原位热传导加热原理

原位热传导加热的原理是利用气体在不同压强下热传导能力随之变化的原理测量气体压强。原位热传导加热是指在土壤中安置热处理井，或者在土壤表面铺设热处理毯，使得土壤中的有机污染物发生挥发和裂解反应，对于污染物埋藏较深，浓度较大的污染场地，常使用热处理井，反之使用热处理毯。

油页岩原位开采技术就是通过直接给地下油页岩加温，使其在地下进行裂解，生成油气通过生产井采出。该工艺对于中深层油页岩(300m以深)开发具有优势，不需要露天和矿井开采，没有大量的油页岩废料堆积，副产物非常少，水资源的用量也非常少，是目前国际上各大石油公司重点研发与攻关的技术。

目前，油页岩原位开采技术达10余种，按照油页岩层加热方式可分为电加热、流体加热、辐射加热3类工艺。电加热技术：技术成熟，容易控制，但加热速度较慢，容易造成热量大量损失，成本较高，产生的油气压力较低，难开采等。流体加热技术：加热速度较快，由于流体压力的作用，产生的裂缝一般不会闭合，产出的油气易于开采；加热过程中流体流速过快，易形成流体短路，仅与油页岩进行少量热交换就流出地层。射频加热技术：产生的热量穿透力强，加热速度较快；但技术难度较大，成本较高。

在原位开采技术上，壳牌、埃克森-美孚和ECL公司走在了世界前列。其中壳牌公司ICP技术相对成熟，已经进行了现场试验，2004年初，在35ft长、20ft宽的试验区内进行电加热试验，2005年8月产出轻质油1500bbl，还有伴生气产出。壳牌公司ICP技术已经研发到了第二代E-ICP技术，2006年编制了E-ICP 试验计划，并申请获得科罗拉多州3个油页岩开发、试验和示范区块，目前试验正在进行加热阶段。

中国油页岩原位开采研究刚刚起步，基础理论研究和工艺技术研究缺乏，在理论技术工艺研究上，基本属于起步阶段。

在当前的油页岩原位开采加热技术中，以电加热技术较为成熟。

(1)电加热关键技术

油页岩原位开采电加热技术流程，是先将电能传输给加热井中的电加热器，转化为热能，产生的热量通过传导的方式传递给油页岩矿层，达到油页岩油气生成的温度。在工艺中，电加热器的选择或设计、加热井的设计、加热井的布置与操作是电加热技术研发的关键。

1)电加热器的选择或设计。电加热器是产生热量的根源，如何高效、有控制地产生热量是电加热器所要解决的问题。目前原位开采加热的电加热器有3类：恒定瓦特加热器、环形加热器和绝缘限温加热器，而绝缘限温加热器又分为Y形加热器、U形加热器和LU形加热器。

2)电加热井的设计。电加热井的功能是将电加热器产生的热量传递给页岩层，它是连接电加热器和页岩层间的纽带。根据加热井的形状分为直井加热器和水平井加热器。直井加热器长度包括多个具有不同能量输出的部分，每个部分包括限温部分，用于限制热量输出。同时根据功能不同分为上覆段、中间过渡段、加热段。可提供输出不同能量的热，以一种或多种加热速率来加热岩层。

3)电加热井的布置。加热井含有电荷，与周围矿层之间具有电势差，电加热井的布置不同于常规采油井和蒸汽加热井的布置。如果不能合适、有效地布置加热井，将会造成加热井内电量流失。生产井应位于具有较小或零电位的位置处，减小或防止在生产井中流动电流引起的不加热。

(2)蒸汽加热关键技术

蒸汽热技术流程，是先在地面上将蒸汽加热到一定温度，通过注入井，注入到油页岩矿层中，通过对流传导的方式将热能传递给油页岩；加热蒸汽性质与井筒隔热、蒸汽注气是关键技术。

1)加热蒸汽的性质与选择。蒸汽是热量的载体，决定着向地下油页岩矿层传输热量的多少，蒸汽的热容和比热是判定蒸汽性质的重要依据。

2)井筒隔热与注汽技术。高温高压带来的问题是应选择何种材质的套管和固井水泥。井筒热损失较大，必须设计更有效的注汽隔热管柱，降低注汽摩阻热损失，最大限度地降低井筒热损失。

蒸汽加热井的关键技术是井筒隔热与密封技术，井筒隔热系统包括隔热油管、耐高温封隔器、补偿器、伸缩管等。蒸汽通过注汽阀(分层注汽阀)进入地层。采用包括减小接头处热损失在内的高效隔热管柱，采用密封可靠的抗高温封隔器，环空排出水，或注入氮气，或注入隔热液。

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