一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法

1.本技术属于富油煤开采技术领域，具体涉及一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法。


背景技术：

2.富油煤这种优质资源的开发是提高我国油气产量的重要渠道之一；同时，富油煤资源埋藏浅，构造简单，原位开发难度小于陆相页岩油气，是一笔尚未受到重视的宝贵财富，若能实现富油煤中的“煤基油气资源”原位开发技术突破，将从根本上改变我国石油安全形势，形成有特色的富油煤革命，具有十分重大的战略意义。
3.目前富油煤原位热解开发尚无成熟技术可借鉴，主要难度在于原位热解所需热质难以高效进入储层，针对井工式原位热解技术和钻孔式原位热解技术两种可行的实施方案，加热过程中高效热交换与热对流问题是其必须解决的科学难题。为此必须找到一种有效的煤层预裂技术，创造裂隙，形成复杂缝网，扩大热质对煤层的波及体积，提高传质传热效率，辅助实现富油煤原位热解提油。
4.水力压裂技术是目前储层改造的主流技术，然而，水力压裂技术只能沿储层最小主应力方向破裂并伸展出单向裂缝，难以形成复杂缝网，而且水力压裂不能提高储层基质渗透性，还存在用水量巨大，压裂液严重污染地层，单井产量快速下降后难以再用水力压裂进行二次改造等问题。爆炸压裂、爆燃压裂、氮气压裂、二氧化碳压裂是属于同一性质的单次性动力学岩层强化改造技术，不同的是冲击压力上升速度的快慢和维持的时间。无论那种措施，这几种动力学技术都只能单点、单次加载，仅有10～20％的能量具有对储层的改造作用，而大量的能量对井筒和储层的毁伤大，安全性极差，要增大改造范围，需要冒毁伤井筒和储层的风险。


技术实现要素：

5.本技术实施例通过提供一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，解决了现有技术中的储层改造方式不能形成适用于富油煤热解的裂隙的问题。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，包括以下步骤：
7.根据待作业的富油煤区域布置作业井，所述作业井包括采油井和多个加热井，所述采油井和所述加热井均为竖井，多个所述加热井设置于所述采油井的周向；
8.在所述作业井内安装井筒；将可控冲击波设备下放至所述作业井中设定的作业点处，并在所述采油井内加入示踪剂；
9.向所述作业井内注水，当注水压力加至煤层抗压强度时，停止加压，待压力稳定后开始冲击波作业；
10.冲击波作业后，记录井口压力下降速度，直至井口压力下降到1mpa以下；
11.按照同样的步骤对所述作业井的其他作业点实施冲击波作业；当所述加热井内检
测到所述示踪剂时，根据所述示踪剂的含量判断富油煤的煤层的吸水能力，从而确定冲击波作业是否达到预期效果；
12.所述冲击波作业达到预期效果时，所述采油井和所述加热井通过所述煤层内的裂隙连通；
13.将所述作业井内的水尽量多地抽出，然后在所述作业井内加入高温电解质，所述高温电解质进入所述煤层内的裂隙；
14.将负电极的端部连接于采油井内的高温电解质，将正电极的端部连接于加热井内的高温电解质，然后通过电源向所述负电极和所述正电极通电，通过电流热效应产生的热量传导至所述煤层进行加热，所述富油煤受热裂解产生的混合气体从所述采油井中产出。
15.在一种可能的实现方式中，在所述作业井的井口安装井口四通，使所述井口四通的下端连接于所述作业井的井口，在所述井口四通的上端安装电缆防喷器，在所述井口四通的左端安装压力表，在所述井口四通的右端连接高压注水管线。
16.在一种可能的实现方式中，所述高温电解质包括三元混合硝酸盐。
17.在一种可能的实现方式中，所述井筒为金属材质，所述井筒的侧壁设置有供冲击波通过的孔，相邻两个所述井筒通过螺纹连接，多个所述井筒连接形成导体；
18.所述负电极的端部连接于所述采油井井口处的井筒，所述正电极的端部连接于所述加热井井口处的井筒，所述电源、所述负电极、所述采油井井内的井筒、所述高温电解质、所述加热井井内的井筒、以及所述正电极形成回路。
19.在一种可能的实现方式中，待作业的富油煤区域布置有多组所述作业井，每组所述作业井均包括一个所述采油井和六个所述加热井；
20.多组所述作业井的加热井位于一个虚拟网格的节点处，所述虚拟网格由多个等大的正六边形构成，相邻两个所述正六边形共用一个顶点，所述加热井位于所述正六边形的顶点处，所述采油井位于所述正六边形的中心处；
21.所述正六边形中心的采油井和该正六边形顶点处的加热井为一组作业井，相邻两组作业井共用一个所述加热井。
22.在一种可能的实现方式中，与待作业的富油煤区域边角处的加热井相邻的作业井均为加热井时，将待作业的富油煤区域边角处的加热井更换为采油井。
23.在一种可能的实现方式中，所述正六边形的边长依据所述可控冲击波设备的作用距离设定。
24.在一种可能的实现方式中，所述采油井和所述加热井同时进行冲击波作业。
25.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
26.本发明实施例提供了一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，本发明利用可控冲击波技术在煤层中创造新的裂隙、沟通、扩展原有裂隙后，这些裂隙在井筒水压作用下被支撑和伸展，从而提高煤层的解吸、渗流能力，抑制煤层的再吸附能力。随后高温电解质进入煤层内的裂隙，利用煤层的导电性、以及裂隙中的高温电解质能够直接给煤层加电，把煤层当做负载加电生热加热煤层，从而创造富油煤热解条件。本发明采用可控冲击波复合浪涌式增压注水的作业工艺，将传统的静力学方法与动力学方法相结合，在富油煤作业井中预裂煤层，扩大热质对煤层的波及体积，提高传质传热效率，以达到辅助实现富油煤原位热解的目的。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例提供的可控冲击波设备实施冲击波作业时的状态示意图。
29.图2为本发明实施例提供的对富油煤通电热解时的状态示意图。
30.图3为本发明实施例提供的作业井所在的虚拟网格的结构示意图。
31.图4为本发明实施例提供的采油井和加热井的布置示意图。
32.图5为本发明实施例提供的负载的布置示意图。
33.图6为本发明实施例提供的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法的流程图。
34.附图标记：1-富油煤区域；2-采油井；3-加热井；4-井筒；5-裂隙；6-负电极；7-正电极；8-井口四通；9-可控冲击波设备；10-负载。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
37.如图1至图6所示，本发明实施例提供的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，包括以下步骤：
38.根据待作业的富油煤区域1布置作业井，作业井包括采油井2和多个加热井3，采油井2和加热井3均为竖井，多个加热井3设置于采油井2的周向。
39.在作业井内安装井筒4。将可控冲击波设备9下放至作业井中设定的作业点处，并在采油井2内加入示踪剂。
40.向作业井内注水，当注水压力加至煤层抗压强度时，停止加压，待压力稳定后开始冲击波作业。
41.冲击波作业后，记录井口压力下降速度，直至井口压力下降到1mpa以下。
42.按照同样的步骤对作业井的其他作业点实施冲击波作业。当加热井3内检测到示
踪剂时，根据示踪剂的含量判断富油煤的煤层的吸水能力，从而确定冲击波作业是否达到预期效果。
43.冲击波作业达到预期效果时，采油井2和加热井3通过煤层内的裂隙5连通。
44.将作业井内的水尽量多地抽出，然后在作业井内加入高温电解质，高温电解质进入煤层内的裂隙5。
45.将负电极6的端部连接于采油井2内的高温电解质，将正电极7的端部连接于加热井3内的高温电解质，然后通过电源向负电极6和正电极7通电，通过电流热效应产生的热量传导至煤层进行加热，富油煤受热裂解产生的混合气体从采油井2中产出。
46.需要说明的是，采油井2和加热井3也可为水平井，水平井的水平段的布置方式可与本发明中采油井2和加热井3的布置方式相同。
47.注水压力加至煤层抗压强度能够提高冲击波作业效果，有利于复杂缝网的形成。作业井内的水尽量多地抽出，然后在作业井内加入高温电解质，由于作业井内的水不可能完全抽出，因此水尽量多地抽出水有利于高温电解质的加入。
48.本发明采用的可控冲击波技术是一种可均衡、精准致裂煤层、岩层的新型技术。可针对不同储层的力学特点分时、分点以不同次数、不同强度施加冲击波，在需要改造的储层区域实现精细、均衡改造，解决了传统储层改造方式不能重复加载、改造效率低的技术瓶颈，还具有节能、无污染、操作简便的独特优势。
49.本发明实施例的示踪剂的使用可具体分为两种情况：
50.一是井下流体流动轨迹及精准流量多功能一体化测试技术，该技术作为一种有效的动态监测技术，多参数吸水剖面组合测井可有效评价目标层位孔道、微裂隙5发育以及高渗透层位置。具体实施时，分别在冲击波作业前、第一个点作业后及第二个点作业后，在保持注入压力及注入量的情况下，在井下不同的进水口处喷射示踪剂，示踪剂随着水流动，测试仪器跟踪示踪剂的流动轨迹。通过仪器配有的探测器，跟踪测试示踪剂的流向和流速，经过一系列相关条件的分析计算，可以计算出不同方向水流的流量。通过流体进入地层量的多少，判断地层的吸水能力，再根据地层流体进入量来评价冲击波预裂的效果。
51.二是示踪剂井间监测技术，该技术通过标记注入流体的运动轨迹考察目标井和采油井2的原始裂隙范围。通过井间渗流参数、波及效果评价井间连通状况，反映目标煤层特性信息及措施后裂隙5扩展信息。
52.这两种技术具体使用时的流程如下：第1次井下流体流动轨迹及精准流量多功能一体化测井
→
第1次示踪剂井间监测
→
可控冲击波预裂第一个作业点
→
第2次井下流体流动轨迹及精准流量多功能一体化测井
→
可控冲击波预裂第二个作业点
→
第3次井下流体流动轨迹及精准流量多功能一体化测井
→
第2次示踪剂井间监测。从而准确判断冲击波预裂的效果、裂隙5扩展状态。
53.本发明采用隐现光示踪剂，这种示踪剂具有隐现光性质，易溶于水，不溶于油，没有放射性。因其为浓度很低，溶于注入水稀释后，产出液中的残留也是微乎其微的，对人体和环境没有危害。
54.本发明利用可控冲击波技术在煤层中创造新的裂隙5、沟通、扩展原有裂隙5后，这些裂隙5在井筒4水压作用下被支撑和伸展，从而提高煤层的解吸、渗流能力，抑制煤层的再吸附能力。随后高温电解质进入煤层内的裂隙5，利用煤层的导电性、以及裂隙5中的高温电
解质能够直接给煤层加电，把煤层当做负载10加电生热加热煤层，从而创造富油煤热解条件。本发明采用可控冲击波复合浪涌式增压注水的作业工艺，将传统的静力学方法与动力学方法相结合，在富油煤作业井中预裂煤层，扩大热质对煤层的波及体积，提高传质传热效率，以达到辅助实现富油煤原位热解的目的。
55.富油煤热解时，采油井2和加热井3之间的煤层当做负载10，如图5中的连线所示，负载10实际上是一片区域，图示中为简易表达方式。
56.本发明的方法还可适用于页岩油，页岩层的电阻率较大，冲击波致裂后，向裂隙5中压入高温电解质作为负载10，在两个井中直接向页岩层加电生热。
57.本实施例中，在作业井的井口安装井口四通8，使井口四通8的下端连接于作业井的井口，在井口四通8的上端安装电缆防喷器，在井口四通8的左端安装压力表，在井口四通8的右端连接高压注水管线。
58.需要说明的是，井口四通8为四通管，四通管的管口设置有连接法兰。
59.工程车铠装电缆穿过天轮连接可控冲击波设备9，吊车吊挂天轮，提举天轮至距离井口10m左右，通过在井口将可控冲击波设备9下放井中。使用磁定位测井，寻找目标作业井段，确认第一个设计作业点位，并根据设计作业点位的深度在铠装电缆上做好标记。
60.本实施例中，高温电解质包括三元混合硝酸盐。
61.需要说明的是，三元混合硝酸盐的成分为：53％的kno3、40％的nano2和7％的nano3。高温电解质还可采用二元混合硝酸盐。
62.本实施例中，井筒4为金属材质，井筒4的侧壁设置有供冲击波通过的孔，相邻两个井筒4通过螺纹连接，多个井筒4连接形成导体。
63.负电极6的端部连接于采油井2井口处的井筒4，正电极7的端部连接于加热井3井口处的井筒4，电源、负电极6、采油井2井内的井筒4、高温电解质、加热井3井内的井筒4、以及正电极7形成回路。
64.需要说明的是，本发明直接采用多个井筒4作为连接电极和高温电解质的导体，不仅节省了电缆铺设量，而且井筒4和高温电解质接触面积大，进而能够更好地传导电流。
65.本实施例中，待作业的富油煤区域1布置有多组作业井，每组作业井均包括一个采油井2和六个加热井3。
66.如图3所示，多组作业井的加热井3位于一个虚拟网格的节点处，虚拟网格由多个等大的正六边形构成，相邻两个正六边形共用一个顶点，加热井3位于正六边形的顶点处，采油井2位于正六边形的中心处。
67.正六边形中心的采油井2和该正六边形顶点处的加热井3为一组作业井，相邻两组作业井共用一个加热井3。
68.需要说明的是，如图4所示，采油井2和加热井3均匀布置于待作业的富油煤区域1，采油井2与其相邻的加热井3的距离相等，对于同一片富油煤区域1，冲击波致裂煤层后效果几乎相同，作为负载10的煤层的阻值几乎相同，因此整个过程重复的操作步骤可采用一套标准，从而简化富油煤热解实施步骤，提高热解效率。
69.本实施例中，与待作业的富油煤区域1边角处的加热井3相邻的作业井均为加热井3时，将待作业的富油煤区域1边角处的加热井3更换为采油井2。
70.需要说明的是，如图5所示，将左下角的加热井3更换为采油井2，能够便于对其周
向的富油煤进行热解，从而保证热解的顺利进行。
71.本发明的富油煤区域1以矩形为例，按照本实施例的布局方式超出富油煤区域1的采油井2不予布置。实际应用时富油煤区域1为不规则形状，但采用本发明的布置方式能够很好地布置作业井，并实现均匀布置的目的，从而提高作业效率。
72.本实施例中，作业井布置好后，从最中心的作业井向外依次实施冲击波作业：
73.最中心的一组作业井为第一批冲击波作业井。
74.第一批冲击波作业井外侧的多组作业井为第二批冲击波作业井，第二批冲击波作业井的多组作业井按照顺时针依次施工。
75.按照同样的方法向外侧对其他组作业井实施冲击波作业，其中，每组作业井先对采油井2实施冲击波作业，然后按照顺时针依次对多个加热井3实施冲击波作业。
76.需要说明的是，按照以下顺序实施冲击波作业：第一批冲击波作业井、第二批冲击波作业井、第三批冲击波作业井、.......。这样的施工顺序便于流体流动轨迹及精准流量多功能一体化测井和示踪剂井间监测的进行。
77.本实施例中，相邻两个采油井2加入不同的示踪剂。
78.需要说明的是，这样子的设置能够避免已作业的加热井3内的示踪剂影响下一批且相邻的加热井3的顺利进行。
79.本实施例中，正六边形的边长依据可控冲击波设备9的作用距离设定。
80.需要说明的是，可控冲击波设备9的作用距离即为裂缝扩展距离，从而保证裂缝能够将采油井2和加热井3连通。
81.本实施例中，采油井2和加热井3同时进行冲击波作业。
82.需要说明的是，设备数量足够的情况下，同时进行冲击波作业效果更好。
83.本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：
1.一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于，包括以下步骤：根据待作业的富油煤区域(1)布置作业井，所述作业井包括采油井(2)和多个加热井(3)，所述采油井(2)和所述加热井(3)均为竖井，多个所述加热井(3)设置于所述采油井(2)的周向；在所述作业井内安装井筒(4)；将可控冲击波设备(9)下放至所述作业井中设定的作业点处，并在所述采油井(2)内加入示踪剂；向所述作业井内注水，当注水压力加至煤层抗压强度时，停止加压，待压力稳定后开始冲击波作业；冲击波作业后，记录井口压力下降速度，直至井口压力下降到1mpa以下；按照同样的步骤对所述作业井的其他作业点实施冲击波作业；当所述加热井(3)内检测到所述示踪剂时，根据所述示踪剂的含量判断富油煤的煤层的吸水能力，从而确定冲击波作业是否达到预期效果；所述冲击波作业达到预期效果时，所述采油井(2)和所述加热井(3)通过所述煤层内的裂隙(5)连通；将所述作业井内的水尽量多地抽出，然后在所述作业井内加入高温电解质，所述高温电解质进入所述煤层内的裂隙(5)；将负电极(6)的端部连接于采油井(2)内的高温电解质，将正电极(7)的端部连接于加热井(3)内的高温电解质，然后通过电源向所述负电极(6)和所述正电极(7)通电，通过电流热效应产生的热量传导至所述煤层进行加热，所述富油煤受热裂解产生的混合气体从所述采油井(2)中产出。2.根据权利要求1所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：在所述作业井的井口安装井口四通(8)，使所述井口四通(8)的下端连接于所述作业井的井口，在所述井口四通(8)的上端安装电缆防喷器，在所述井口四通(8)的左端安装压力表，在所述井口四通(8)的右端连接高压注水管线。3.根据权利要求1所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：所述高温电解质包括三元混合硝酸盐。4.根据权利要求1所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：所述井筒(4)为金属材质，所述井筒(4)的侧壁设置有供冲击波通过的孔，相邻两个所述井筒(4)通过螺纹连接，多个所述井筒(4)连接形成导体；所述负电极(6)的端部连接于所述采油井(2)井口处的井筒(4)，所述正电极(7)的端部连接于所述加热井(3)井口处的井筒(4)，所述电源、所述负电极(6)、所述采油井(2)井内的井筒(4)、所述高温电解质、所述加热井(3)井内的井筒(4)、以及所述正电极(7)形成回路。5.根据权利要求1所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：待作业的富油煤区域(1)布置有多组所述作业井，每组所述作业井均包括一个所述采油井(2)和六个所述加热井(3)；多组所述作业井的加热井(3)位于一个虚拟网格的节点处，所述虚拟网格由多个等大的正六边形构成，相邻两个所述正六边形共用一个顶点，所述加热井(3)位于所述正六边形的顶点处，所述采油井(2)位于所述正六边形的中心处；
所述正六边形中心的采油井(2)和该正六边形顶点处的加热井(3)为一组作业井，相邻两组作业井共用一个所述加热井(3)。6.根据权利要求5所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：与待作业的富油煤区域(1)边角处的加热井(3)相邻的作业井均为加热井(3)时，将待作业的富油煤区域(1)边角处的加热井(3)更换为采油井(2)。7.根据权利要求5所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：所述正六边形的边长依据所述可控冲击波设备(9)的作用距离设定。8.根据权利要求1所述的基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，其特征在于：所述采油井(2)和所述加热井(3)同时进行冲击波作业。

技术总结
本申请公开了一种基于可控冲击波致裂技术的富油煤原位地下热解方法，包括以下步骤：根据待作业的富油煤区域布置作业井，作业井包括采油井和多个加热井；在作业井内安装井筒；将可控冲击波设备下放至作业井中，并在采油井内加入示踪剂；向作业井内注水，待压力稳定后开始冲击波作业；冲击波作业达到预期效果时，采油井和加热井通过煤层内的裂隙连通；在作业井内加入高温电解质，高温电解质进入煤层内的裂隙；将负电极的端部、正电极的端部分别连接于采油井内的高温电解质、加热井内的高温电解质，然后通电，通过电流热效应产生的热量传导至煤层进行加热。本申请解决了现有技术中的储层改造方式不能形成适用于富油煤热解的裂隙的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：杨甫 张永民 段中会 赵有志 王振东 马丽 刘美娟
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/7/7