Earth Science Frontiers ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (1): 187-198.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.8.33
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LU Shuangfang1,2,3(), WANG Jun3, LI Wenbiao1,2(), CAO Yixin3, CHEN Fangwen3, LI Jijun3, XUE Haitao3, WANG Min3
Received:
2022-07-07
Revised:
2022-08-05
Online:
2023-01-25
Published:
2022-10-20
CLC Number:
LU Shuangfang, WANG Jun, LI Wenbiao, CAO Yixin, CHEN Fangwen, LI Jijun, XUE Haitao, WANG Min. In-situ upgrading and transformation of low-maturity shale: Economic feasibility and efficiency enhancement approaches from the perspective of energy consumption ratio[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(1): 187-198.
分子式及 键型 | 数量 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
原始干酪根 | 残余干酪根 | 轻质油分子 | |||||
分子式 | C1439H2360O86.3N4.3S1.4 | C305H253O4N0.92S0.92 | C8H15.4O0.026N0.03S0.015 | ||||
碳碳单键 | 1 251 | 109 | 5.975 | ||||
苯环- 碳原子键 | 40 | 20 | |||||
碳碳双键 | 4 | 0.7 | |||||
碳碳三键 | 0.3 | ||||||
芳键 | 96 | 42 | |||||
碳氮键 | 12 | 2 | 0.03 | ||||
碳氧键 | 263 | 8 | 0.03 | ||||
碳氧双键 | 78 | 0.01 | |||||
碳硫键 | 2 | 2 | 0.001 5 | ||||
酚羟基碳 氧键 | 20 | ||||||
碳氢键 | 1 770 | 210 | 15.32 | ||||
苯环- 氢原子键 | 80 | 42 | |||||
氮氢键 | 1 | 0.06 | |||||
二硫键 | 1 | ||||||
氧氢键 | 65 | 0.01 | |||||
硫氢键 | 0.001 5 | ||||||
酚羟基氧 氢键 | 20 | ||||||
分子 总键能/ (kJ·mol-1) | 1 604 190.18 | 241 314.86 | 9 120.35 |
Table 1 Atomic number and bond number of type I original kerogen, residual kerogen and products. Modified after [40].
分子式及 键型 | 数量 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
原始干酪根 | 残余干酪根 | 轻质油分子 | |||||
分子式 | C1439H2360O86.3N4.3S1.4 | C305H253O4N0.92S0.92 | C8H15.4O0.026N0.03S0.015 | ||||
碳碳单键 | 1 251 | 109 | 5.975 | ||||
苯环- 碳原子键 | 40 | 20 | |||||
碳碳双键 | 4 | 0.7 | |||||
碳碳三键 | 0.3 | ||||||
芳键 | 96 | 42 | |||||
碳氮键 | 12 | 2 | 0.03 | ||||
碳氧键 | 263 | 8 | 0.03 | ||||
碳氧双键 | 78 | 0.01 | |||||
碳硫键 | 2 | 2 | 0.001 5 | ||||
酚羟基碳 氧键 | 20 | ||||||
碳氢键 | 1 770 | 210 | 15.32 | ||||
苯环- 氢原子键 | 80 | 42 | |||||
氮氢键 | 1 | 0.06 | |||||
二硫键 | 1 | ||||||
氧氢键 | 65 | 0.01 | |||||
硫氢键 | 0.001 5 | ||||||
酚羟基氧 氢键 | 20 | ||||||
分子 总键能/ (kJ·mol-1) | 1 604 190.18 | 241 314.86 | 9 120.35 |
分子种类 | 占比/% | 碳碳单键数 | 碳氢键数 | 分子总键能/ (kJ·mol-1) |
---|---|---|---|---|
甲烷 | 70 | 4 | 1 652.60 | |
乙烷 | 20 | 1 | 6 | 2 816.38 |
丙烷 | 7 | 2 | 8 | 3 980.16 |
丁烷 | 2 | 3 | 10 | 5 143.94 |
戊烷 | 1 | 4 | 12 | 6 307.72 |
湿气分子 总键能 (kJ·mol-1) | 2 164.66 |
Table 2 Component proportion of wet gas and number of molecule bond types
分子种类 | 占比/% | 碳碳单键数 | 碳氢键数 | 分子总键能/ (kJ·mol-1) |
---|---|---|---|---|
甲烷 | 70 | 4 | 1 652.60 | |
乙烷 | 20 | 1 | 6 | 2 816.38 |
丙烷 | 7 | 2 | 8 | 3 980.16 |
丁烷 | 2 | 3 | 10 | 5 143.94 |
戊烷 | 1 | 4 | 12 | 6 307.72 |
湿气分子 总键能 (kJ·mol-1) | 2 164.66 |
键型 | 键型数量 | ||
---|---|---|---|
二氧化碳 | 氧气 | 氮气 | |
氧氧双键 | 1 | ||
碳氧双键 | 2 | ||
氮氮三键 | 1 | ||
分子总键能/(kJ·mol-1) | 1 448.38 | 498.00 | 946 |
Table 3 Number of bond types of other small molecules
键型 | 键型数量 | ||
---|---|---|---|
二氧化碳 | 氧气 | 氮气 | |
氧氧双键 | 1 | ||
碳氧双键 | 2 | ||
氮氮三键 | 1 | ||
分子总键能/(kJ·mol-1) | 1 448.38 | 498.00 | 946 |
键型 | 分解能/(kJ·mol-1) |
---|---|
碳碳单键 | 337.48 |
苯环-碳原子键 | 380.62 |
碳碳双键 | 614.5 |
碳碳三键 | 962.7 |
芳键 | 2 060 |
碳氮键 | 292 |
碳氧键 | 349.58 |
碳氧双键 | 723.87 |
碳硫键 | 272 |
酚羟基碳氧键 | 427.6 |
碳氢键 | 413.15 |
苯环-氢原子键 | 460 |
氮氢键 | 391 |
二硫键 | 268 |
氧氢键 | 463 |
硫氢键 | 339 |
酚羟基氧氢键 | 356 |
Table 4 Dissociation energy of some chemical bonds related to structure of kerogen. Adapted from [39].
键型 | 分解能/(kJ·mol-1) |
---|---|
碳碳单键 | 337.48 |
苯环-碳原子键 | 380.62 |
碳碳双键 | 614.5 |
碳碳三键 | 962.7 |
芳键 | 2 060 |
碳氮键 | 292 |
碳氧键 | 349.58 |
碳氧双键 | 723.87 |
碳硫键 | 272 |
酚羟基碳氧键 | 427.6 |
碳氢键 | 413.15 |
苯环-氢原子键 | 460 |
氮氢键 | 391 |
二硫键 | 268 |
氧氢键 | 463 |
硫氢键 | 339 |
酚羟基氧氢键 | 356 |
建模参数 | 参数取值 | 建模参数 | 参数取值 |
---|---|---|---|
页岩/砂岩长度/m | 足够大 | 页岩热导系数/(W·m-1·K-1) | 1.4~2.4 (1.21) |
页岩厚度/m | 30 | 围岩热导系数/(W·m-1·K-1) | 2.1~3.5 (3) |
砂岩厚度/m | 500 | 页岩比热容/(J·kg-1·K-1) | 1 100~2 000 (1 141) |
井筒半径/m | 0.02/0.05/0.1/0.2/0.5 | 围岩比热容/(J·kg-1·K-1) | 762~1 071.8 (890) |
井间距/m | 5/10/15/20/25 | 页岩密度/(kg·m-3) | 2 100~2 800 (2 450) |
页岩层底面埋深/m | 1 800 | 围岩密度/(kg·m-3) | 1 800~2 800 (2 470) |
地表温度/℃ | 20 | 加热井温度/℃ | 500/600/700/800/900 |
TOC含量/% | 1~20 (5) | 采油井温度/℃ | 200/250/300/350/400 |
HI/(mgHC·gTOC-1) | 800 | 地温梯度/(℃·m-1) | 0.033 |
Table 5 Relevant parameters of simulation calculation
建模参数 | 参数取值 | 建模参数 | 参数取值 |
---|---|---|---|
页岩/砂岩长度/m | 足够大 | 页岩热导系数/(W·m-1·K-1) | 1.4~2.4 (1.21) |
页岩厚度/m | 30 | 围岩热导系数/(W·m-1·K-1) | 2.1~3.5 (3) |
砂岩厚度/m | 500 | 页岩比热容/(J·kg-1·K-1) | 1 100~2 000 (1 141) |
井筒半径/m | 0.02/0.05/0.1/0.2/0.5 | 围岩比热容/(J·kg-1·K-1) | 762~1 071.8 (890) |
井间距/m | 5/10/15/20/25 | 页岩密度/(kg·m-3) | 2 100~2 800 (2 450) |
页岩层底面埋深/m | 1 800 | 围岩密度/(kg·m-3) | 1 800~2 800 (2 470) |
地表温度/℃ | 20 | 加热井温度/℃ | 500/600/700/800/900 |
TOC含量/% | 1~20 (5) | 采油井温度/℃ | 200/250/300/350/400 |
HI/(mgHC·gTOC-1) | 800 | 地温梯度/(℃·m-1) | 0.033 |
[1] | 邹才能, 陶士振, 侯连华. 非常规油气地质学[M]. 北京: 地质出版社, 2014: 274-312. |
[2] | 贾承造, 邹才能, 杨智, 等. 陆相油气地质理论在中国中西部盆地的重大进展[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(4): 546-560. |
[3] | 赵文智, 胡素云, 侯连华, 等. 页岩油地下原位转化的内涵与战略地位[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(4): 537-545. |
[4] | 卢双舫, 黄文斌, 陈方文, 等. 页岩油气资源分级评价标准探讨[J]. 石油勘探与开发, 2012, 39(2): 249-255. |
[5] |
卢双舫, 薛海涛, 王民, 等. 页岩油评价中的若干关键问题及研究趋势[J]. 石油学报, 2016, 37(10): 1309-1322.
DOI |
[6] | 卢双舫, 薛海涛.页岩油的形成条件、 赋存机理与富集分布[M]. 北京: 石油工业出版社, 2021: 1-368. |
[7] | 陈祥. 陆相页岩油勘探[M]. 北京: 石油工业出版社, 2015: 1-238. |
[8] | 柳波, 吕延防, 孟元林, 等. 湖相纹层状细粒岩特征、 成因模式及其页岩油意义: 以三塘湖盆地马郎凹陷二叠系芦草沟组为例[J]. 石油勘探与开发, 2015, 42(5): 598-607. |
[9] | 赵贤正, 周立宏, 蒲秀刚, 等. 陆相湖盆页岩层系基本地质特征与页岩油勘探突破: 以渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组二段一亚段为例[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(3): 361-372. |
[10] | 支东明, 唐勇, 杨智峰, 等. 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷陆相页岩油地质特征与聚集机理[J]. 石油与天然气地质, 2019, 40(3): 524-534. |
[11] | 付金华, 刘显阳, 李士祥, 等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段页岩油勘探发现与资源潜力[J]. 中国石油勘探, 2021, 26(5): 1-11. |
[12] |
何文渊, 蒙启安, 冯子辉, 等. 松辽盆地古龙页岩油原位成藏理论认识及勘探开发实践[J]. 石油学报, 2022, 43(1): 1-14.
DOI |
[13] | 张玉清. 天然气的“小目标”[J]. 能源评论, 2017(2): 1. |
[14] | 刘招君, 柳蓉. 中国油页岩特征及开发利用前景分析[J]. 地学前缘, 2005, 12(3): 315-323. |
[15] | 李术元, 唐勋, 何继来, 等. 世界油页岩开发利用的近况: 并记2012年国外两次油页岩国际会议[J]. 中外能源, 2013, 18(1): 3-11. |
[16] | 崔景伟, 朱如凯, 侯连华, 等. 页岩原位改质技术现状、 挑战和机遇[J]. 非常规油气, 2018, 5(6): 103-114. |
[17] | 杨智, 邹才能, 付金华, 等. 基于原位转化/改质技术的陆相页岩选区评价: 以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段页岩为例[J]. 深圳大学学报(理工版), 2017, 34(3): 221-228. |
[18] | WALL E T.Method and apparatus for recovering carbon products from oil shale: U. S., 4376034[P]. 1983. |
[19] | BARTIS J T, LATOURRETTE T, DIXON L, et al. Oil shale development in the United States: prospects and policy issues[R]. Santa Monica: The RAND Corporation, 2005. |
[20] | HAROLD. Harold Vinegar Shell’s in-situ conversion process[R]. Colorado:26th Oil Shale Symposium, 2006. |
[21] | FOWLER, THOMAS D, VINEGAR, et al. Oil shale ICP - Colorado field pilots[R]. San Jose: SPE Western Regional Meeting, 2009. |
[22] | LEVERETTE H M. Status and plans for the U. S. department of interior program for development of oil shale and oil sands[R]. Colorado:31th Oil Shale Symposium, 2011. |
[23] | TANAKA P L, YEAKEL J D, SYMINGTON W A, et al. Plan to test ExxonMobil’s in situ oil shale technology on a propose RD&A lease[R]. Colorado:31th Oil Shale Symposium, 2011. |
[24] | MARK D L. Chevron’s plans for rubblization of Green River Formation oil shale (Gros) for chemical conversion[R]. Colorado:31th Oil Shale Symposium, 2011. |
[25] | ALAN B. Initial results from the AMOSO RD&D pilot test program[R]. Colorado:32th Oil Shale Symposium, 2012. |
[26] | 汪友平, 王益维, 孟祥龙, 等. 美国油页岩原位开采技术与启示[J]. 石油钻采工艺, 2013, 35(6): 55-59. |
[27] |
康志勤, 赵阳升, 杨栋, 等. 利用原位电法加热技术开发油页岩的物理原理及数值分析[J]. 石油学报, 2008(4): 592-595.
DOI |
[28] | 杨栋, 赵静, 康志勤, 等. 电法原位加热油页岩采油技术与数值分析[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2010, 29(3): 365-368. |
[29] | 王秋雯. 吉林桦甸油页岩热物理和电物理性质实验研究[D]. 长春: 吉林大学, 2011. |
[30] |
WANG Q, LIANG Z, JINGRU B, et al. The influence of microwave drying on physicochemical properties of Liushuhe oil shale[J]. Oil Shale, 2011, 28: 29-41.
DOI URL |
[31] |
WANG Q, GU Z Y, BAI J R, et al. Comparative study of the characteristics of oil shale with hot air drying and microwave drying[J]. Energy Procedia, 2012, 17: 884-891.
DOI URL |
[32] | 赵林. 过热蒸汽对流加热油页岩原位开采基础实验研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2015. |
[33] | 夏添. 油页岩油藏原位电加热开采数值模拟研究[D]. 青岛: 中国石油大学(华东), 2015. |
[34] | 薛晋霞, 刘中华. 油页岩电加热法原位干馏温度场分布的数值仿真[J]. 地下空间与工程学报, 2015, 11(3): 669-672. |
[35] |
WANG Y D, WANG X Y, XING Y F, et al. Three-dimensional numerical simulation of enhancing shale gas desorption by electrical heating with horizontal wells[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2017, 38: 94-106.
DOI URL |
[36] | 吴永彬, 王红庄, 蒋有伟, 等. 页岩油电加热原位转化井网优化设计[C]//IFEDC油气田勘探与开发国际会议论文集. 西安: 陕西省石油学会, 2018: 955-963. |
[37] | 张斌, 于聪, 崔景伟, 等. 生烃动力学模拟在页岩油原位转化中的应用[J]. 石油勘探与开发, 2019, 46(6): 1212-1219. |
[38] | 海贝能源. 影响油气行业未来的15项勘探开发技术[EB/OL]. (2019-01-18)[2019-04-17]. https://mp.weixin.qq.com/s/jYp8ikVYo4DtSTeIoUr66A. |
[39] |
BEHAR F, VANDENBROUCKE M. Chemical modelling of kerogens[J]. Organic Geochemistry, 1987, 11(1): 15-24.
DOI URL |
[40] | 傅家谟, 秦匡宗. 干酪根地球化学[M]. 广州: 广东科技出版社, 1995: 373-436. |
[41] | 卢双舫, 张敏. 油气地球化学[M]. 北京: 石油工业出版社, 2018: 1-316. |
[42] |
UNGERER P. State of the art of research in kinetic modelling of oil formation and expulsion[J]. Organic Geochemistry, 1990, 16(1): 1-25.
DOI URL |
[43] | 卢双舫. 有机质成烃动力学理论及应用[M]. 北京: 石油工业出版社, 1996: 1-199 |
[44] |
卢双舫, 李冬, 王跃文, 等. 倾油性有机质生成轻质油的评价方法及其应用[J]. 石油学报, 2007, 28(5): 63-67.
DOI |
[45] | 邢其毅, 裴伟伟, 徐瑞秋. 基础有机化学上[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005: 1-598. |
[46] | 王擎, 张岩, 迟铭书, 等. 干酪根的热解特性及脂肪链含量的测定[J]. 石油学报(石油加工), 2017, 33(4): 771-776. |
[47] | 王廷芬, 陆绍信, 朱亚杰, 等. 我国油页岩热性质的研究 Ⅱ. 油页岩、 半焦和页岩灰比热容的测定[J]. 燃料化学学报, 1987(4): 311-316. |
[48] | 周科, 孙友宏, 李强, 等. 农安油页岩热重及热物理性质试验研究[J]. 世界地质, 2016, 35(4): 1178-1184. |
[49] | 崔景伟, 侯连华, 朱如凯, 等. 鄂尔多斯盆地延长组长_7页岩层段岩石热导率特征及启示[J]. 石油实验地质, 2019, 41(2): 280-288. |
[50] | 中华人民共和国建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50366—2005地热热泵系统工程技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009: 11-30. |
[51] | SNEDDON I N. Fourier transforms[M]. Princeton: Princeton University Press, 1950: 1-542. |
[52] | 王盛鹏, 刘德勋, 王红岩, 等. 原位开采油页岩电加热技术现状及发展方向[J]. 天然气工业, 2011, 31(2): 114-118. |
[53] | 刘德勋, 王红岩, 郑德温, 等. 世界油页岩原位开采技术进展[J]. 天然气工业, 2009, 29(5): 128-132. |
[54] |
NETO A, THOMAS S, BOND G, et al. The oil shale transformation in the presence of an Acidic BEA Zeolite under microwave irradiation[J]. Energy & Fuels, 2014, 28(4): 2365-2377.
DOI URL |
[55] | 邬敏. 电加热过程对松辽盆地北部泥页岩生烃、 增孔行为的影响研究[D]. 青岛: 中国石油大学(华东), 2020. |
[1] | DING Wenlong, WANG Yao, WANG Shenghui, LIU Tingfeng, ZHANG Ziyou, GOU Tong, ZHANG Mengyang, HE Xiang. Research progress and insight on non-tectonic fractures in shale reservoirs [J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(1): 297-314. |
[2] | MU Hansheng, XUE Xinyu, JIANG Zaixing. Shale oil and gas in the Mesozoic Basins, eastern Yanshan Orogenic Belt—exploration status and outlooks [J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(2): 282-295. |
[3] | LI Yu-Chi, HE Jian-Hua, YIN Shuai, WANG Er-Yue, DAI Feng, DIAO Dong. The multianisotropy of shale oil and gas reservoirs in vertical and its influence on oilgas development. [J]. Earth Science Frontiers, 2016, 23(2): 118-125. |
[4] | DENG Mei-Yin, LIANG Chao. Liang Chao. Studies on reservoir space of mud stone and shale of the lower section of Es3 in Bonan Subsag: An example from Well Luo 69. [J]. Earth Science Frontiers, 2012, 19(1): 172-181. |
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