由CA-50铝酸盐高强水泥浇筑而成，加热器固定层由石英砂密实填充而成；加热器设置在加热井内且位于油页岩目的层层段，加热器与加热器固定层紧密接触形成密封；连续油管与加热器螺纹连接；

所述地面注气体系包括制氮机、压缩机、稳压罐、增压机、电动阀门、流量计、温度传感器和压力传感器，制氮机和压缩机分别通过管道与稳压罐的进气端相连，并在制氮机和稳压罐之间以及压缩机和稳压罐之间均设置有手动阀门；增压机的入口端通过管道与稳压罐的出口端连接，增压机的出口端通过管道与注采井的井头连通，并在增压机和注采井之间的管道上依次设置有电动阀门、流量计、温度传感器和压力传感器；