升温速率、时间和含水率对油页岩热解后物性变化的影响

针对升温速率、加热时间和油页岩本身的含水率对油页岩原位转化开采物性的影响,利用烃源岩生排烃模拟实验装置,开展了不同升温速率、加热时间和含水率作用下、终温为350℃的油页岩原位热解模拟实验,对热解后油页岩样品进行了核磁共振测试分析,探讨了这些因素对油页岩原位开采热解物性变化的影响。结果表明:较慢的升温速率有利于有机微孔的发育,较快的升温速率有利于微裂缝的发育;恒温时间的增加,可以改善油页岩物性,随着恒温时间的增长,小孔隙逐渐发育成相对大的孔隙;高温水可能作为催化剂、反应物和溶剂参加反应,一方面有利于与有机质反应生成有机孔,另一方面高温水与油页岩矿物可能发生反应,改善了油页岩的物性。      

油页岩不同温度原位热解物性变化核磁共振分析

油页岩原位热解过程中产生的孔隙和裂缝的连通程度是制约转化后的油页岩油气能否原位可采的关键要素,而常规岩石物性测试手段无法全覆盖测定油页岩层内不同级别的孔隙及裂缝。利用核磁共振仅对岩石孔隙流体有响应可以识别刻画不同级别孔、缝的优势,根据核磁共振分析岩石物性的方法和相关参数模型,开展了模拟地下500 m原位加热到不同反应温度后的油页岩热解系列样品的核磁共振测试。结果表明,不同转化温度原位开采过程中,油页岩的孔隙度演变可以分为3个阶段,250~350℃时逐渐增大,350~400℃时略有减小,400℃之后大幅增大;渗透率在400℃之前变化不大,400~450℃渗透率提高了2个数量级,500℃时改善更为可观,提高了4个数量级。油页岩原位干馏开采需要400℃以上的高温,而实际地下开采大尺度的油页岩受热均一性较差,可能大部分区域温度达不到400℃,可以采取升到更高的温度并延长加热时间或加热前对油页岩层进行储层压裂改造,以改善油页岩层的物性,提高油页岩原位开采油气采收率。      

微波加热油页岩原位开采的实验装置设计

为了解决微波加热油页岩实验设备测量数据不够准确、自动化程度低等问题,根据微波穿透公式和微波衰减公式,设计了一种模拟真实地层条件下微波加热油页岩的实验设备。设备包括微波加热系统,地层温度模拟系统和地层压力模拟系统。微波加热系统内壁涂有微波吸收剂以消除微波的反射和泄漏。装置能够测量实验样品的温度、压力、渗透率等参数,计量微波加热后页岩油的产量,可为矿场实现微波加热原位开采油页岩工艺提供实验依据。     

油页岩原位开采数值模拟研究进展

油页岩是一种储量丰富的非常规能源,以电加热和流体加热为主的油页岩原位开采技术正逐渐成为该领域的研究重点。为了深入研究油页岩原位开采过程中涉及到的流体与地层间热传递、有机质热解化学反应、储层孔渗变化、油气渗流等多个物理化学过程之间的耦合,对原位开采过程进行系统数值模拟,有利于揭示原位开采机理、优化原位开采设计方案、评价原位开采经济效益。通过对油页岩原位开采数值模拟的国内外研究进展和研究现状进行了总结,分析了数值模拟研究的核心问题、面临的主要挑战、取得的进展以及当前亟需解决的瓶颈问题。研究结果表明:原位开采条件下的动力学参数对于开展准确的数值模拟研究至关重要,流体加热由于其过程复杂,现有模型有待完善。对于未来开展油页岩原位开采相关技术研究,尤其是数值模拟研究具有一定的指导和借鉴意义。     

利用原位电法加热技术开发油页岩的物理原理及数值分析

针对目前国内传统地面干馏油页岩技术的缺点,并结合油页岩自身特性,介绍了一种新的油页岩开发技术--原位电法加热开发技术(ICP).该技术可以解决传统油页岩开发技术在开发过程中高成本、高污染的难题.对油页岩高温热解失重及热破裂特征进行的分析结果表明:在350～500℃时,油页岩具有集中热解的特性,失重质量约占总质量的15%.高温热解后的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,孔隙和裂隙的形成为应用ICP技术开采中油气的产出创造了条件.基于ICP开发技术的原理,建立了考虑化学反应热的能量守恒方程,并采用三维有限元法,对油页岩ICP原位电法加热开发过程进行了数值分析,获得了开发过程中温度场随时间的变化规律及地下油页岩热解范围,并计算了ICP技术在小规模开发过程中油气的产量.     

利用微波加热开采地下油页岩的技术

对目前国内外油页岩原位开采技术研究进行的分析表明,油页岩具有导热性差的特点。为了解决传统的热传导开采方法效率低、成本高的问题,提出了一种微波加热开采油页岩的新型技术。利用微波加热方式,电磁能直接作用于介质分子而转换成热能,其透射性能使物料内外介质同时受热,不需要热传导。在方案实施过程中,在油页岩层中钻羽状井并填入吸波介质,可大大改善油页岩的吸波能力,可以以较快的速度使页岩油的升温,并逐渐地将干酪根裂解转化为页岩油气。页岩油气会通过加热产生的裂缝运移到生产井,并被抽排到地面。     

油页岩原位注蒸汽开采油气中试与多模式原位热采技术的适用性分析

油页岩是中国储量巨大的重要战略资源,也是国际公认的重要非常规石油资源。对油页岩进行地下原位干馏是目前实现其大规模工业开发的唯一可行技术方案。太原理工大学于2010年获得油页岩原位注蒸汽开采油气技术（MTI）的发明专利授权。基于MTI技术原理,对大尺寸油页岩试件实施原位注蒸汽开采油气的中试实验,并对多模式油页岩原位干馏技术的适用性进行分析。研究结果表明：①在实施油页岩原位多井水力压裂连通过程中,最高注水压力仅为地应力的41%,裂缝起裂扩展压力低。②蒸汽对流传热方式具备很高的传热效率,有机质热解迅速,蒸汽携带油气快速从生产井产出。同时,通过选择开启或关闭井组钻孔阀门的方式,实时调整蒸汽的流量和流向,灵活控制油页岩目标加热热解区域,实现了蒸汽的科学调配。③在油页岩原位注蒸汽正常运行过程中,蒸汽的注入压力仅约为自重应力的1/4,蒸汽锅炉长期低负载运行。④油页岩原位热解引发的地面沉降量很小,对地质环境危害小。⑤注汽热解区采出的含油率高达95%以上,总体原油采收率达到67.3%,充分证明利用MTI技术原位注蒸汽热解油页岩可达到较高的原油采收率。⑥所得油页岩油中轻质油品的占比达到72.51%;H₂在热解气体中的比例占据绝对优势,体积含量高达68.87%。⑦注蒸汽热解区的顶、底板油页岩层热解不充分,裂隙发育不明显,成为良好的防渗隔热层。⑧MTI技术与其他油页岩原位热采技术相比,其在技术流程和经济性方面具有明显优势,具备广阔的商业开发应用前景。     

原位开采油页岩电加热技术现状及发展方向

随着中国油页岩工业的不断发展,对油页岩地面干馏工艺方面的研究已经取得了很大进展.但由于受实验设备和分析技术的限制,对油页岩地下干馏工艺的研究却很少,在当前的油页岩原位开采工艺中以电加热工艺较为成熟.因此,从油页岩原位开采电加热技术的原理出发,详细阐述了油页岩电加热工艺流程和关键技术(电加热器的选择和设计、加热井的设计、...     

油页岩原位加热电加热器温度分布模拟及优化设计

电加热是原位开采油页岩的方法之一,电加热器是其关键的加热元件。通过MATLAB的PDE工具模拟电加热器的温度分布,探讨了加热器导热系数、热源密度、密度、比热容、加热器尺寸等参数对加热效果的影响,以此作为电加热器优化设计的依据。研究指出,密度小的材料有利于提高加热器的加热效率;导热系数对温度影响不大;比热容越高,加热器的整体温度越低;随热源密度的增加,加热器的温度显著增加;正交实验分析指出,热源密度、密度、比热容对加热器温度分布影响较大,导热系数影响很小;加热器半径增加,温度增加。优化设计的加热器的形状为轴对称U型管和真空加热管,加热元件的材料为铜和不锈钢等。井下原位电加热不仅可以应用在油页岩的开采中,未来也可以作为稠油的开采技术。     

油页岩原位转化技术发展现状及展望

合理高效地开发油页岩资源对中国能源安全与经济发展有重要的战略意义。油页岩地下原位转化技术相比地面干馏技术具有独特的优势,是未来油页岩开采的发展方向。文章系统地分析了代表性的油页岩地下原位转化技术发展现状,对电传导加热、热流体加热、辐射加热、燃烧加热等工艺的特点进行了归纳。结合目前研究现状,从储层造缝、地下储集空间封闭、高效加热与新能源应用等方面提出了下步研究方向。该研究可为实现油页岩绿色高效开采提供技术参考。     

中—低成熟度页岩油藏原位转化热-反应流耦合数值模拟

中国陆相页岩油储量丰富,成熟度整体偏低,储层中包括已生成的滞留烷烃和未转化的固体有机质,可动用能力差,且地层能量不足,仅依靠常规压裂改造技术难以获得经济产量,必须采用地下原位加热转化技术才能有效开发。伴随地层加热,干酪根与滞留烷烃发生多级平行化学反应,流体组成与储集空间均发生较大变化,使得原位转化过程中的热-反应流耦合机制更加复杂。对此,通过考虑原位转化过程中的干酪根分解、烷烃裂解对油气组成以及岩石孔渗参数的影响,建立了页岩油藏原位转化热-反应流耦合数学模型及数值求解方法。通过数值算例验证了数学模型的正确性,分析了加热温度、加热模式、初始干酪根浓度等参数对开发效果的影响,并从经济效益的角度评价了页岩油藏原位转化开发的可行性。从热-反应流角度分析了页岩油藏原位转化过程,提出的模型和计算方法可用于评估页岩油藏原位转化过程的开发效果,并为中—低成熟度页岩油藏的高效开发提供理论支持。     

流体加热方式原位开采油页岩新思路

油页岩原位开采技术是未来进行油页岩大规模商业化开发的必然趋势,其中,流体加热技术因加热速度快、可充分利用干馏气、技术相对成熟等优点而被广泛关注。针对目前国内外油页岩原位开采流体加热技术存在的一些问题,提出了一种流体加热新思路,即采用水平井分段压裂和过热蒸汽辅助重力驱组合技术开发埋藏较深(300~1 000 m)的油页岩资源,其主要原理是通过在水平井分段压裂形成的复杂网状裂缝中注入高温过热蒸汽加热油页岩储层,并逐渐将干酪根裂解转化为液态烃,产生的液态烃在重力作用下通过裂缝流入生产井,然后通过常规方法采出。以山东龙口黄县盆地油页岩为例,提出了新流体加热技术设计方案,对今后进行先导试验有着重要的参考价值。     

油页岩电加热原位开采技术研究进展

世界油页岩资源丰富,其勘探储量换算为页岩油远大于世界石油的探明储量,但有很大一部分资源埋藏较深,不能通过露天或巷道式开采加以利用。为此,介绍了壳牌公司编制的油页岩电加热原位开采技术（E-ICP）试验研究计划,包括油页岩试验区的资源评价、原位开采的流程、整个开采工程计划所需时间。该技术的应用为开发深层油页岩资源提供了新的途径和方法。     

超临界CO2+水力携砂复合体积压裂工艺对陆相页岩储层的改造机理及效果

中国陆相页岩油气资源潜力巨大,但由于陆相页岩具有黏土矿物含量高、非均质性强等特点,很难实现大规模体积压裂。由于缺乏针对性储层体积改造技术,中国陆相页岩油气领域一直未获得实质性突破。为解决这一关键技术难题,综合利用压裂模拟、微观分析等实验手段对松辽盆地青山口组一段富含油页岩层系进行研究。结果表明,超临界CO₂复合体积压裂具有降低页岩储层破裂压力、形成复杂缝网和溶蚀改善储层渗流通道的优势。在陆相页岩油领域设计并使用超临界CO₂复合体积压裂工艺,对吉页油1HF井成功实施了21段/1 431 m水平井压裂,并采用人工裂缝反演、不稳定试井、微地震监测、返排液分析、油源对比等技术进行压后效果评价。现场实践证实,该项技术效果显著,有效改造体积是常规水力压裂的2倍,实现了高黏土矿物含量强非均质性陆相页岩层系大型体积压裂,支撑吉页油1HF井获得稳产16.4 m³/d的高产工业页岩油流。     

页岩油立体开发诱发的储层地应力动态响应特征

页岩油已成为我国现阶段油气开发的重点,而基于水平井和水力压裂的立体开发模式可以有效提高页岩油的开采效率。立体开发过程造成储层压降,进而诱发储层地应力状态发生复杂变化,干扰邻近深度层的工程作业。为了研究立体开发对储层地应力演化的影响,根据孔隙弹性力学理论,综合储层渗流、岩石骨架线弹性变形和现场资料建立了页岩油储层三维地应力演化数学模型,表征了储层纵向和横向的孔压、地应力的时空演化特征,并分析了三维立体空间下SRV(储层改造区域)对这些响应特征的影响。研究表明,SRV对储层地应力响应具有增强作用;立体开发对储层地应力响应的影响随着纵向上靠近SRV中心而增大;不同深度层均会出现地应力大小和主应力方向的变化;出现层间应力干扰现象,造成地层破裂压力扰动,破裂难度随立体空间中位置的不同而发生改变。研究结果可为我国现阶段页岩油立体开发提供理论基础。     

FMI成像测井在四川盆地页岩气地层中的应用

由于页岩气在岩性、成藏机制上的独特性,常规油气勘探采用的测井评价方法难以完全适应,因此,针对页岩气地层特点,利用特殊的FMI成像测井技术来识别页岩气储层的岩性,分析地应力状态以及描述储层裂缝。对四川盆地Y页1井进行了FMI成像测井,研究结果验证具有开采价值,为页岩气储层评价、水平井钻进和完井中压裂改造等技术都提供了有力的依据。