[发明专利]钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统及其工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于油页岩开采制油气技术领域，特别涉及钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统及其工艺方法，应用于油页岩原位直接气化干馏开采制油气。

背景技术

油页岩干馏所得页岩油可以替代石油。过去100多年曾尝试许多方法来开发油页岩资源，主要分为二类：地面干馏工艺和原位干馏工艺。地面干馏工艺使用最广泛的，首先进行油页岩的井下开采运送至地面，进行粉碎，然后在干馏炉中高温裂解生成页岩油，加工页岩油，制成炼油厂生产原料和高价值的化工用品，但该工艺对固体废弃物和页岩残渣的处理难度大，能量利用率，成本高，影响了该产业的发展。原位直接干馏工艺，无须采矿，而是将热传递到原位的油页岩，通过高压压裂破碎部分或全部的矿石来提高页岩间的传导和流体流动能力，从而提高裂解和开采效率；但传统的原位干馏工艺，采用电力、微波、高温高压蒸汽或其他气体、无线射频等不同的加热方式提供外热源，即要从地面提供能量，作用于油页岩层，产出页岩油和气体，外热工艺存在加热周期长、操作复杂、能耗高、成本高等缺点，加之油页岩致密、渗透性差，导致干馏范围小，效果不理想。因此，当前油页岩的综合利用成本太高，对环境污染大，干馏工艺技术和设备不完善，急需新的技术，更加合理高效的开采油页岩。  

发明内容

为解决上述难题，本发明提供一种钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统及其工艺方法，通过地面钻井，利用定向井构筑原位气化干馏盘区，有控制地燃烧和气化小部分油页岩，疏松盘区里油页岩层，并提供干馏油页岩层的热量和高温气体。利用油页岩本身可燃烧气化放热并产生高温气体的特性，自热式干馏油页岩层；采取地面钻井构筑原位气化干馏盘区，地面只需提供空气或富氧、燃烧气化部分油页岩层，维持原位高温，疏松油页岩层，并形成高温气体干馏油页岩层，实现导热、对流干馏油页层，获得页岩油气，通过钻井排到地面，冷凝分离获得油页岩和可燃气体。

本发明的技术方案是这样实现的：

钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统，在油页岩层建立气化区和干馏区，多个气化区和干馏区交错排列组成钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统，气化区燃烧气化，在生产页岩气的同时产生的热量加热干馏区，干馏区生产页岩油气，实现原位自热式干馏；控制气化区油页岩燃燃范围，在干馏区两侧形成燃空区，在地压和高温作用下，促使干馏区形成丰富的裂隙。

所述气化区和干馏区至少是由两个定向井控制的气化区和一个由垂直井控制、位于两个定向井之间的干馏区组成的最小单元的钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统，多个最小单元组合成规模化生产区，实现大规模生产。

所述定向井控制的气化区至少有两个，布置在干馏区的两侧，单个气化区宽度在10m～30m之间，长度在150～500m之间，定向井距油页岩层底板0.2～3m，并与点火井贯通；在定向井和点火井之间布置若干个辅助气化井，内径为150mm～350mm，间距为40m～90m，井底距油页岩层底部1～5m；点火井内径为150mm～350mm，在点火井底部设置有半径大于500mm，高度2～10m的用以放置点火材料的点火穴。

所述干馏区位于两个定向井之间，宽度为20m～80m；在干馏区到地面设有油气收集井，油气收集井内径在150mm～350mm范围内，井间距在20m～60m之间，井底进入油页岩层顶部向下1～5m。

钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统及其工艺方法，包括上述的钻井式油页岩原位气化干馏制油气系统，两侧气化区同步点火、贯通与气化，生产页岩气，并控制气化区燃烧宽度，形成合理的燃空区范围。

在点火井下放易燃材料和点火器至井底点火穴里，将油页岩层点燃，由点火井鼓入氧气浓度在25～50％的富氧空气，由定向井出气，当在定向井水平段形成火区、温度上升到1000℃以上，出口气体中有效气体组分（H₂+CO+CH₄）大于15％，则点火成功。

逆向火力贯通，扩展气化干馏通道，当出气井底部火区形成以后，改由定向井鼓入气化剂，气化剂为含氧量在25～50％的富氧空气，流量为500～3000Nm³/h，保持气化通道里气体平均流速在2m/s以下，实现逆向引火，使火源逐渐向定向井入油页层点移动，同时扩展定向井的气化通道，由点火井出气收集油气。