压裂-注氮原位裂解油页岩加热工艺及传热模拟

提出了一种油页岩地下原位转化的新方法,即压裂-注氮原位裂解油页岩技术.油页岩储层压裂后,在加热井内下入电加热器,然后向井内注入氮气,利用加热后的高温氮气原位裂解油页岩.介绍了该方法与传统的电加热法和对流加热法相比的优势,以及特别适用的地层,并且对加热氮气过程进行了传热模拟,优化了气体加热器的参数,确定加热器的最佳长度为30 m,其热流密度为11 k W/m2.针对本工艺方法特别适用的薄层油页岩地下原位开采,进行了地层加热时间的传热模拟,确定了80 d即可将井距15 m,矿层1.5 m厚的油页岩加热到裂解温度,较电加热法和对流加热法的加热时间明显缩短.     

油页岩原位注蒸汽开发的固-流-热-化学耦合数学模型研究

针对目前传统地面干馏油页岩技术中存在的高成本、高污染问题,提出了对油页岩进行原位注蒸汽开发的新方法.并利用太原理工大学研制的高温高压干馏釜对油页岩进行了高温高压蒸汽作用下油页岩干馏渗透实验.结果表明:高温高压蒸汽作用下油页岩会产生大量的孔隙、裂隙,从根本上提高了油页岩的渗透性;主要利用对流传热的方式,高效率地加热了油页岩并带走页岩油.同时,在复杂理论分析的基础上建立了油页岩原位注蒸汽开发过程中的固、流、热、化学耦合数学模型,包含了众多的耦合项作用,为分析解决油页岩原位注蒸汽开发过程中的复杂物理化学过程提供了理论依据.     

薄层油页岩电加热原位改性温度场数值模拟

原位开采是油页岩未来主流开采技术,目前油页岩原位开采技术研究对象多为厚层油页岩,但中国存在大量的薄层油页岩,故研究薄层油页岩原位电加热温度分布规律具有重要的意义.针对中国特殊薄层油页岩结构,采用ANSYS软件中瞬态热分析模块,建立薄层油页岩原位电加热模型,研究加热5年内薄层油页岩中温度场分布.仿真结果表明:油页岩的有效加热体积随加热时间增加而增大,且加热前3年增加速度显著快于3年之后,加热3年后继续加热增热效果已不明显,故加热薄层油页岩在加热3年可以使利益最大化.研究结果为中国薄层油页岩的开发提供了数据支撑.     

过热蒸汽对流加热油页岩产气规律研究

利用自行研制的对流加热原位开采模拟实验台对新疆油页岩进行热解模拟实验,研究不同温度过热蒸汽作用下油页岩的产气规律,并从理论上进行了分析研究。结果表明:过热蒸汽对流加热油页岩热解过程大致分为三个阶段,第一阶段是碳酸盐的水解和热解,同时伴随着少量沥青质的热解,这个过程中主要产生CO2和少量有机气体;第二阶段以油页岩的热解为主并伴随着少量的水煤气反应,这个过程产生大量的有机产物;最后阶段是热解完成后油页岩中残炭的水煤气反应,产物主要为大量的H2和CO。本研究成果将为规模化过热蒸汽原位开采油页岩技术应用提供理论依据和技术参数,也将为油页岩原位开采的干馏气体的处理和回收提供帮助。     

壳牌ICP技术现场试验

油页岩原位开采技术成为开发中深层油页岩的关键技术,目前,壳牌ICP技术是相对比较成熟的一种,并且开展了现场试验,本文着重试验场的地理位置、地质构造特征、地层构成、资源储量和ICP冷冻墙技术及加热工艺进行了阐述。     

油页岩原位开采井筒结构设计

在油页岩原位开采过程中,需要300℃以上高温持续对地层加热数月甚至数年,造成井筒密封完整性失效。目前国内外关于油页岩原位开采的研究集中于加热方式的实验介绍,没有可参考的实钻井筒结构设计。依据吉林松南青一段油页岩的实际情况,设计电加热、注热氮气加热两种不同开发方式下的井筒结构,利用有限元软件对加热体、套管、水泥环、围岩组合体密封完整性模型进行模拟分析。结果表明,采用600℃电加热方式进行开采时,热量传入地层迅速衰减,有效开发半径仅2. 0 m,难以适用于油页岩的开采;采用注热氮气加热开发时,有效开发半径仅5. 0 m,考虑后期压裂,热氮气可通过裂缝有效加热地层,适用于油页岩的开采;套管在加热段热应力可达1 094 MPa,需选用偏梯扣TP110H抗高温套管。     

中国油页岩原位开采可行性初探

中国油页岩资源量为11 602×108 t,其中埋藏深度在500～1 500 m 的油页岩资源量为6 813×108 t,原位开采技
术是开发该部分资源的有效手段。中国油页岩原位开采技术处于实验阶段,通过对油页岩热分解、热破裂规律、渗透
变化规律等方面的研究,初步探索了油页岩原位开采的可行性。油页岩热分解过程可以分为3 个阶段：干燥脱水、热
解生油、无机矿物质的分解。在这3 个阶段中,由于油页岩内部物理化学反应的程度不同,导致孔隙和裂缝发生了不
同程度的变化,变化最大的是热解生油阶段。利用非稳态数学模型研究了油页岩电加热原位开采的温度场分布,表明
加热5 a 后可以对页岩油进行开采,产油时间至少可以维持2 a。     

高压工频热解扶余油页岩的温度场模拟

利用高电压工业频率电流加热油页岩,可以在油页岩内部形成等离子体的通道,利用产生的等离子体与导电通道碳化的内表面对油页岩进行加热,实现油页岩的原位裂解.本文采用有限元分析软件建立油页岩三维耦合模型,通过数值计算获得高压工频裂解油页岩的温度场分布.在电压为1000V,工业频率电流为5A时加热6min,油页岩电极中心部位的温度达到597℃,在电极附近30mm范围内,温度达到347℃,满足油页岩裂解需求;随电流的增加,相同时间内油页岩被有效加热的温度增加,并且有效热解的范围增大.从数值模拟结果分析可知,高电压工业频率电流加热裂解油页岩技术,升温速率快,能量有效利用率高.     

油页岩原位裂解开采温度场数值模拟与设计方案优化

根据吉林松原油页岩原位开采试验的布井方式、油页岩及流体物性参数等情况,构建了油页岩原位开采的单压裂隙-单注气井基本模型(模型Ⅰ),采用Fluent软件进行了油页岩热流体加热过程温度场模拟。为了研究不同原位开发方案的效率,在模型Ⅰ的基础上,通过增加压裂隙数、注气井数,建立了双压裂隙-单注气井模型(模型Ⅱ)、双压裂隙-双等深注气井模型(模型Ⅲ)和双压裂隙-双不等深注气井(模型Ⅳ),分别开展了注气速率为5m/s和10m/s、注气加热1500天情况的模拟。模拟结果表明,当油页岩层压裂程度越高、模型注气速率越高、注气井数量足够和注气井贯穿压裂隙加热油页岩层时,油页岩的开发利用越彻底,设计方案最优。     

微波辐射用于处理和开采岩石的研究进展

微波辐射具有加热速度快、选择性加热、体积式加热、易于控制、高效、安全等特点。针对目前岩石破碎高成本高能耗、煤层气和油页岩无法高效开发等缺点,本文详细介绍和评述了微波辐射在处理和开采岩石中的应用。分析表明,微波辐射可以在岩石内部诱导产生热应力,进一步产生和延伸岩石内部的裂缝,从而达到预处理岩石和煤岩的作用;微波对煤岩有脱硫的作用;还可以加热煤层气和油页岩,帮助煤层气解析和油页岩的热解,从而对两种非常规油气资源进行原位开采。总结认为,精确描述不同岩石的介电特性、优化微波辐射的功率和时间、计算机数值模型考虑化学反应的影响、研发大规模微波发生器下入井下是今后的发展方向。     

油页岩综合开发利用集成技术

综述国内外油页岩的利用状况,介绍了油页岩成因、储量及其特性。提出了油页岩综合利用的"集成技术",阐述了该技术的重要思想,详细分析了其经济效益,为油页岩的高效开发利用提供参考。     

页岩油气及煤层气开采技术与环境现状及存在问题

非常规油气资源是国家安全与经济发展的重要物质基础,资源开发在带来发展的同时,还存在破坏环境的风险。如何解决资源开采和环境保护的矛盾,从中寻求平衡点,值得深思。系统性地归纳了页岩油气及煤层气现行开采技术,评价了优缺点,并就各技术对环境的影响现状以及存在的问题进行了总结和深入分析,提出了针对性解决思路,即:立足油页岩热解本质机理,对经济高效可行性强的油页岩原位开采工艺,针对其环境影响,开展系统性研究。研发适合国情的页岩油气及煤层气的开采技术;积极开展压裂开采诱发的地质灾害研究。为非常规油气的可持续性发展和绿色开采提供有益建议。     

松辽盆地北部陆相泥页岩孔隙特征及其对页岩油赋存的影响

综合应用气体吸附、高压压汞和扫描电镜方法对松辽盆地白垩系陆相泥页岩内部微观孔隙特征进行刻画,进而结合岩石热解、全岩矿物分析等实验手段对泥页岩孔隙发育的控制因素及其对含油性的影响进行分析。结果表明:研究区泥页岩孔隙类型以片状黏土矿物的层间微孔隙为主,裂缝发育程度不高,孔隙级别以微孔和介孔为主,泥页岩孔隙发育总体受控于埋深和次生孔隙发育情况,有机孔隙对页岩油储层不具有重要意义;油源充足的情况下,泥页岩含油性明显受控于孔隙度,其中直径大于20 nm孔隙是页岩油的主要赋存空间,在进行页岩油勘探开发时应着力寻找较大孔隙发育的甜点区;龙虎泡阶地南部与齐家-古龙凹陷交界处青山口组含砂岩或砂质薄夹层的泥页岩层系中泥岩次生孔隙发育,含油性高,易于压裂,是松辽盆地北部页岩油勘探开发的首选区域。     

油页岩注蒸汽原位开采数值模拟

注高温蒸汽是一种有效的油页岩原位加热开采方法。参考美国绿河地区某油页岩原位电加热开采项目,采用CMG油藏数值模拟软件建立油页岩原位加热开采的数值模型,将其中的电加热井改为注高温蒸汽井,求解油页岩的温度场、干酪根浓度和产油量,对比电加热和蒸汽加热的优缺点,并讨论注入蒸汽速率和加热范围这两个主要因素对油页岩原位开采的影响。结果表明:与电加热相比,注蒸汽加热时油页岩层温度更高,干酪根分解更快,页岩油产量峰值到达时间更早;随注入速率增大、加热范围减小,干酪根热解反应加快,页岩油产出结束较早。     

利用油母页岩生产高标号水泥试验及生产研究

以油母页岩为原料,结合抚顺大伙房水泥有限公司现有生产工艺条件,改进生料配料系统,研究用油母页岩配制的生料煅烧方法生产出高标号水泥,同时利用粉煤灰为活性掺合料.粉煤灰二次资源得到了利用,既降低了水泥成本,也减少了粉煤灰的污染,又改善了环境,发展了循环经济,实现了可持续发展.     

复杂结构井在页岩气开发中的应用进展

复杂结构井作为一种高效、先进的钻井工艺,能够很好地挖掘各种油气藏的潜能,在北美页岩气工业化、商业化开采过程中,产生了显著地经济效益。在概述复杂结构井的类型、适用条件的基础上,结合国外页岩气开发中复杂结构井的应用情况,分析了复杂结构井在中国页岩气开发中的应用前景。考虑到中国页岩气藏多分布于地表和地下条件复杂的山区,紧紧围绕页岩气开发产能和成本这一核心问题,建议重点发展小井眼连续管一体化钻完井、丛式水平井批量钻井和多分支水平井技术,来减少井场占地面积、优化资源配置管理、降低开发成本、最大限度提高页岩气藏整体效益,实现中国山区页岩气高效、低成本开发。