本發(fā)明涉及頁巖氣開發(fā)技術(shù)，尤其是一種降低能耗、促進(jìn)吸附氣解吸、提高采出度和降低開采成本的頁巖氣熱采方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

頁巖氣是指賦存于以富有基質(zhì)頁巖為主的儲集巖系中的非常規(guī)天然氣。據(jù)預(yù)測，世界頁巖氣資源量為456.24×10¹²m³，主要分布于北美、中亞和東亞的中國、中東和北非、拉丁美洲以及歐洲的前蘇聯(lián)等地區(qū)，其中，北美的頁巖氣儲量為108.79×10¹²m³，占總資源量的23.84%。中國南方海相頁巖地層是頁巖氣的主要富集地區(qū)，此外，松遼、鄂爾多斯、吐哈、準(zhǔn)格爾等陸相沉積盆地頁巖地層也具有頁巖氣富集的基礎(chǔ)和條件。中國頁巖氣技術(shù)可采資源量估算為26×10¹²m³。

頁巖氣藏中氣體的賦存與常規(guī)油氣藏不同。在頁巖氣藏中，天然氣的賦存形式有如下三種：

一是以吸附氣的形式吸附在有機質(zhì)和粘土顆粒表面；

二是以自由氣的形式存在于巖石基質(zhì)孔隙和裂縫中；

另外還有很少一部分氣體以溶解狀態(tài)存在于干酪根、瀝青等物質(zhì)中。

一般頁巖中吸附氣含量占總含氣量20%~85%，因此增加頁巖氣解吸速度是提高頁巖氣產(chǎn)量的關(guān)鍵。常規(guī)的降壓解吸開采頁巖氣產(chǎn)量低、生產(chǎn)周期長。另外，地層壓力降低有一定的限制，很大一部分吸附氣不能解吸，降低了頁巖氣的采出程度。溫度是影響頁巖氣吸附的一個重要因素，溫度每升高1℃，頁巖氣吸附量降低約1.5%。通過升高地層溫度來提高頁巖氣解吸速度是提高頁巖氣產(chǎn)量的一個重要途徑。常規(guī)的加熱方式需要注入熱流體提高地層溫度，但是由于頁巖極低的滲透率，熱流體的注入非常困難。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的頁巖氣熱采方法及裝置存在的技術(shù)問題是：采出程度低，需要注入熱流體，熱流體需要外部輔助加熱，能耗高，受地層壓力降低限制，很大一部分吸附氣不能解吸；開采成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種降低能耗、促進(jìn)吸附氣解吸、提高采出度和降低開采成本的頁巖氣熱采方法。

為實現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種頁巖氣熱采方法，包括如下步驟：

第一步、鉆井準(zhǔn)備，采用鉆井設(shè)備依次鉆穿頁巖氣儲層和位于頁巖氣儲層下方的干熱巖層，在鉆孔中下入套管并注入水泥進(jìn)行固井，分別在頁巖氣儲層和干熱巖層的井段進(jìn)行射孔完井，位于頁巖氣儲層井段位置處的射孔將頁巖氣儲層與套管的內(nèi)腔連通，位于干熱巖層井段位置處的射孔將干熱巖層與套管的內(nèi)腔連通；

第二步、安裝熱采裝置，將內(nèi)腔中裝有工質(zhì)的重力熱管裝置下入至套管內(nèi)腔下部，該重力熱管裝置位于套管底端與頁巖氣儲層頂端之間的套管內(nèi)腔段位置處，在將重力熱管裝置的頂端固定在油管底部，重力熱管裝置與頁巖氣儲層之間位置處的套管內(nèi)腔段和/或重力熱管裝置與干熱巖層之間位置處的套管內(nèi)腔段的重力熱管裝置外壁套裝有封隔器；所述油管的頂部伸出套管的頂端后與地面控制設(shè)備連接，控制油管起下作業(yè)，將重力熱管裝置下放至目的層位；

第三步、頁巖氣熱采，干熱巖層將高溫傳給重力熱管裝置的下部，加熱重力熱管裝置下端，重力熱管裝置內(nèi)腔底部的工質(zhì)吸熱由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)工質(zhì)上升到重力熱管裝置內(nèi)腔頂部釋放熱量后重新形成液相并沿所述重力熱管裝置內(nèi)腔的內(nèi)壁向下流動回到重力熱管裝置內(nèi)腔底部，以再次吸熱，進(jìn)行下一次的循環(huán)相變，同時將熱量向上傳遞到位于頁巖氣儲層位置處的套管內(nèi)腔段內(nèi)，并對頁巖氣儲層進(jìn)行加熱，使頁巖氣儲層解吸產(chǎn)生天然氣；隨著解吸氣的增多，頁巖氣儲層內(nèi)的壓力增加，當(dāng)壓力增加到某一個值后通過頁巖氣儲層位置處的射孔自噴到套管口，實現(xiàn)頁巖氣的開采。

本發(fā)明由于上述結(jié)構(gòu)而具有的優(yōu)點是：地球物理勘探表明，由于地溫梯度或者地層深處巖漿的活動，在頁巖氣儲層的下部普遍發(fā)育高溫高壓水層或者干熱巖層等溫度較高的儲層。本方法有效地利用了下部干熱巖層作為熱量來源，大幅度降低了能耗，促進(jìn)了頁巖氣儲層吸附氣解吸、提高了采出度和降低了開采成本。

本發(fā)明的又一目的是提供一種降低能耗、促進(jìn)吸附氣解吸、提高采出度和降低開采成本的頁巖氣熱采系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種頁巖氣熱采系統(tǒng)，包括底端依次穿過海水層、頁巖氣儲層后穿入干熱巖層中的鉆孔，固定在鉆孔中的套管，該套管的頂端穿出海水層的海平面，在套管的頂部設(shè)置有出氣口，該出氣口與輸氣管連通；其中：位于頁巖氣儲層位置處的套管的管段上和干熱巖層位置處的套管的管段上均設(shè)置有射孔，該射孔將套管的內(nèi)腔與頁巖氣儲層和干熱巖層連通；

位于頁巖氣儲層位置處的套管的內(nèi)腔管段處和/或干熱巖層位置處的套管的內(nèi)腔管段處固定有封隔器，穿過封隔器的重力熱管裝置的頂端固定在油管的底部，該油管穿出套管的頂部端口；所述重力熱管裝置內(nèi)裝有受熱氣化的工質(zhì)，重力熱管裝置的頂部位于頁巖氣儲層位置處的套管的內(nèi)腔管段處，重力熱管裝置的底部位于干熱巖層位置處的套管的內(nèi)腔管段處。

本發(fā)明由于上述結(jié)構(gòu)而具有的優(yōu)點是：有效地利用了下部干熱巖層作為熱量來源，大幅度降低了能耗，促進(jìn)了頁巖氣儲層吸附氣解吸、提高了采出度和降低了開采成本。

附圖說明

本發(fā)明可以通過附圖給出的非限定性實施例進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明重力熱管單元處的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

一種頁巖氣熱采方法，其特征在于；包括如下步驟：

第一步、鉆井準(zhǔn)備，采用鉆井設(shè)備依次鉆穿頁巖氣儲層和位于頁巖氣儲層下方的干熱巖層，在鉆孔中下入套管并注入水泥進(jìn)行固井，分別在頁巖氣儲層和干熱巖層的井段進(jìn)行射孔完井，位于頁巖氣儲層井段位置處的射孔將頁巖氣儲層與套管的內(nèi)腔連通，位于干熱巖層井段位置處的射孔將干熱巖層與套管的內(nèi)腔連通；

第二步、安裝熱采裝置，將內(nèi)腔中裝有工質(zhì)的重力熱管裝置下入至套管內(nèi)腔下部，該重力熱管裝置位于套管底端與頁巖氣儲層頂端之間的套管內(nèi)腔段位置處，在將重力熱管裝置的頂端固定在油管底部，重力熱管裝置與頁巖氣儲層之間位置處的套管內(nèi)腔段和/或重力熱管裝置與干熱巖層之間位置處的套管內(nèi)腔段的重力熱管裝置外壁套裝有封隔器；所述油管的頂部伸出套管的頂端后與地面控制設(shè)備連接，控制油管起下作業(yè)，將重力熱管裝置下放至目的層位；

第三步、頁巖氣熱采，干熱巖層將高溫傳給重力熱管裝置的下部，加熱重力熱管裝置下端，重力熱管裝置內(nèi)腔底部的工質(zhì)吸熱由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)工質(zhì)上升到重力熱管裝置內(nèi)腔頂部釋放熱量后重新形成液相并沿所述重力熱管裝置內(nèi)腔的內(nèi)壁向下流動回到重力熱管裝置內(nèi)腔底部，以再次吸熱，進(jìn)行下一次的循環(huán)相變，同時將熱量向上傳遞到位于頁巖氣儲層位置處的套管內(nèi)腔段內(nèi)，并對頁巖氣儲層進(jìn)行加熱，使頁巖氣儲層解吸產(chǎn)生天然氣；隨著解吸氣的增多，頁巖氣儲層內(nèi)的壓力增加，當(dāng)壓力增加到某一個值后通過頁巖氣儲層位置處的射孔自噴到套管口，實現(xiàn)頁巖氣的開采。在該實施例中，通過利用干熱巖層的熱量，讓工質(zhì)在重力熱管裝置的下部吸熱并在重力熱管裝置的內(nèi)腔中氣化上升，將熱量帶入重力熱管裝置的內(nèi)腔上部進(jìn)行放熱，實現(xiàn)干熱巖層對頁巖氣儲層加熱，讓頁巖氣充分從頁巖氣儲層中解吸，無外部熱能加入，降低了能耗，促進(jìn)了頁巖氣儲層吸附氣解吸、提高了采出度和降低了開采成本。

為進(jìn)一步提高采出度，充分利用干熱巖層的熱量，上述實施例中，優(yōu)選地：所述工質(zhì)采用水、甲醇、丙酮或氟利昂中的一種或幾種；當(dāng)采用所述工質(zhì)中的幾種時，重力熱管裝置內(nèi)就有對應(yīng)的幾個相互獨立封閉的內(nèi)腔，該幾個相互獨立封閉的內(nèi)腔從上往下布置；每一個獨立封閉的內(nèi)腔中工作時從下往上一次形成有冷凝內(nèi)腔段、絕熱內(nèi)腔段和蒸發(fā)內(nèi)腔段。

為更進(jìn)一步提高采出度，充分利用干熱巖層的熱量，上述實施例中，優(yōu)選地：所述幾個相互獨立封閉的內(nèi)腔中對應(yīng)內(nèi)裝的工質(zhì)的沸點從下往上逐漸降低。

參見附圖1和2，一種頁巖氣熱采系統(tǒng)，包括底端依次穿過海水層3、頁巖氣儲層5后穿入干熱巖層9中的鉆孔，固定在鉆孔中的套管4，該套管4的頂端穿出海水層3的海平面1，在套管4的頂部設(shè)置有出氣口，該出氣口與輸氣管連通；其中：位于頁巖氣儲層5位置處的套管4的管段上和干熱巖層9位置處的套管4的管段上均設(shè)置有射孔11，該射孔11將套管4的內(nèi)腔與頁巖氣儲層5和干熱巖層9連通；

位于頁巖氣儲層5位置處的套管4的內(nèi)腔管段處和/或干熱巖層9位置處的套管4的內(nèi)腔管段處固定有封隔器10，穿過封隔器10的重力熱管裝置6的頂端固定在油管2的底部，該油管2穿出套管4的頂部端口；所述重力熱管裝置6內(nèi)裝有受熱氣化的工質(zhì)14，重力熱管裝置6的頂部位于頁巖氣儲層5位置處的套管4的內(nèi)腔管段處，重力熱管裝置6的底部位于干熱巖層9位置處的套管4的內(nèi)腔管段處。在該實施例中，通過利用干熱巖層的熱量，讓工質(zhì)在重力熱管裝置的下部吸熱并在重力熱管裝置的內(nèi)腔中氣化上升，將熱量帶入重力熱管裝置的內(nèi)腔上部進(jìn)行放熱，實現(xiàn)干熱巖層對頁巖氣儲層加熱，讓頁巖氣充分從頁巖氣儲層中解吸，無外部熱能加入，降低了能耗，促進(jìn)了頁巖氣儲層吸附氣解吸、提高了采出度和降低了開采成本。

為進(jìn)一步提高采出度，充分利用干熱巖層的熱量，降低重力熱管裝置6的制作難度，上述實施例中，優(yōu)選地：所述重力熱管裝置6包括至少兩套重力熱管單元7，通過連接頭8將相鄰兩套重力熱管單元7的首尾固接為一體；

所述重力熱管單元7又包括導(dǎo)熱管，通過密封堵頭12將所述導(dǎo)熱管的兩端密封，使導(dǎo)熱管的內(nèi)腔形成重力熱管封閉腔13，工質(zhì)14位于重力熱管封閉腔13的下部，所述重力熱管封閉腔13由上至下依次分為冷凝段15、絕熱段16和蒸發(fā)段17。

為更進(jìn)一步提高采出度，充分利用干熱巖層的熱量，上述實施例中，優(yōu)選地：重力熱管單元7為多套時，由下至上依次位于各重力熱管單元7的重力熱管封閉腔13中工質(zhì)的沸點逐漸降低，同一重力熱管單元7的重力熱管封閉腔13中工質(zhì)的沸點相同。

上述實施例中，封隔器10為市場銷售產(chǎn)品。附圖2中，導(dǎo)熱管外下方箭頭表示吸熱方向，導(dǎo)熱管外上方箭頭表示放熱方向；導(dǎo)熱管內(nèi)箭頭表示工質(zhì)14的循環(huán)流向。

顯然，上述所有實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明所述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范疇。

綜上所述，由于上述方法和結(jié)構(gòu)，有效地利用了下部干熱巖層作為熱量來源，大幅度降低了能耗，促進(jìn)了頁巖氣儲層吸附氣解吸、提高了采出度和降低了開采成本。