一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法技术

一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法，涉及油页岩原位注热开采技术，解决油页岩厚矿层采用传统全厚段原位注热开采时，会出现蒸汽供给量不足和矿层加热不均匀的问题。本发明专利技术的步骤如下：①将若干真空波纹套管用环形盲板连接，在两个套装金属波纹管的环形间隙内缠绕隔热材料后抽真空，放置于裸眼井内油页岩矿层段，注入水泥形成水泥环；②下分段射孔；③下分段水力压裂；④下分段注蒸汽开采油气；⑤下分段真空波纹套管内注浆封闭；⑥依次循环步骤1～步骤5，对矿层其它分段油页岩矿体由下至上进行注蒸汽开采油气。本发明专利技术用于厚及特厚油页岩矿层原位注热开采油气，具有蒸汽供给量充足，厚矿层加热均匀，热量损失小，油气采出率高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油页岩原位注热开采
，具体涉及针对厚及特厚油页岩矿层的一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法。
技术介绍
众所周知，油页岩中有机质的主要热解温度区间为300～500℃，所以要使油页岩中的有机质完全转化为页岩油和热解气，必须要把油页岩加热到500℃以上，这是所有加热油页岩开发油气资源方法都必须满足的首要条件。ZL200510012473.4公开了“对流加热油页岩开采油气的方法”，ZL201310057719.4公开了“一种油页岩油气资源原位开采方法”，所述油页岩原位注热开采油气的基本原理是：在地面布置、施工群井，钻井进入油页岩矿层处理层段，套管固井，并采用群井压裂技术使注汽井与产油气井相互联通，然后将蒸汽锅炉中产生的温度为600℃的过热水蒸汽沿注汽井注入油页岩矿层中，加热矿体，使油页岩中的有机质受热分解后形成油气，并通过低温蒸汽或冷凝水携带油气从采油气井抽吸至地面。详细分析其原理后可知：针对典型厚及特厚层油页岩，蒸汽在井筒内注热段输送路径变长，且要求蒸汽在注入油页岩矿体内仍能达到500℃以上，如该技术能成功实施，首先必须要解决以下2个关键技术难题。如下所述：(1)如何解决注热段套管与水泥环之间由于受热后变形不协调而产生高热应力，进而导致套管及水泥环变形损坏并发生泄漏的问题？(2)如何能够大幅降低高温蒸汽向油页岩非注热段扩散的热量，减少热损失，并保证蒸汽在到达油页岩矿层处理段后仍能达到500℃以上，以满足油页岩热解开采的首要温度条件？目前，在稠油热采领域，主要采用蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方式相结合的方法降低稠油粘度，进行采油，其蒸汽注入温度一般处于250～350℃范围内，现场普遍使用套管预应力固井法和隔热油管来分别解决套管、水泥环热损变形和井筒热量散失的问题。与稠油注热开发方式不同，油页岩在原位注蒸汽开发过程中，锅炉蒸汽温度达到600℃，比稠油热采蒸汽注入温度(250～350℃)高出近一倍，可想而知，当蒸汽温度达到600℃以上时，如仍采用传
统平滑单层直套管固井，则注热段套管、水泥环变形损坏和过量热损失的问题将更加严重，传统稠油热采领域注热段井身结构并不适用。另外，对厚及特厚油页岩矿层采用全厚段注入蒸汽方法，必然出现蒸汽供给量不足和厚矿层加热不均匀的问题，导致大量油气资源难于采出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法，解决厚及特厚油页岩矿层采用传统全厚段原位注热开采时，不仅会出现蒸汽供给量不足和厚矿层加热不均匀，而且可导致大量油气资源难于采出的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法，其具体步骤如下：①首先将若干真空波纹套管用环形盲板连接在一起，并在两个套装的金属波纹管的环形间隙内，缠绕多层隔热材料后抽真空，再将组装后的若干真空波纹套管放置于裸眼井内油页岩矿层段，分别与若干矿层分段位置相对应，向真空波纹套管和地层间的环形空腔内注入水泥，形成水泥环；②分别在目标注热井和采油井内，利用射孔弹射穿油页岩矿层下分段的真空波纹套管、隔热材料、水泥环，并穿透油页岩矿体到一定深度，形成下分段射孔；③下分段射孔作为水力压裂注水入口，然后选择目标注热井为压裂井，周围目标采油井为连通井，进行油页岩矿层下分段水力压裂连通；④将隔热油管与真空波纹套管顶部的内螺纹接口旋转对接密封，内螺纹接口内设置耐高温高压的密封圈，然后连接地面蒸汽管路，在目标注热井中将地面锅炉中产生的600℃高温过热蒸汽通过隔热油管注入到油页岩下分段矿层中，蒸汽沿下分段压裂通道流动，并逐渐从热破裂面渗流到岩体内部，对流热解开采油气；同时，在周围采油井中收集油气及冷凝水，冷凝水净化后循环利用；当下分段注热井和采油井间大部分油页岩矿体温度均匀上升到500℃左右后停止注汽，此时下分段油页岩油气开采完毕；⑤取出隔热油管，同时连接小直径钻杆伸入到真空波纹套管中，将预先计算好用量的水泥浆通过小直径钻杆注入到下分段真空波纹套管内，对下分
段射孔形成的蒸汽注入口进行封闭，保证水泥凝固后的上界面为下分段与上一分段的交界处，完成下分段真空波纹套管内注浆封闭；⑥依次循环步骤1～步骤5，分别对矿层其它分段油页岩矿体由下至上进行注蒸汽开采油气，最终使开采区内油页岩厚矿体得到完全热解开采。本专利技术具有如下显著的进步和效果：1、本专利技术采用多个真空波纹套管相连接的方式，与传统稠油热采直套管相比，优点显而易见，表现为：①波纹管具有刚度值低、柔性大的特性，在温度升高和降低过程中，可以依靠大量波纹间的结构微变形来替代直套管的垂向大变形，且热应力得到大幅释放减小，可避免套管和水泥环的变形损坏；②波纹管与水泥环之间是“S型”交界面，可大幅提高水泥环与波纹管间的咬合阻力，紧紧将波纹管约束；③“S型”交界面使密封路径加长，防蒸汽和油气渗漏特性要远远优于直套管的平滑交界面。2、本专利技术采用充填隔热材料的真空波纹套管，可以大幅降低高温蒸汽在井筒内向矿层非注热段扩散的热量，提高蒸汽注入温度。3、本专利技术对各分层段采用“射孔注热开采和注浆封闭”相配合的实施工艺，实现了对厚及特厚油页岩矿层的分段注蒸汽开采油气技术，解决了蒸汽供给量不足和厚矿层加热不均匀的问题，提高油气采出率。附图说明图1是本专利技术采用的一种油页岩厚矿层原位注热分层开采段井身装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术保护范围。如图1所示，选定厚层油页岩目标注热开采区，厚度为60m、埋深11为160m的近水平单一油页岩矿层，按20m厚度将油页岩矿层段4沿厚度方向分为3段，分别为矿层下分段41、矿层中分段42和矿层上分段43。一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法，其具体步骤如下：①首先将若干真空波纹套管1用环形盲板2连接在一起，并在两个套装的金属波纹管的环形间隙内，缠绕多层隔热材料3后抽真空，再将组装后的若干真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与矿层下分段41、矿层中分段42和矿层上分段43位置相对应，向真空波纹套管1和地层间的环形空腔内注入水泥形成水泥环5；②分别在目标注热井和采油井内，利用射孔弹射穿油页岩矿层下分段41的真空波纹套管1、隔热材料3、水泥环5，并穿透油页岩矿体到一定深度，形成下分段射孔6；③下分段射孔6作为水力压裂注水入口，然后选择目标注热井为压裂井，周围目标采油井为连通井，进行油页岩矿层下分段41水力压裂连通；④将隔热油管7与真空波纹套管1顶部的内螺纹接口8旋转对接密封，内螺纹接口8内设置耐高温高压的密封圈9，然后连接地面蒸汽管路，在目标注热井中将地面锅炉中产生的600℃高温过热蒸汽通过隔热油管7注入到油页岩矿层下分段41中，蒸汽沿下分段压裂通道流动，并逐渐从热破裂面渗流到岩体内部，对流热解开采油气；同时，在周围采油井中收集油气及冷凝水，冷凝水净化后循环利用；当下分段注热井和采油井间大部分油页岩矿体温度均匀上升到500℃左右后停止注汽，此时下分段油页岩油气开采完毕；⑤取出隔热油管7，同时连接小直径钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法，其具体步骤如下：①首先将若干真空波纹套管1用环形盲板2连接在一起，并在两个套装的金属波纹管的环形间隙内，缠绕多层隔热材料3后抽真空，再将组装后的若干真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与若干矿层分段位置相对应，向真空波纹套管1和地层间的环形空腔内注入水泥，形成水泥环5；②分别在目标注热井和采油井内，利用射孔弹射穿油页岩矿层下分段41的真空波纹套管1、隔热材料3、水泥环5，并穿透油页岩矿体到一定深度，形成下分段射孔6；③下分段射孔6作为水力压裂注水入口，然后选择目标注热井为压裂井，周围目标采油井为连通井，进行油页岩矿层下分段41水力压裂连通；④将隔热油管7与真空波纹套管1顶部的内螺纹接口8旋转对接密封，内螺纹接口8内设置耐高温高压的密封圈9，然后连接地面蒸汽管路，在目标注热井中将地面锅炉中产生的600℃高温过热蒸汽通过隔热油管7注入到油页岩矿层下分段41中，蒸汽沿下分段压裂通道流动，并逐渐从热破裂面渗流到岩体内部，对流热解开采油气；同时，在周围采油井中收集油气及冷凝水，冷凝水净化后循环利用；当下分段注热井和采油井间大部分油页岩矿体温度均匀上升到500℃左右后停止注汽，此时下分段油页岩油气开采完毕；⑤取出隔热油管7，同时连接小直径钻杆伸入到真空波纹套管1中，将预先计算好用量的水泥浆通过小直径钻杆注入到下分段真空波纹套管1内，对下分段射孔6形成的蒸汽注入口进行封闭，保证水泥凝固后的上界面为下分段与上一分段的交界处，完成下分段真空波纹套管1内注浆封闭10；⑥依次循环步骤1～步骤5，分别对矿层其它分段油页岩矿体由下至上进行注蒸汽开采油气，最终使开采区内油页岩厚矿体得到完全热解开采。...

【技术特征摘要】
1.一种油页岩厚矿层原位注热分层开采油气的方法，其具体步骤如下：①首先将若干真空波纹套管1用环形盲板2连接在一起，并在两个套装的金属波纹管的环形间隙内，缠绕多层隔热材料3后抽真空，再将组装后的若干真空波纹套管1放置于裸眼井内油页岩矿层段4，分别与若干矿层分段位置相对应，向真空波纹套管1和地层间的环形空腔内注入水泥，形成水泥环5；②分别在目标注热井和采油井内，利用射孔弹射穿油页岩矿层下分段41的真空波纹套管1、隔热材料3、水泥环5，并穿透油页岩矿体到一定深度，形成下分段射孔6；③下分段射孔6作为水力压裂注水入口，然后选择目标注热井为压裂井，周围目标采油井为连通井，进行油页岩矿层下分段41水力压裂连通；④将隔热油管7与真空波纹套管1顶部的内螺纹接口8旋转对接密封，内螺纹接口8内设置耐高温高压的密封圈9，然后连接地面蒸汽管...

【专利技术属性】
技术研发人员：康志勤，赵阳升，杨栋，梁卫国，赵静，冯子军，耿毅德，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14