發(fā)布時(shí)間：2020-08-02 22:21

【摘要】：近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步,我國(guó)對(duì)能源的需求進(jìn)一步增大。但傳統(tǒng)不可再生油氣資源在我國(guó)儲(chǔ)量匱乏,導(dǎo)致我國(guó)原油對(duì)外依存度逐年上升。油頁(yè)巖是一種非常規(guī)油氣資源,被視為傳統(tǒng)油氣資源的重要補(bǔ)充及替代能源,正逐漸引起我國(guó)乃至全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。我國(guó)油頁(yè)巖資源儲(chǔ)量豐富,居世界第二位,而吉林省的油頁(yè)巖探明儲(chǔ)量約占我國(guó)油頁(yè)巖總探明儲(chǔ)量的八成。因此,尋求切實(shí)有效、成本低廉的油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用方法對(duì)緩解我國(guó)傳統(tǒng)不可再生油氣資源短缺的現(xiàn)狀具有重大意義。針對(duì)我國(guó)油頁(yè)巖資源普遍具有大埋深、低品位的特點(diǎn),已有部分研究人員提出了近臨界水原位開(kāi)采油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)技術(shù)。本文設(shè)計(jì)并進(jìn)行了近臨界水原位提取油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)模擬實(shí)驗(yàn),研究了油頁(yè)巖孔隙特性在近臨界水提取過(guò)程中的變化規(guī)律,建立了近臨界水原位開(kāi)采油頁(yè)巖的物理模型并進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,最終獲得了以下結(jié)果:(1)本文設(shè)計(jì)并進(jìn)行了近臨界水原位提取油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)模擬實(shí)驗(yàn)。在提取實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,隨著提取時(shí)間或提取溫度的增大,瀝青提取率及有機(jī)質(zhì)的提取量在整體上呈增大趨勢(shì),而殘余瀝青的含量整體上呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谔崛?shí)驗(yàn)初期,油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)開(kāi)始轉(zhuǎn)化并堵塞了部分孔隙通道,隨著提取的繼續(xù),有機(jī)質(zhì)被提取且孔隙通道逐漸打開(kāi),導(dǎo)致殘余瀝青含量降低。氣體產(chǎn)率的變化規(guī)律與殘余瀝青含量的變化規(guī)律大致相反,這表明提取過(guò)程中的氣體及殘余瀝青的轉(zhuǎn)化過(guò)程基本同步。(2)在對(duì)比350℃提取實(shí)驗(yàn)及150h提取實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物分析結(jié)果后可知,兩組實(shí)驗(yàn)所獲得的瀝青提取物、殘余瀝青及氣體的物質(zhì)組分相近而含量變化不同。瀝青提取物的組成主要為正烷烴、正烯烴、正烷基-2-酮、正脂肪酸以及少量的類(lèi)異戊二烯烷烴、芳香烴化合物。殘余瀝青最主要的組分為正烷烴,而其他有機(jī)質(zhì)的含量都比較低。氣體中的主要組分為二氧化碳,正烷烴,氫氣和極少量烯烴。(3)當(dāng)本文采取與前人相同的提取時(shí)間或溫度進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)時(shí),每當(dāng)本文獲得與之相近的瀝青提取率,本文實(shí)驗(yàn)所需的提取溫度更高、時(shí)間更長(zhǎng)。這是因?yàn)?當(dāng)油頁(yè)巖處于自由狀態(tài)時(shí),在近臨界水提取過(guò)程中常發(fā)生破碎現(xiàn)象,特別是在垂直層理方向上,這有效地提高了近臨界水與油頁(yè)巖的接觸面積,從而導(dǎo)致提取效率上升。而處于模擬原位狀態(tài)下的油頁(yè)巖樣品的裂隙則不會(huì)如此發(fā)展。這意味著本文發(fā)現(xiàn)的有機(jī)質(zhì)提取率隨提取時(shí)間及提取溫度的變化規(guī)律更貼近于實(shí)際,能夠更好地為近臨界水原位開(kāi)采技術(shù)的研發(fā)提供理論指導(dǎo)。(4)本文在研究油頁(yè)巖孔隙特性時(shí)發(fā)現(xiàn),原始油頁(yè)巖樣品孔隙不發(fā)育且其內(nèi)部含有少量粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔及裂隙。隨著提取時(shí)間和提取溫度的增大,提取后樣品中的孔隙明顯發(fā)育并向油頁(yè)巖樣品基體內(nèi)部發(fā)展,孔隙的尺寸逐漸從納米級(jí)發(fā)展到微米級(jí)。同時(shí),提取后樣品內(nèi)介孔體積、比表面積、大孔(特別是孔徑分布在100~1600nm之間的孔)的孔體積及孔隙度的變化規(guī)律與瀝青提取率的變化規(guī)律相似,這是由于近臨界水在提取瀝青產(chǎn)物時(shí)造成了次生有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育。而且,樺甸油頁(yè)巖內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)分布在孔徑為100~1600nm之間的孔隙內(nèi)。(5)在提取過(guò)程中,由于特殊夾具對(duì)樣品垂直層理方向形變的約束,模擬原位應(yīng)力狀態(tài)下油頁(yè)巖內(nèi)部裂隙的發(fā)展規(guī)律不同于自由狀態(tài)下,油頁(yè)巖樣品裂隙會(huì)沿平行油頁(yè)巖層理的方向發(fā)展。在有機(jī)質(zhì)釋放后,裂隙因缺乏有機(jī)質(zhì)的支撐而在近臨界水壓力的作用下被壓縮,當(dāng)近臨界水的壓力增大時(shí)這一現(xiàn)象會(huì)更顯著。(6)通過(guò)模擬研究發(fā)現(xiàn),單方向注熱的加熱效果差。綜合溫度場(chǎng)、瀝青提取率及孔隙度的模擬結(jié)果可以看出,通過(guò)對(duì)注熱井與生產(chǎn)井的間歇式調(diào)換,油頁(yè)巖層能夠更快的被加熱到理想的溫度,每30天將注熱井及生產(chǎn)井調(diào)換一次即可在加熱80天后獲得理想的加熱效果及瀝青提取率。(7)本文在模擬過(guò)程中,考慮了部分參數(shù)在提取過(guò)程中的變化情況,特別是參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)瀝青提取率及油頁(yè)巖樣品孔隙度隨提取時(shí)間及提取溫度的變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值擬合并通過(guò)UDF功能進(jìn)行了模擬研究,所獲得的瀝青提取率及油頁(yè)巖樣品孔隙度的變化規(guī)律更加貼近實(shí)際。同時(shí),由于本文所做數(shù)值模擬中近臨界水的注水量設(shè)置較大,且未考慮有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化與輸運(yùn)過(guò)程,因此在實(shí)際原位開(kāi)采工程中將消耗更長(zhǎng)時(shí)間才能獲得理想的加熱效果及瀝青提取率。以上研究結(jié)果可以為近臨界水原位提取油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)技術(shù)的研究提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P618.13
【圖文】：

3.5%。圖1.1為油頁(yè)巖及其內(nèi)部有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化后生成的油頁(yè)巖油[3-5]。世界范圍內(nèi)，油頁(yè)巖儲(chǔ)量折算成油頁(yè)巖油儲(chǔ)量后可達(dá)4000多億噸，這相當(dāng)于目前世界原油探明可采儲(chǔ)量的5.4倍[6, 7]。我國(guó)油頁(yè)巖資源儲(chǔ)量豐富，探明儲(chǔ)量約為7199.3億噸，折算成油頁(yè)巖油后可達(dá)476.4億噸，具有較高開(kāi)發(fā)和利用價(jià)值[8, 9]，目前正受到全球范圍內(nèi)的廣泛重視。而相關(guān)的油頁(yè)巖轉(zhuǎn)化和開(kāi)采技術(shù)是圖1.1油頁(yè)巖及油頁(yè)巖油

由于近臨界水提取油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)過(guò)程的理化機(jī)理較為技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難度大等諸多原因，該技術(shù)目前尚未投入地了解近臨界水提取機(jī)理及提取期間油頁(yè)巖物性的變化規(guī)開(kāi)采技術(shù)的研究提供一定理論指導(dǎo)，在開(kāi)展其他相關(guān)工作技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀是非常重要的。研究現(xiàn)狀水提取技術(shù)研究現(xiàn)狀，隨著近臨界水提取技術(shù)的發(fā)展，已有部分研究人員已探巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)技術(shù)的可行性及相關(guān)規(guī)律。圖1.14油頁(yè)巖近臨界水原位轉(zhuǎn)化技術(shù)原理圖

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文地區(qū)油頁(yè)巖實(shí)際地質(zhì)情況，以近臨界水原位提取方法為基礎(chǔ)，結(jié)合上述模擬實(shí)驗(yàn)的部分結(jié)果，建立物理模型，依據(jù)CFD原理及相關(guān)情況調(diào)整，使用FLUENT軟件及UDF功能對(duì)近臨界水原位提取油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)進(jìn)行模擬分析，研究提取過(guò)程中油頁(yè)巖溫度場(chǎng)、瀝青提取率、孔隙度的。本文技術(shù)路線本文的技術(shù)路線包括以下三個(gè)部分：近臨界水原位提取油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)驗(yàn)（第二章）、油頁(yè)巖孔隙特性的變化規(guī)律研究（第三章）和基于原位的數(shù)值模擬（第四章）。具體研究?jī)?nèi)容如下圖1.15所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2779143