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一种用于 油 页岩地下原位开采的体系封闭方法

阅读：1009发布：2020-07-19

专利汇可以提供一种用于油页岩地下原位开采的体系封闭方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于油页岩地下原位开采的体系封闭方法，本发明所涉及的封闭体系是由顶板隔热封闭层、底板隔热封闭层和水平开采区域封闭帷幕组成；本发明包括以下步骤：一、在油页岩层底板处设置底板隔热封闭层，覆盖油页岩原位开采区域，与水平开采区域封闭帷幕连接成为整体；二、在油页岩顶层板处设置顶板隔热封闭层，覆盖油页岩原位开采区域，设置顶板隔热封闭层采用劈裂注浆的方法，使各注浆孔中浆液相互串径。三、水平开采区域封闭帷幕是连续且密闭的，采用渗透注浆的方法，穿过开采油页岩层底板，到达透水性差的底部岩层；本发明为油页岩地下原位开采提供了一个密闭的加热区域，用于阻绝开采区域纵向地下水进入、热量散失以及水平方向地下水进入和油气及副产品流出。，下面是一种用于油页岩地下原位开采的体系封闭方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于油页岩地下原位开采的体系封闭方法，本方法所涉及的封闭体系是由顶板隔热封闭层、底板隔热封闭层和水平开采区域封闭帷幕组成；其特征在于：包括以下步骤：
一、在油页岩层(1)底板处设置底板隔热封闭层，覆盖油页岩原位开采区域，与水平开采区域封闭帷幕连接成为整体；
用于底板隔热封闭层的劈裂注浆方法，是在地面钻一系列梅花形布置的劈裂注浆孔(6)，相邻劈裂注浆孔(6)的注浆浆液相互串径，孔深到达油页岩层(1)底板；
注浆孔(6)穿过油页岩层(1)底板，采用前进式的注浆方式，在油页岩底板进行注浆，浆液在压力大于油页岩原位垂直于层理方向的拉应力作用下，劈开油页岩层，浆液的劈裂路线呈纵横交错的脉状网络，各注浆孔中浆液相互串径，形成底板隔热封闭层；
二、在油页岩顶层板处设置顶板隔热封闭层，覆盖油页岩原位开采区域，设置顶板隔热封闭层采用劈裂注浆的方法，使各注浆孔中浆液相互串径；
用于顶板隔热封闭层的劈裂注浆方法，是在地面钻一系列梅花形布置的劈裂注浆孔(6)，相邻劈裂注浆孔(6)的注浆浆液相互串径，孔深到达油页岩层(1)顶板；
注浆孔(6)穿过油页岩层(1)顶板，采用前进式的注浆方式，在油页岩顶板进行注浆，浆液在压力大于油页岩原位垂直于层理方向的拉应力作用下，劈开油页岩层，浆液的劈裂路线呈纵横交错的脉状网络，各注浆孔中浆液相互串径，形成顶板隔热封闭层；
在劈裂注浆孔(6)中灌入封闭泥浆即劈裂注浆浆液(13)，插入单向阀管(11)到油页岩层顶板，待劈裂注浆浆液(13)凝固在单向阀管(11)中，再插入注浆芯管(12)到单向阀管中，进行注浆；当浆液压力大于油页岩原位垂直层理方向拉应力时，浆液劈开油页岩层(1)并进入裂隙中，形成顶板隔热封闭层(7)；
三、水平开采区域封闭帷幕是连续且密闭的，采用渗透注浆的方法，穿过开采油页岩层底板，到达透水性差的底部岩层；
用于水平开采区域封闭帷幕施工的渗透注浆方法，是在地面钻一系列单排注浆孔(6)，注浆孔(6)深度达到油页岩层底板处，注浆孔(6)间距应满足相邻孔的浆液扩散范围重叠，最终可以形成连续且密闭的水平开采区域封闭帷幕；对单孔进行注浆时，应采用自下而上分段注浆的方式，从油页岩底板开始，利用止浆栓塞(16)，进行分段注浆。

说明书全文

一种用于油 页岩地下原位开采的体系封闭方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种地下原位体系封闭方法，特别涉及一种用于油页岩地下原位开采的体系封闭方法。

背景技术

[0002] 油页岩原位开采技术是继油页岩干馏之后的一种新型油页岩开采方式，它通过钻孔和水力压裂等方式，在地下油页岩岩层中形成加热通道，热源进入加热通道后对油页岩进行加热干馏，生成的油气混合产物经开采井导出至地表进行分离处理。相比较油页岩干馏技术，油页岩原位开采技术具有地面设备少，占地面积小，生产过程中污染小等显著优点。

[0003] 油页岩原位开采需要在地下形成一个主要包括油页岩加热通道和油页岩层裂缝的封闭的开采空间。这样一个封闭的开采空间，有利于控制油页岩原位开采的范围，避免原位开采过程中对外部地层产生油气泄露等不利影响。在这样一个高温的开采空间里，尤其要注意地下水和温度扩散对开采产生的影响。一方面，如果开采空间内有水或不进行开采空间的保温工作，由于水大比热的特点，很大一部分热量将被水吸收，开采空间内无法达到理想温度，影响油页岩开采效率。另一方面，如果开采空间内有水，即使产生了油气，油气也会携带大量水蒸气返至地表，给油气水分离工作带来难度的同时，也大大降低了油气的回收效率。如果开采空间与地下水通道相连接，开采过程中产生的污染物会进入地下含水层，污染地下水。因此，为油页岩的开采区域提供封闭空间显得尤为重要。

[0004] 壳牌公司的地下原位开采工艺(ICP)提出了一种地下冷冻墙技术，在与加热井和生产井一定距离钻多口间距一定且相互连接形成密闭系统的冷冻井，向井内注入一定温度的冷冻液在系统内循环，使井周围的地下水与围岩介质形成冷冻墙。但是地下冷冻墙的应用过程中，存在施工周期长，耗能高，对地下水产生污染等缺点。

[0005] 专利CN102278116B提供了一种冬季寒冷地区制作地下冷冻墙装置及制作冷冻墙的方法。该方法利用低温乙二醇水溶液作为循环介质，将从冬季室外温度所获得的冷源送入预先打的孔内，冷冻地质体，进而形成冷冻墙。该方法施工只能在冬季且冬季温度寒冷的地区进行，限制较大，不具有广泛推广的条件。

发明内容

[0006] 本发明的目的是为了解决现有为油页岩的开采区域提供封闭空间的方法存在施工周期长、能耗高、污染环境、受季节限制的问题，而提供的一种适用于不同埋深不同层厚的油页岩地下原位开采的体系封闭方法。

[0007] 本发明所涉及的封闭体系是由顶板隔热封闭层、底板隔热封闭层和水平开采区域封闭帷幕组成。

[0008] 本发明包括以下步骤：

[0009] 一、在油页岩层底板处设置底板隔热封闭层，覆盖油页岩原位开采区域，与水平开采区域封闭帷幕连接成为整体；

[0010] 用于底板隔热封闭层的劈裂注浆方法，是在地面钻一系列梅花形布置的劈裂注浆孔，相邻劈裂注浆孔的注浆浆液相互串径，孔深到达油页岩层底板。

[0011] 注浆孔穿过油页岩层底板，采用前进式的注浆方式，在油页岩底板进行注浆，浆液在压力大于油页岩原位垂直于层理方向的拉应力作用下，劈开油页岩层，浆液的劈裂路线呈纵横交错的脉状网络，各注浆孔中浆液相互串径，形成底板隔热封闭层。

[0012] 二、在油页岩顶层板处设置顶板隔热封闭层，覆盖油页岩原位开采区域，设置顶板隔热封闭层采用劈裂注浆的方法，使各注浆孔中浆液相互串径。

[0013] 用于顶板隔热封闭层的劈裂注浆方法，是在地面钻一系列梅花形布置的劈裂注浆孔，相邻劈裂注浆孔的注浆浆液相互串径，孔深到达油页岩层顶板。

[0014] 注浆孔穿过油页岩层顶板，采用前进式的注浆方式，在油页岩顶板进行注浆，浆液在压力大于油页岩原位垂直于层理方向的拉应力作用下，劈开油页岩层，浆液的劈裂路线呈纵横交错的脉状网络，各注浆孔中浆液相互串径，形成顶板隔热封闭层；

[0015] 在劈裂注浆孔中灌入封闭泥浆即劈裂注浆浆液，插入单向阀管到油页岩层顶板，待劈裂注浆浆液凝固在单向阀管中，再插入注浆芯管到单向阀管中，进行注浆；当浆液压力大于油页岩原位垂直层理方向拉应力时，浆液劈开油页岩层并进入裂隙中，形成顶板隔热封闭层。

[0016] 三、水平开采区域封闭帷幕是连续且密闭的，采用渗透注浆的方法，穿过开采油页岩层底板，到达透水性差的底部岩层。

[0017] 用于水平开采区域封闭帷幕施工的渗透注浆方法，是在地面钻一系列单排注浆孔，注浆孔深度达到油页岩层底板处，注浆孔间距应满足相邻孔的浆液扩散范围重叠，最终可以形成连续且密闭的水平开采区域封闭帷幕。对单孔进行注浆时，应采用自下而上分段注浆的方式，从油页岩底板开始，利用止浆栓塞，进行分段注浆。

[0018] 本发明的工作过程及原理为：

[0019] 本发明是为油页岩原位开采区域即注热井和开采井周围提供一个密闭的加热区域。

[0020] 布置劈裂注浆孔和帷幕注浆孔，劈裂注浆孔呈梅花形分布，且满足相邻孔的注浆浆液相互串径，孔深到达油页岩层底板。帷幕注浆孔呈圆形单排分布，相邻单孔间距3m，孔深在油页岩层底板以下5m。

[0021] 在劈裂注浆孔中灌入封闭泥浆即劈裂注浆浆液，插入单向阀管到油页岩层底板，待劈裂注浆浆液凝固在单向阀管中，再插入注浆芯管到单向阀管中，进行注浆。当浆液压力大于油页岩原位垂直层理方向拉应力时，浆液劈开油页岩层并进入裂隙中，形成底板隔热封闭层。同样的方法可形成顶板隔热封闭层。

[0022] 在完成顶板、底板隔热封闭层之后，进行水平开采区域封闭帷幕的施工，对单孔施工时，在帷幕注浆孔中下入注浆导管，利用止浆栓塞自下而上分段注浆，将帷幕注浆浆液从注浆导管注入5-1段，待5-1段注入完成后，开始5-2段的注浆，直至5-n段。单孔施工完成后，再进行其他帷幕注浆孔(的施工，最终形成水平开采区域封闭帷幕。

[0023] 以上步骤完成后，即建立了油页岩原位开采的隔热封闭区域，该区域可进行油页岩原位开采的后续工作。

[0024] 本发明的有益效果：本发明为油页岩地下原位开采提供了一个密闭的加热区域，用于阻绝开采区域纵向地下水进入、热量散失以及水平方向地下水进入和油气及副产品流出。附图说明

[0025] 图1为本发明实施例的体系封闭方法示意图。

[0026] 图2为本发明实施例的平面井位布置图。

[0027] 图3为本发明实施例的顶板、底板隔热封闭层施工工艺图。

[0028] 图4为本发明实施例的水平开采区域封闭帷幕施工工艺图。

具体实施方式

[0029] 请参阅图1、图2、图3和图4所示，为本发明的第一实施例，本实施例涉及的封闭体系是由顶板隔热封闭层、底板隔热封闭层和水平开采区域封闭帷幕组成。

[0030] 纵向上需要阻绝地下水进入和热量散失；水平方向上需要阻绝地下水进入和油气及副产品留出。

[0031] 根据地质资料显示，油页岩层埋深为64～72m，地层多属弱透水性地层。圈定油页岩开采区域为30m×30m正方形区域。

[0032] 根据地层的弱透水性性质，先进行顶板隔热封闭层及底板隔热封闭层的施工。采用劈裂注浆法施工，注浆孔直径80mm，孔深75m，穿过油页岩层。在开采区域内按梅花形进行布孔，孔间距离2.5m。采用前进式注浆方法。注浆工序为：钻进—注浆—扫孔—钻进—注浆。钻进至61m处，下入止浆塞，进行射孔注浆，注浆压力2.5～3MPa，材料为橡胶改性水泥，也可以为纳米改性超高韧性水泥基复合材料。顶板注浆完成后，进行扫孔钻进，钻进至75m处，下入止浆塞，对底板进行射孔注浆。

[0033] 顶板隔热封闭层和底板隔热封闭层劈裂注浆完成后，采用渗透注浆法形成水平开采区域封闭帷幕，注浆孔直径80mm，孔深80m，至油页岩层底板。注浆孔沿开采区域外围进行布孔，孔间距离1m。单孔注浆施工时，采用自下而上的后退式分段注浆方法，分段距离为8m，注浆压力1～1.5MPa，注浆材料为快凝型聚合物水泥防水浆料。

[0034] 封闭体系施工完成后，开采区域内涌水量从19m3/d下降至1m3/d以内，油页岩原位开采工艺成功进行并产出页岩油，证明该方法能为油页岩原位开采工艺提供隔热封闭的反应区域，减少了热量损失、地下水进入和油气及副产品的流出。

[0035] 请参阅图1、图2、图3和图4所示，为本发明的第二实施例，本实施例涉及的封闭体系是由顶板隔热封闭层、底板隔热封闭层和水平开采区域封闭帷幕组成。

[0036] 与地面煤炭气化相比，地下气化不需要将煤炭开采至地面，而是煤层在地下进行气化，也就不会在地上产生煤矸石或煤灰占压土地、粉尘及细微颗粒物污染大气的问题，相应地，煤灰中有害微量元素在地下，会增加地下水污染的风险。为减少煤灰和和煤灰中有害元素对地下水环境的污染，因此需预先为煤炭地下气化提供一个稳定封闭的开采区域。

[0037] 根据地质资料显示，某地煤层埋深为41.2～47.0m,地层地下水偏多，圈定开采区域为50m×50m。

[0038] 根据地层的弱透水性性质，先进行顶板隔热封闭层及底板隔热封闭层的施工。采用劈裂注浆法施工，注浆孔直径80mm，孔深50m，穿过煤层。在开采区域内按梅花形进行布孔，孔间距离2.5m。采用前进式注浆方法。注浆工序为：钻进—注浆—扫孔—钻进—注浆。钻进至39m处，下入止浆塞，进行射孔注浆，注浆压力2.5～3MPa，材料为橡胶改性水泥，也可以为纳米改性超高韧性水泥基复合材料。顶板注浆完成后，进行扫孔钻进，钻进至50m处，下入止浆塞，对底板进行射孔注浆。

[0039] 顶板隔热封闭层和底板隔热封闭层劈裂注浆完成后，采用渗透注浆法形成水平开采区域封闭帷幕，注浆孔直径80mm，孔深54m，至煤层底板。注浆孔沿开采区域外围进行布孔，孔间距离1m。单孔注浆施工时，采用自下而上的后退式分段注浆方法，分段距离为8m，注浆压力1～1.5MPa，注浆材料为快凝型聚合物水泥防水浆料。

[0040] 封闭体系施工完成后，开采区域内涌水量从30m3/d下降至1m3/d以内，煤炭地下气化工艺成功进行并产出煤层气，证明该方法能为煤炭地下气化工艺提供隔热封闭的反应区域，减少了煤灰及有害元素对地下水环境的污染。

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