本發(fā)明屬于富含有機(jī)質(zhì)地層開采領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、加熱富含有機(jī)質(zhì)地層(例如：油頁巖和低成熟度頁巖油等地層)，來促使有機(jī)質(zhì)熱解產(chǎn)生油氣的開采技術(shù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油頁巖及低成熟度頁巖油的有效動(dòng)用的開采技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，自這項(xiàng)開采技術(shù)被提出后，國內(nèi)外的學(xué)者及機(jī)構(gòu)提出了多種加熱地層的方法，并且，分別在美國綠河油頁巖和我國松遼盆地油頁巖，通過電加熱和流體加熱方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2、地層導(dǎo)熱系數(shù)低，傳熱慢，加熱時(shí)間長，使得電加熱開采技術(shù)能量消耗大，經(jīng)濟(jì)可行性差；流體加熱技術(shù)需要燃料氣和助燃?xì)怏w，氣體的熱焓值低，攜帶能量少，需要很高的注入流量才能滿足加熱溫度的需求，氣體的壓縮需要消耗大量的能量，并且，頁巖地層滲透性差也限制了流量的注入。因此，雖然理論上流體加熱被認(rèn)為加熱效率高，但整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性仍然不容樂觀。

3、原位開采方法較少從系統(tǒng)角度考慮開采工藝的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，也并未考慮加熱方式的穩(wěn)定性。其中，利用可儲(chǔ)熱材料作為介質(zhì)加熱地層可提高加熱的穩(wěn)定性，利用從地層中采出的烴類氣體對(duì)地層進(jìn)行加熱，能夠降低加熱成本。隨著能源行業(yè)的發(fā)展，原位開采加熱的能量來源更加的多樣化，其中，風(fēng)能、太陽能等分布式能源均有可能作為加熱的能量來源，棄風(fēng)棄電的能量也可作為能量來源降低地層的加熱成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采方法，包括：在待加熱地層所在區(qū)域配置u形井，其中，所述u形井的水平段位于待加熱的富含有機(jī)質(zhì)頁巖地層內(nèi)；將儲(chǔ)熱材料在地面進(jìn)行加熱，使加熱后的儲(chǔ)熱材料通過所述u形井中的入口井段的管柱注入水平段，從而利用儲(chǔ)熱材料的散熱熱量來加熱地層，使得所加熱地層內(nèi)的生產(chǎn)井進(jìn)行油氣生產(chǎn)；在采出量達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值后，停止地面加熱并關(guān)閉所述u形井；將采出油氣和助燃劑通過所述入口井段的環(huán)空注入井下，從而通過所述采出油氣的燃燒來繼續(xù)對(duì)u型管柱內(nèi)的剩余儲(chǔ)熱材料進(jìn)行加熱，以維持所述生產(chǎn)井的生產(chǎn)狀態(tài)。

2、優(yōu)選地，在利用儲(chǔ)熱材料的散熱熱量來加熱地層，使得所加熱地層內(nèi)的生產(chǎn)井進(jìn)行油氣生產(chǎn)的過程中，包括：將溫度降低后的儲(chǔ)熱材料通過所述u形井的出口井段的管柱回流至地面繼續(xù)加熱，并將地面加熱后的儲(chǔ)熱材料繼續(xù)通過所述入口井段的管柱注入井下，從而通過所述儲(chǔ)熱材料的多次地面加熱和水平井段散熱的過程的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)所述生產(chǎn)井的油氣生產(chǎn)。

3、優(yōu)選地，在將儲(chǔ)熱材料在地面進(jìn)行加熱的步驟中，包括：對(duì)地面加熱的進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)異常監(jiān)測(cè)，并在監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，通過所述入口井段的環(huán)空注入燃料氣和助燃?xì)怏w，以利用所述燃料氣的燃燒，對(duì)當(dāng)前水平段的儲(chǔ)熱材料繼續(xù)進(jìn)行加熱。

4、優(yōu)選地，所述儲(chǔ)熱材料包括但不限于：有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料、熔鹽類儲(chǔ)熱材料、合金類儲(chǔ)熱材料和復(fù)合類相變儲(chǔ)熱材料。

5、優(yōu)選地，所述開采方法還包括：在u形井的水平段的環(huán)空內(nèi)充填大粒徑高導(dǎo)熱材料，其中，所述高導(dǎo)熱材料優(yōu)選為碳化硅，所述高導(dǎo)熱材料的粒徑大于等于20/40目。

6、優(yōu)選地，在將儲(chǔ)熱材料在地面進(jìn)行加熱的過程中，包括：采用電加熱方式、太陽能加熱方式和風(fēng)能分布式加熱方式中的一種或幾種，來對(duì)所述儲(chǔ)熱材料進(jìn)行地面加熱。

7、優(yōu)選地，所述開采方法還包括：將所述生產(chǎn)井所產(chǎn)出的油氣進(jìn)行分離處理，得到烴類氣體，并將所述烴類氣體和所述助燃劑一并從所述入口井段的環(huán)空注入水平段進(jìn)行燃燒，從而對(duì)地面加熱停止后殘留在水平段的儲(chǔ)熱材料進(jìn)行加熱。

8、另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采系統(tǒng)，所述開采系統(tǒng)包括：u形井，其水平段位于待加熱的富含有機(jī)質(zhì)頁巖地層內(nèi)，并且入口井段和出口井段為直井段；地面加熱裝置，其用于對(duì)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行地面加熱，其中，在采出量達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值后停止地面加熱；生產(chǎn)油氣處理裝置，其與待加熱地層內(nèi)的生產(chǎn)井的井口連接，用于收集所生產(chǎn)的油氣；地面注氣控制裝置，其用于將加熱后的儲(chǔ)熱材料通過所述u形井中的入口井段的管柱注入水平段，從而利用儲(chǔ)熱材料的散熱熱量來加熱地層，使得所述生產(chǎn)井進(jìn)行油氣生產(chǎn)，以及在停止地面加熱后，控制所述u形井的關(guān)閉，將采出油氣和助燃劑通過所述入口井段的環(huán)空注入井下，從而通過所述采出油氣的燃燒來繼續(xù)對(duì)u型管柱內(nèi)的剩余儲(chǔ)熱材料進(jìn)行加熱，以維持所述生產(chǎn)井的生產(chǎn)狀態(tài)。

9、優(yōu)選地，所述u形井內(nèi)的u形管柱由連續(xù)油管相連而成，其中，所述入口井段和出口井段采用耐高溫水泥固井，所述入口井段和出口井段內(nèi)的套管管柱設(shè)置熱膨脹短節(jié)。

10、優(yōu)選地，所述地面加熱裝置選自電加熱設(shè)備、太陽能加熱設(shè)備和風(fēng)能分布式能源中的一種或幾種。

11、優(yōu)選地，所述地面注氣控制裝置，其還用于對(duì)地面加熱的進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)異常監(jiān)測(cè)，并在監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，通過所述入口井段的環(huán)空注入燃料氣和助燃?xì)怏w，以利用所述燃料氣的燃燒，對(duì)當(dāng)前水平段的儲(chǔ)熱材料繼續(xù)進(jìn)行加熱。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

13、本發(fā)明提出了一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采方法及系統(tǒng)，該方法首先在待加熱地層所在區(qū)域配置水平段位于待加熱的富含有機(jī)質(zhì)頁巖地層內(nèi)u形井，而后在地面對(duì)儲(chǔ)熱材料進(jìn)行加熱，并利用儲(chǔ)熱材料的散熱在u形井的水平段對(duì)富含有機(jī)質(zhì)頁巖地層進(jìn)行加熱，使得所加熱地層內(nèi)的生產(chǎn)井進(jìn)行油氣生產(chǎn)。接著，在獲得期望采出量時(shí)，停止地面加熱并關(guān)閉u形井，并將采出油氣和助燃劑通過入口井段的環(huán)空注入井下，從而通過采出油氣的燃燒來繼續(xù)對(duì)u型管柱內(nèi)的剩余儲(chǔ)熱材料進(jìn)行加熱，以維持生產(chǎn)井的生產(chǎn)狀態(tài)。本發(fā)明解決了原位開采工藝可靠性和經(jīng)濟(jì)性可行性差的問題，提高了對(duì)原位加熱地層進(jìn)行油氣開采的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，并且，提高了加熱穩(wěn)定性和加熱效率。

14、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開采方法，其特征在于，在利用儲(chǔ)熱材料的散熱熱量來加熱地層，使得所加熱地層內(nèi)的生產(chǎn)井進(jìn)行油氣生產(chǎn)的過程中，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開采方法，其特征在于，在將儲(chǔ)熱材料在地面進(jìn)行加熱的步驟中，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的開采方法，其特征在于，所述儲(chǔ)熱材料包括但不限于：有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料、熔鹽類儲(chǔ)熱材料、合金類儲(chǔ)熱材料和復(fù)合類相變儲(chǔ)熱材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的開采方法，其特征在于，所述開采方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的開采方法，其特征在于，在將儲(chǔ)熱材料在地面進(jìn)行加熱的過程中，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的開采方法，其特征在于，所述開采方法還包括：

8.一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采系統(tǒng)，其特征在于，所述開采系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的開采方法，所述開采系統(tǒng)包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開采系統(tǒng)，其特征在于，所述u形井內(nèi)的u形管柱由連續(xù)油管相連而成，其中，所述入口井段和出口井段采用耐高溫水泥固井，所述入口井段和出口井段內(nèi)的套管管柱設(shè)置熱膨脹短節(jié)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的開采系統(tǒng)，其特征在于，所述地面加熱裝置選自電加熱設(shè)備、太陽能加熱設(shè)備和風(fēng)能分布式能源中的一種或幾種。

11.根據(jù)權(quán)利要求8～10中任一項(xiàng)所述的開采系統(tǒng)，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于加熱含有機(jī)質(zhì)地層的開采方法及系統(tǒng)，包括：在待加熱地層所在區(qū)域配置U形井，其中，U形井的水平段位于待加熱的富含有機(jī)質(zhì)頁巖地層內(nèi)；將儲(chǔ)熱材料在地面進(jìn)行加熱，使加熱后的儲(chǔ)熱材料通過U形井中的入口井段的管柱注入水平段，從而利用儲(chǔ)熱材料的散熱熱量來加熱地層，使得所加熱地層內(nèi)的生產(chǎn)井進(jìn)行油氣生產(chǎn)；在采出量達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值后，停止地面加熱并關(guān)閉U形井；將采出油氣和助燃劑通過入口井段的環(huán)空注入井下，從而通過采出油氣的燃燒來繼續(xù)對(duì)U型管內(nèi)的剩余儲(chǔ)熱材料進(jìn)行加熱，以維持生產(chǎn)井的生產(chǎn)狀態(tài)。本發(fā)明解決了原位開采工藝可靠性和經(jīng)濟(jì)性可行性差的問題，提高了加熱穩(wěn)定性和加熱效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王益維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21