[發明專利]利用深層地熱資源熱采頁巖氣方法及系統

在審

• 申請號: 201710195765.9
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107044275A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 孫致學;朱旭晨;孫治雷;姚軍;張旭;劉熙遠;呂抒桓;蔡明玉;李維娜;辛瑩;周昊天;黃勇;王通;葛成紅;徐進杰;姜傳胤
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B43/24
• 分類號: E21B43/24;E21B43/30;F24J3/08
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙)51238
• 代理人: 黎志紅

技術領域

本發明涉及利用深部地熱資源熱采頁巖氣技術，尤其是一種降低能耗、促進吸附氣解吸、提高采出度和降低開采成本的利用深層地熱資源熱采頁巖氣方法及系統。

背景技術

非常規油氣資源是一種新資源類型，主要包頁巖氣、頁巖油、致密砂巖氣、煤層氣等。其中，頁巖氣為自生自儲，在頁巖微納米級孔隙中連續聚集的天然氣。頁巖氣是美國勘探開發最早和最成功的天然氣類型之一。美國能源情報署（U.S. Energy Information Administration, EIA）的2013年年度能源展望報告中指出，美國國內天然氣產量預計從2011年的23.0×1012 ft3增加到2040年33.1×1012 ft3，增加幅度為44％。其中，增長部分主要來自于頁巖氣產量增長，頁巖氣年產量預計從2011年的7.8×1012 ft3增長到2040年的16.7×1012 ft3。

全國性頁巖氣資源調查表明，在四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、吐哈盆地、江漢盆地、塔里木盆地、準噶爾盆地等均有頁巖氣蘊藏的地質條件，發現了典型頁巖層中局部的天然氣富集。我國主要盆地和地區頁巖氣資源量約為15×1012 m3~30×1012 m3，與美國28.3×1012 m3大致相當，開發潛力巨大。由于非常規油氣資源儲層地質結構復雜，已掌握的地質勘探開發理論和常規油氣開發技術不能完全適用于非常規油氣資源，目前雖然非常規油氣資源儲量非常巨大，但它的開發處于起始階段。北美地區經過多年的研究和開發實踐，在頁巖氣形成機理、富集條件等方面已形成重要認識和技術。

頁巖氣藏中氣體的賦存與常規油氣藏不同。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和粘土顆粒表面；二是以自由氣的形式存在于巖石基質孔隙和裂縫中；第三種是以少量氣體溶解狀態存在于干酪根、瀝青等物質中。

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量的關鍵。常規的降壓解吸開采頁巖氣產量低、生產周期長。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量的一個重要途徑。常規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。

目前頁巖氣開采可采用直井和水平井，但以水平井為主。頁巖儲層需要壓裂改造才能獲得商業產量，多級水力壓裂、重復壓裂等儲層改造技術是目前提升頁巖氣單井產量的主要技術。

綜上所述，現有技術的頁巖氣熱采方法及裝置存在的技術問題是：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，開采成本高等。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用深部地熱資源降低能耗、促進吸附氣解吸、提高采出度和降低開采成本的利用深層地熱資源熱采頁巖氣方法。

為實現上述目的而采用的技術方案是這樣的，即一種利用深層地熱資源熱采頁巖氣方法，包括如下步驟：

第一步、井網布置，在生產區域內利用鉆井設備，根據生產設計井眼的軌道以及生產設計井眼的軌跡參數利用地質導向鉆井技術鉆井形成水平井，在水平井中下入套管并注入水泥進行固井，之后在水平井段射孔完井，最后進行水平井的水平井段處多級壓裂；采用排狀井網，該排狀井網分為兩排，該兩排井網分別位于水平井的兩側，每排井網布置四口埋藏井，所有埋藏井的結構相同；

第二步、埋藏井鉆井，采用鉆井設備依次鉆穿過覆巖層、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行固井，分別在頁巖氣儲層和干熱巖層的井段進行射孔完井，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腔連通；

第三步、安裝熱采裝置，將內腔中裝有工質的重力熱管裝置下入至套管內腔下部，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腔段和/或重力熱管裝置與干熱巖層之間位置處的套管內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備連通，控制油管起下作業，將重力熱管裝置下放至目的層位；