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。     

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。     

大庆油页岩ICP原位开采集输系统建议

壳牌原位开采ICP技术是当前国际上最具前途的油页岩原位开采技术,如果该技术在大庆油页岩推广应用,需对ICP油页岩原位开采地面集输系统与大庆油田在用集输系统进行对比分析,对大庆油页岩ICP原位开采地面采出物集输系统配套技术提出可行性建议.分析认为,油田在用集输管线可以应用到油页岩原位开采地面集输系统中.     

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、...     

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。     

美国油页岩原位开采技术与启示

油页岩的开发利用越来越受到世界各国的重视。随着环保压力的增大,油页岩原位开采已成为未来油页岩商业化大规模开采的必然发展趋势。我国油页岩资源开发利用较早,但都是环境污染较大的地面开采方式。通过对比中美两国油页岩的地质特征和埋藏条件的不同,介绍美国土地管理局为油页岩原位开采技术的商业化推广而在美国绿河组的RDD项目投标情况和各大石油公司在该地区现场先导试验的最新进展,以及对壳牌ICP技术、雪佛龙CRUSH技术、美国页岩油公司CCR技术和埃克森美孚Electrofrac技术的对比,为我国油页岩原位开采技术的研发拓展思路,也为我国进入油页岩等非常规油气资源的大规模开采阶段提供重要的借鉴意义。     

油页岩原位注蒸汽开采油气中试与多模式原位热采技术研究

为做到科学利用原位热采技术实现油页岩开采,结合项目实例对加热传导、对流传导等不同原位热采模式进行比较,提出采用原位注蒸汽方案加强油气开采。从矿体中采集试件开展中试实验,利用压力室、蒸汽发生器等装置模拟矿层开采条件,然后通过注入高温蒸汽实现矿体热解。从孔隙结构变化、矿体热解情况和油气开采效果三个方面对实验结果展开分析,可知采用注蒸汽原位热采对矿体进行均匀升温,有助于油气开采效率和品质提升,能够为油页岩开采提供有效技术方案。     

世界油页岩原位开采技术进展

油页岩原位开采技术不需要进行采矿和建设大型的尾气处理设施,可开发深层、高厚度的油页岩资源,具有产品质量好、采油率高、占地面积少和环保等优点,目前尚处于工业试验阶段。按照油页岩层受热方式的不同,可将油页岩原位开采技术分为传导加热、对流加热、辐射加热3类技术。在此,详细介绍了壳牌石油公司地下转化工艺技术、埃克森美孚公司Electrofrac^TM技术、IEP公司GFC技术等3种传导加热技术,还介绍了太原理工大学的对流加热技术、雪弗龙CRUSH技术等5种对流加热技术,以及2种辐射加热技术,并分析了各类工艺的优缺点。根据我国油页岩资源埋藏深、品位低的特点,应大力开展原位开采技术方面的研究工作,为将来大规模开发油页岩资源提供技术储备。     

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。     

层次分析法在油页岩选区评价中的应用

介绍了层次分析法的原理及应用步骤,并将其运用到中国油页岩目标区的优选中;在此过程中建立了油页岩开发选区评价模型与指标体系,确定了各层评价指标的权重,并建立统一的赋分体系获取指标数值,加权求和得到各个目标区的综合得分.研究表明,影响油页岩开发选区评价的最主要因素是油页岩矿点的地质与资源条件,较关键参数是油页岩含油率、矿体...     

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...     

水平井电加热油页岩过程的数值模拟

地下原位开采油页岩是近年来发展起来的新方法。中国东北地区油页岩层厚度一般小于10 m,可以采用水平井方式加热油页岩。设计了一种水平井电加热方式,利用FLUENT软件,结合自编的FORTRAN程序,数值模拟水平井和竖直井的电加热过程,并对计算结果进行对比;分析了油页岩的平均温度、产油量、热损耗率随加热时间的变化过程,计算出加热过程的耗电量。计算结果表明,采用水平井电加热方法热损耗比竖直井小,可以缩短生产时间,降低生产成本。     

单井单气相技术是从油页岩中开采原油的关键

西部山能源公司(MWE)正着手研究开发一种原位蒸气开采(IVE)工艺,以期解决提高采收率(EOR)和油页岩干馏方面的技术壁垒.MWE已经和落基山油田测试中心(RMOTC)合作,对怀俄明州卡斯珀附近Teapot Dome油田的一口井进行IVE工艺提高采收率的试验.该项目拟定于2008年春天开展.IVE工艺在传统处理方法的基础上引入了化学处理过程,将地下原油汽化,从而提高了传统生产方法的生产效率.由MWE提出的单井、单气相开采法对于石油工业来说是个全新的概念.在某些特定油层,使用IVE法可以使该油层的地下采收率达到甚至超过80%.IVE法可以提高常规石油资源的采收率,并使从大量油页岩中转化和提取原油的工艺更加科学和经济.2005年,全美国的石油消耗占能源消耗总量的40%,其中有66%的石油消耗依靠进口.由于在石油开发方面没有技术性突破,美国国内石油产量在1971年就已经达到了峰值.     

全球油页岩资源及其开采技术进展

由于油价的高位运行、再生技术的涌现、全球对液态碳氢化合物需求的增大以及常规石油资源的持续减少等原因,近年来,世界上油页岩储量最大、分布最为集中的美国以及拥有大量油页岩资源的爱沙尼亚、以色列和土耳其等国,均对油页岩资源的开发给予了足够的重视。自2006年以来,全球有25个石油公司陆续公布了他们在油页岩领域研究的新技术。本文从油页岩的开采工艺和促进其商品化两个角度出发,对减少用水、提高能量利用效率、治理排放物、降低对地表的影响、利用和处理废弃页岩以及保护地下水等相关的先进油页岩生产技术进行了介绍,并说明,用油页岩生产石油在技术和经济上都是可行的。     

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。     

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。     

一种新型泡沫压裂液在油页岩微波开采中的应用

为了进一步证明微波加热原位开采油页岩的可行性,提出将含纳米颗粒的新型压裂液作为微波原位开采油页岩技术的工作液,并对工作液性能进行了研究,对热解产物进行了分析。结果表明:通过对油页岩温度场测量,氧化铁纳米颗粒可以有效提高微波加热效率;泡沫压裂液在节约能量方面比水基压裂液更合适。通过半衰期和泡沫微观结构分析,氧化铁纳米颗粒在一定程度上可以提高泡沫压裂液的稳定性。采用体视显微镜和环境扫描显微镜,发现该压裂液的注入会对油页岩造成轻微伤害,但由于加热后表面活性剂的热分解、干酪根的转化以及微波加热诱导生成的微裂缝,油页岩岩心中的孔隙不会被氧化铁纳米颗粒所堵塞。用元素分析、四组分分析、气相色谱-质谱联用和X射线衍射等实验分析了热解产物,实验表明微波的非热作用促进了轻烃的产生,同时更多的含硫含氮化合物以气体的形式释放。     

中国油页岩原位转化技术现状与展望

我国油页岩蕴含的油页岩油资源约为476.44亿t,规模开发将有效缓解我国油气供应的紧张局势。原位转化技术是油页岩资源开发的趋势,但因技术难度和开发成本等限制,尚未实现商业化生产。针对我国油页岩资源特点,国内高校、研究院以及企业先后研发了多种原位转化技术,其中吉林大学和吉林众诚油页岩公司在松辽盆地建设的先导试验成功从地下裂解并采出了油页岩油,在一定程度上验证了原位转化技术的可行性,但仍存在技术成熟度低、试验规模小、原位转化成本高和油气采收率低等不足。油页岩资源的原位转化在我国的能源需求与双碳目标下面临着机遇与挑战,需要在高效加热、储层改质、降本增效、低碳可持续发展等方向开展技术攻关,同时国家政策引导与产学研合作也是推进油页岩原位转化走向商业化的必要措施。