页岩气热采方法及系统技术领域
本发明涉及页岩气开发技术，尤其是一种降低能耗、促进吸附气解吸、提高采出度
和降低开采成本的页岩气热采方法及系统。
背景技术
页岩气是指赋存于以富有基质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气。据预测，
世界页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布于北美、中亚和东亚的中国、中东和北非、拉
丁美洲以及欧洲的前苏联等地区，其中，北美的页岩气储量为108.79×1012m3，占总资源量
的23.84%。中国南方海相页岩地层是页岩气的主要富集地区，此外，松辽、鄂尔多斯、吐哈、
准格尔等陆相沉积盆地页岩地层也具有页岩气富集的基础和条件。中国页岩气技术可采资
源量估算为26×1012m3。
页岩气藏中气体的赋存与常规油气藏不同。在页岩气藏中，天然气的赋存形式有
如下三种：
一是以吸附气的形式吸附在有机质和粘土颗粒表面；
二是以自由气的形式存在于岩石基质孔隙和裂缝中；
另外还有很少一部分气体以溶解状态存在于干酪根、沥青等物质中。
一般页岩中吸附气含量占总含气量20%~85%，因此增加页岩气解吸速度是提高页
岩气产量的关键。常规的降压解吸开采页岩气产量低、生产周期长。另外，地层压力降低有
一定的限制，很大一部分吸附气不能解吸，降低了页岩气的采出程度。温度是影响页岩气吸
附的一个重要因素，温度每升高1℃，页岩气吸附量降低约1.5%。通过升高地层温度来提高
页岩气解吸速度是提高页岩气产量的一个重要途径。常规的加热方式需要注入热流体提高
地层温度，但是由于页岩极低的渗透率，热流体的注入非常困难。
综上所述，现有技术的页岩气热采方法及装置存在的技术问题是：采出程度低，需
要注入热流体，热流体需要外部辅助加热，能耗高，受地层压力降低限制，很大一部分吸附
气不能解吸；开采成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低能耗、促进吸附气解吸、提高采出度和降低开采成
本的页岩气热采方法。
为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种页岩气热采方法，包括如下
步骤：
第一步、钻井准备，采用钻井设备依次钻穿页岩气储层和位于页岩气储层下方的干热
岩层，在钻孔中下入套管并注入水泥进行固井，分别在页岩气储层和干热岩层的井段进行
射孔完井，位于页岩气储层井段位置处的射孔将页岩气储层与套管的内腔连通，位于干热
岩层井段位置处的射孔将干热岩层与套管的内腔连通；
第二步、安装热采装置，将内腔中装有工质的重力热管装置下入至套管内腔下部，该重
力热管装置位于套管底端与页岩气储层顶端之间的套管内腔段位置处，在将重力热管装置
的顶端固定在油管底部，重力热管装置与页岩气储层之间位置处的套管内腔段和/或重力
热管装置与干热岩层之间位置处的套管内腔段的重力热管装置外壁套装有封隔器；所述油
管的顶部伸出套管的顶端后与地面控制设备连接，控制油管起下作业，将重力热管装置下
放至目的层位；
第三步、页岩气热采，干热岩层将高温传给重力热管装置的下部，加热重力热管装置下
端，重力热管装置内腔底部的工质吸热由液态变为气态，气态工质上升到重力热管装置内
腔顶部释放热量后重新形成液相并沿所述重力热管装置内腔的内壁向下流动回到重力热
管装置内腔底部，以再次吸热，进行下一次的循环相变，同时将热量向上传递到位于页岩气
储层位置处的套管内腔段内，并对页岩气储层进行加热，使页岩气储层解吸产生天然气；随
着解吸气的增多，页岩气储层内的压力增加，当压力增加到某一个值后通过页岩气储层位
置处的射孔自喷到套管口，实现页岩气的开采。
本发明由于上述结构而具有的优点是：地球物理勘探表明，由于地温梯度或者地
层深处岩浆的活动，在页岩气储层的下部普遍发育高温高压水层或者干热岩层等温度较高
的储层。本方法有效地利用了下部干热岩层作为热量来源，大幅度降低了能耗，促进了页岩
气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。
本发明的又一目的是提供一种降低能耗、促进吸附气解吸、提高采出度和降低开
采成本的页岩气热采系统。
为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种页岩气热采系统，包括底端
依次穿过海水层、页岩气储层后穿入干热岩层中的钻孔，固定在钻孔中的套管，该套管的顶
端穿出海水层的海平面，在套管的顶部设置有出气口，该出气口与输气管连通；其中：位于
页岩气储层位置处的套管的管段上和干热岩层位置处的套管的管段上均设置有射孔，该射
孔将套管的内腔与页岩气储层和干热岩层连通；
位于页岩气储层位置处的套管的内腔管段处和/或干热岩层位置处的套管的内腔管段
处固定有封隔器，穿过封隔器的重力热管装置的顶端固定在油管的底部，该油管穿出套管
的顶部端口；所述重力热管装置内装有受热气化的工质，重力热管装置的顶部位于页岩气
储层位置处的套管的内腔管段处，重力热管装置的底部位于干热岩层位置处的套管的内腔
管段处。
本发明由于上述结构而具有的优点是：有效地利用了下部干热岩层作为热量来
源，大幅度降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明重力热管单元处的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
一种页岩气热采方法，其特征在于；包括如下步骤：
第一步、钻井准备，采用钻井设备依次钻穿页岩气储层和位于页岩气储层下方的干热
岩层，在钻孔中下入套管并注入水泥进行固井，分别在页岩气储层和干热岩层的井段进行
射孔完井，位于页岩气储层井段位置处的射孔将页岩气储层与套管的内腔连通，位于干热
岩层井段位置处的射孔将干热岩层与套管的内腔连通；
第二步、安装热采装置，将内腔中装有工质的重力热管装置下入至套管内腔下部，该重
力热管装置位于套管底端与页岩气储层顶端之间的套管内腔段位置处，在将重力热管装置
的顶端固定在油管底部，重力热管装置与页岩气储层之间位置处的套管内腔段和/或重力
热管装置与干热岩层之间位置处的套管内腔段的重力热管装置外壁套装有封隔器；所述油
管的顶部伸出套管的顶端后与地面控制设备连接，控制油管起下作业，将重力热管装置下
放至目的层位；
第三步、页岩气热采，干热岩层将高温传给重力热管装置的下部，加热重力热管装置下
端，重力热管装置内腔底部的工质吸热由液态变为气态，气态工质上升到重力热管装置内
腔顶部释放热量后重新形成液相并沿所述重力热管装置内腔的内壁向下流动回到重力热
管装置内腔底部，以再次吸热，进行下一次的循环相变，同时将热量向上传递到位于页岩气
储层位置处的套管内腔段内，并对页岩气储层进行加热，使页岩气储层解吸产生天然气；随
着解吸气的增多，页岩气储层内的压力增加，当压力增加到某一个值后通过页岩气储层位
置处的射孔自喷到套管口，实现页岩气的开采。在该实施例中，通过利用干热岩层的热量，
让工质在重力热管装置的下部吸热并在重力热管装置的内腔中气化上升，将热量带入重力
热管装置的内腔上部进行放热，实现干热岩层对页岩气储层加热，让页岩气充分从页岩气
储层中解吸，无外部热能加入，降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度
和降低了开采成本。
为进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，上述实施例中，优选地：所述工
质采用水、甲醇、丙酮或氟利昂中的一种或几种；当采用所述工质中的几种时，重力热管装
置内就有对应的几个相互独立封闭的内腔，该几个相互独立封闭的内腔从上往下布置；每
一个独立封闭的内腔中工作时从下往上一次形成有冷凝内腔段、绝热内腔段和蒸发内腔
段。
为更进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，上述实施例中，优选地：所述
几个相互独立封闭的内腔中对应内装的工质的沸点从下往上逐渐降低。
参见附图1和2，一种页岩气热采系统，包括底端依次穿过海水层3、页岩气储层5后
穿入干热岩层9中的钻孔，固定在钻孔中的套管4，该套管4的顶端穿出海水层3的海平面1，
在套管4的顶部设置有出气口，该出气口与输气管连通；其中：位于页岩气储层5位置处的套
管4的管段上和干热岩层9位置处的套管4的管段上均设置有射孔11，该射孔11将套管4的内
腔与页岩气储层5和干热岩层9连通；
位于页岩气储层5位置处的套管4的内腔管段处和/或干热岩层9位置处的套管4的内腔
管段处固定有封隔器10，穿过封隔器10的重力热管装置6的顶端固定在油管2的底部，该油
管2穿出套管4的顶部端口；所述重力热管装置6内装有受热气化的工质14，重力热管装置6
的顶部位于页岩气储层5位置处的套管4的内腔管段处，重力热管装置6的底部位于干热岩
层9位置处的套管4的内腔管段处。在该实施例中，通过利用干热岩层的热量，让工质在重力
热管装置的下部吸热并在重力热管装置的内腔中气化上升，将热量带入重力热管装置的内
腔上部进行放热，实现干热岩层对页岩气储层加热，让页岩气充分从页岩气储层中解吸，无
外部热能加入，降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成
本。
为进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，降低重力热管装置6的制作难
度，上述实施例中，优选地：所述重力热管装置6包括至少两套重力热管单元7，通过连接头8
将相邻两套重力热管单元7的首尾固接为一体；
所述重力热管单元7又包括导热管，通过密封堵头12将所述导热管的两端密封，使导热
管的内腔形成重力热管封闭腔13，工质14位于重力热管封闭腔13的下部，所述重力热管封
闭腔13由上至下依次分为冷凝段15、绝热段16和蒸发段17。
为更进一步提高采出度，充分利用干热岩层的热量，上述实施例中，优选地：重力
热管单元7为多套时，由下至上依次位于各重力热管单元7的重力热管封闭腔13中工质的沸
点逐渐降低，同一重力热管单元7的重力热管封闭腔13中工质的沸点相同。
上述实施例中，封隔器10为市场销售产品。附图2中，导热管外下方箭头表示吸热方向，
导热管外上方箭头表示放热方向；导热管内箭头表示工质14的循环流向。
显然，上述所有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
明所述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，
都属于本发明保护的范畴。
综上所述，由于上述方法和结构，有效地利用了下部干热岩层作为热量来源，大幅
度降低了能耗，促进了页岩气储层吸附气解吸、提高了采出度和降低了开采成本。