一种有机质热解转化和重烃改性的方法

1.本发明涉及页岩油原位转化技术领域，尤其涉及一种有机质热解 转化和重烃改性的方法。


背景技术：

2.页岩油是一种重要的石油补充和替代能源。
3.目前页岩油的生产主要有两种方法：第一种是对中高成熟度页岩 油储层直接压裂并抽取油气，第二种是对富含有机质的储层进行有机 质的热解及重烃改性以产生页岩油、页岩气并抽取。针对第二种情况， 目前有机质热解转化和重烃改性技术存在转化时间长，加热升温时间 长效率低，技术经济性差；有机质热解产生的大量孔隙和裂隙在原地 条件下将最初致密的油页岩转变为渗透性地层，地下水的渗入会造成 地下水源的污染；随着转化油气的产出，储层孔隙率大幅度增加，地 层稳定性降低等问题。因此，设计一种高效经济且对环境不产生影响 的有机质热解转化和重烃改性方法是关键。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题在于提供一种有机质热解转化和重烃改 性的方法，该方法既可增加地层稳定性，环保性又好。
5.有鉴于此，本技术提供了一种有机质热解转化和重烃改性的方 法，包括以下步骤：
6.a)将氧化钙粉末和压裂液混合，得到混合压裂液；
7.b)在有机质储层中注入混合压裂液，反应，得到页岩油气。
8.优选的，所述氧化钙粉末与所述压裂液的体积比为1：(1.5～5)。
9.优选的，所述氧化钙粉末是由含黏土矿物大于8％的泥灰质石灰 石经900～1250℃煅烧后细磨得到。
10.优选的，所述氧化钙粉末的粒径为1～100μm。
11.优选的，所述反应的过程具体为：
12.所述氧化钙粉末与有机质储层中的水反应，得到氢氧化钙并产生 热量；所述储层中的有机质在所述热量的作用下生成页岩油气。
13.优选的，所述注入混合压裂液的过程具体为：
14.将所述混合压裂液通过混砂车排出泵输送至压裂车液力端；
15.压裂泵车混合压裂液增压排出至高压管线，再依次经过压裂井口
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井筒输送至地层。
16.优选的，所述注入混合压裂液之前还包括：
17.对有机质储层进行压裂。
18.本技术提供了一种有机质热解转化和重烃改性的方法，其首先将 氧化钙粉末和压裂液混合，再在有机质储层中注入上述得到的混合压 裂液，反应，即得到页岩油气。在上
述过程中，氧化钙与储层中的水 反应释放的热量来提供有机质热解转化和重烃热解所需的能量，且反 应得到的氢氧化钙还可以填充有机质和重烃热解产生的孔隙，既增加 了地层稳定性又防止了地下水渗入造成地下水源的污染。
附图说明
19.图1为本发明有机质热解转化和重烃改性的方法原理示意图；
20.图2为油页岩热解装置示意图；
21.图3为油页岩热解过程示意图；
22.图4为高压氧化钙水解反应装置；
23.图5为不同压力条件下氧化钙水解反应温度变化曲线图。
具体实施方式
24.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案 进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征 和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
25.地层中的干酪根等有机质及重烃通过加热的方式可有效的转化 为页岩油气，在300℃以上热解温度条件下可发生转化，转化效率随 着热解时间的增加而升高，经过热解转化后的有机质储层产生大量孔 隙和裂隙，将最初致密的储层转变为渗透性地层，增加了储层的渗透 性。在进行本技术有机质热解转化和重烃改性之前，需要先确定油页 岩具体热解的温度，因此，为了确定新疆油页岩具体热解生烃时间进 行了以下装置设置(如图2所示)，通过流程如图3所示，由此可以确 定在温度达到300℃时，油页岩中的有机质开始裂解产生黄色油状物 质。为研究地应力条件对氧化钙水解反应温度的影响，研发了高压氧 化钙水解反应装置(如图4)，该装置由气体增压泵向高压釜内输送氮 气以增加反应釜内压力，高压釜内设置有温度探头可对釜内温度进行 实时监测；生成的气态物质可由气液分离罐收集；高压釜容积为 100ml，通过气体增压泵向高压釜输送气体调节釜内压力分别为2、4、 6、8、10、12、14、16、18mpa，釜内放入0.8mol氧化钙与0.8mol 的蒸馏水充分反应(物质的量为1：1，氧化钙质量约45克)并测其 温度变化。通过实验结果分析发现，氧化钙水化反应能达到的最高温 度随压力的增加而升高，其中初始反应温度为50℃时(约地下埋深 2000m的温度)在16mpa压力下能达到331.6℃(如图5)，提高氧化 钙的物质量，最高温度及持时可大幅增加。
26.鉴于此，本技术提供了一种有机质热解转化和重烃改性的方法， 其利用氧化钙与水释放的热量和得到的产物，实现了有机质热解转化 和重烃改性，具体原理如图1所示，由此得到了页岩油气。
27.具体的，本技术提供了一种有机质热解转化和重烃改性的方法， 包括以下步骤：
28.a)将氧化钙粉末和压裂液混合，得到混合压裂液；
29.b)在有机质储层中注入混合压裂液，反应，得到页岩油气。
30.在上述过程中，所述氧化钙粉末是由含黏土矿物大于8％的泥灰 质石灰石经900～1250℃煅烧后磨细而得，具有水硬性，其粒径具体为 100μm。所述氧化钙粉末与所述压裂液的体积比为1：(1.5～5)。所述 压裂液为本领域技术人员熟知的压裂液，对其来源本技术
没有特别的 限制。
31.在本技术中，对于不含水地层可以直接注入氧化钙粉末，对于含 水地层来说氧化钙表面可以包覆材料形成复合粉体，复合粉体可在一 定时间内阻碍其中的氧化钙粉末与水反应，然后通过钻井工程中常规 的压裂等注液手段即可顺利将氧化钙注入地层。所述压裂技术是本领 域常规的技术，其是利用地面高压泵，通过井筒向地层挤注具有较高 粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过地层的吸收能力时，则在井 底地层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近地层岩石的破裂 压力时，地层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向地层挤注压 裂液，裂缝就会继续向地层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开 状态，接着向地层挤入带有支撑剂(通常石英砂)的携砂液，携砂液 进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑 已经压开的裂缝，使其不至于闭合。
32.在所述氧化钙粉末进入有机质储层后，则与地下水或注入水反 应，氧化钙与水反应是放热反应，其放出的热量可为干酪根等有机质 及重烃的热解提供能量，氧化钙与水反应生成的氢氧化钙又可以填充 储层因有机质热解产生的孔隙和裂隙；因此，氧化钙带入地层，氧化 钙与水反应生成氢氧化钙，放出热量，其热化学方程式为：
33.cao(s) h2o(l)＝ca(oh)2(s)
34.通过对地层压裂的方式注入氧化钙，利用该反应放出的热量，可 有效提供储层中干酪根等有机质及重烃热解所需要的能量，从而促进 干酪根等有机质生成油气。例如ⅰ型干酪根热解所需要的活化能约为 292.90kj/mol的能量，大约是4.51mol氧化钙与水反应释放的热量。 氧化钙与水反应后生成的氢氧化钙具有一定的强度，其充填地层可避 免因有机质转化及油气的产出导致储层孔隙率大幅度增加出现地层失 稳和地下水渗入污染等问题。
35.本技术中，氧化钙粉末注入有机质储层的过程具体为：
36.1)氧化钙粉末通过混砂车绞龙按照设定比例输送至混砂槽，与 压裂液搅拌混合；
37.2)混有氧化钙粉末的压裂液通过混砂车排出泵输送给压裂车液 力端；
38.3)压裂泵车将混有氧化钙粉末的压裂液增加排出至高压管线；
39.4)混有氧化钙粉末的压裂液经高压管线-压裂井口-井筒输送至地 层。
40.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的有机质 热解转化和重烃改性的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以 下实施例的限制。
41.实施例
42.对有机质储层进行压裂；
43.将体积比为1：(1.5～5)的氧化钙粉末通过混砂车绞龙输送至混 砂槽，与压裂液搅拌混合；
44.将混有氧化钙粉末的压裂液通过混砂车排出泵输送给压裂车液 力端，压裂泵车将混有氧化钙粉末的压裂液增压排出至高压管线，再 经压裂井口-井筒输送至地层，与有机质储层中的水反应，释放的热量 提高地层温度，促进储层中干酪根有机质的热解及重烃转化为页岩油 气。
45.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思 想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发 明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和 修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
46.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现 或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新 颖特点相一致的最宽的范围。