CN102162353A

CN102162353A - 一种天然气水合物三维井网装置

Info

Publication number: CN102162353A
Application number: CN2010106031397A
Authority: CN
Inventors: 李小森; 李刚; 张郁; 王屹; 陈朝阳; 李清平
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物三维井网装置，包括密封的模拟腔，以及由若干伸入模拟腔内部的井簇形成的井网，所述井簇包括：垂直井簇，由1根或者若干根垂直井管组成，各根垂直井管分别伸入至模拟腔内不同深度的水平层面上；水平井簇，由1根水平井管组成，所有水平井管均位于上述水平层面上，各根水平井管分别伸入并水平贯穿模拟腔，直到水平井管的末端面紧贴模拟腔内壁面。采用上述方案，本发明的装置可以用于综合研究天然气水合物的各种开采机理、开采动态，并对各种开采方法进行优化和综合评价。

Description

一种天然气水合物三维井网装置

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物三维井网装置，尤其涉及一种可以用于模拟实验的天然气水合物三维井网装置。

背景技术

天然气水合物(以下简称水合物)是指天然气与水在一定温度和压力下生成的一种笼状晶体物质，其遇火即可燃烧，俗称“可燃冰”。早期对天然气水合物的研究主要针对抑制水合物的生成，是为了解决油、气生产和运输过程中管道、设备的堵塞问题。随着人们对天然气水合物研究的不断深入，天然气水合物的特性及对环境的影响越来越为人类认识，其作为一种有效的替代能源的价值也益显突出。

天然气水合物可以以多种方式存在于自然界中，天然气水合物在洋底埋藏时呈固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体，也就是说，水合物在开采过程中发生相变。基于天然气水合物的特点，它与常规传统型能源的开发方式不同。目前大多数有关天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何将蕴藏在沉积物中的天然气水合物进行分解，然后再将分解得到的天然气开采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，造成其分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源量的主要方法。

现有的开采方法大体上可分为以下三类：

(一)热力开采法，该方法主要是将蒸气、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物储层，或采用火驱法、电极原位加热等诸多方法促使储层温度上升而达到水合物分解的目的；

(二)化学剂开采法，以方法主要是利用某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等来改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，以达到分解的目的；

(三)降压开采法，以方法主要是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而促使天然气水合物分解，开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法。

降压开采法与热力开采法、化学剂开采法相结合的开采，可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。目前，研究出天然气水合物有效、快速、经济的开采方法，为大规模开采天然气水合物提供实验基础和依据，是缓解与日俱增的能源压力的有效途径。

由于各地的地质条件和天然气水合物的成分不同，形成机制各异，所以一般通过模拟实验进行研究，直接指导勘查开发。但现有的实验设备相对比较简单，难以满足目前海洋天然气水合物的研究需要，同时完全为海洋天然气水合物勘探开发服务的专业模拟实验室还比较少。尤其是三维的天然气水合物开采井网布置的方法和装置还未见诸报道。

因此，现有技术有待于完善和发展。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种专业模拟海洋天然气水合物开采的天然气水合物三维井网装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种天然气水合物三维井网装置，包括密封的模拟腔，以及由若干伸入模拟腔内部的井簇形成的井网，所述井簇包括：

垂直井簇，由1根或者若干根垂直井管组成，各根垂直井管分别伸入至模拟腔内不同深度的水平层面上；

水平井簇，由1根水平井管组成，所有水平井管均位于上述水平层面上，各根水平井管分别伸入并水平贯穿模拟腔，直到水平井管的末端面紧贴模拟腔内壁面。

所述的天然气水合物三维井网装置，所述水平井簇平均分布在模拟腔内各水平层面上，使各水平层面上分别分布有1组或者3组水平井簇。

所述的天然气水合物三维井网装置，在所述各水平层面上分布的水平井簇位置如下：在1组的情形下，该1组水平井簇位于该水平层面的中心位置；在3组的情形下，其中1组水平井簇位于该水平层面的中心位置，另外2组分别位于模拟腔内部该水平层面的边缘。

所述的天然气水合物三维井网装置，伸入模拟腔内部的垂直井簇有数组，其中1组作为垂直中心井簇，设在模拟腔垂直方向上的中心，其余各组作为垂直旁侧井簇，垂直旁侧井簇呈正方形分布，并紧贴三维模型模拟腔内壁面。

所述的天然气水合物三维井网装置，所述垂直井簇有5组或9组。

所述的天然气水合物三维井网装置，所述模拟腔由上法兰、筒体和下法兰通过螺栓固定密封而形成。

所述的天然气水合物三维井网装置，所述模拟腔的内壁侧设有可拆卸的绝热板。

所述的天然气水合物三维井网装置，所述模拟腔的耐压范围为5～40MPa。

所述的天然气水合物三维井网装置，所述模拟腔为容积50～500L的球形或圆柱形或方形不锈钢反应釜，且模拟腔内三维空间长度范围为50～1000mm。

采用上述方案，本发明的装置可以用于综合研究天然气水合物的各种开采机理、开采动态，并对各种开采方法进行优化和综合评价，其优点是：

1、在利用本发明的装置进行模拟实验时，可以同时模拟复杂条件下利用垂直井和水平井开采天然气水合物；

2、利用本发明的装置可模拟多种不同的天然气水合物开采方法；

3、本装置中利用模拟腔内壁侧可拆卸的绝热板，可以方便实现各种边界条件下的天然气水合物生成和开采情况。

附图说明

图1是本发明的天然气水合物三维井网装置的剖面结构示意图；

图2是本发明一种实施例中模拟腔的俯视结构示意图。

具体实施方式

本发明的天然气水合物三维井网布置在耐高压三维模型中，由垂直井簇和水平井簇组成，各井簇由若干根井管组成并形成三维模型内部的复杂的井网分布。通过本发明实验装置进行模拟，可以为天然气水合物开采提供依据，同时也可为天然气开采过程中开采井的布置方法提供参考。

天然气水合物三维井网布置在三维模型中，所述三维模型由上法兰、筒体和下法兰通过若干螺栓固定密封而形成模拟腔。所述模拟腔的内壁侧设有可拆卸的绝热板。所述三维模型的耐压范围为5～40MPa，模拟腔为容积50～500L的球形或圆柱形或方形不锈钢反应釜，且模拟腔内三维空间长度范围为50～1000mm；

三维模型上设有若干伸入模拟腔内部的井簇，包括垂直井簇和水平井簇，所述各井簇由1根或者若干根井管组成并形成三维模型内部的井网。将模拟腔沿垂直方向分为n(n为正整数)个水平层面。各垂直井簇由n根垂直井管组成，各根垂直井管分别伸入至模拟腔内的n个不同深度的水平层面上。各水平井簇由1根水平井管组成，所有水平井管均位于上述水平层面上，各根水平井管分别伸入并水平贯穿模拟腔，直到水平井在三维模型内的末端面紧贴模拟腔内壁面。水平井簇共有n组或者3n组，平均分布在上述各水平层面上，各水平层面上分别分布有1组或者3组水平井簇。

优选伸入模拟腔内部的垂直井簇有5组或9组：在5组的情形下，其中4组作为垂直旁侧井簇；在9组的情形下，其中8组作为垂直旁侧井簇。4组或8组垂直旁侧井簇呈正方形分布，并紧贴三维模型模拟腔内壁面(在模拟腔的内壁侧设有绝热板时，各组垂直旁侧井簇紧贴绝热板)，而剩余的1组作为垂直中心井簇，设在垂直旁侧井簇的正中央，即模拟腔垂直方向上的中心。

优选伸入模拟腔内部的水平井簇在各个水平层面上均有1组或者3组：在1组的情形下，该组水平井簇位于该水平层面的中心位置；在3组的情形下，其中1组位于该水平层面的中心位置，另外2组分别位于模拟腔内部该水平层面的边缘。

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

附图标记说明：1-三维模型；2-模拟腔；3-上法兰；4-筒体；5-下法兰；6-螺栓；7-绝热板；8-垂直中心井簇；9-垂直旁侧井簇；10-水平井簇。

图1和图2给出了本发明的较佳的一种实施方式，在本发明的装置，即三维模型1中，模拟腔2包括上法兰3、筒体4、下法兰5，并通过螺栓6密封。取n＝3，将模拟腔2沿垂直方向分为3个水平层面，即A-A面，B-B面和C-C面。

如图1和图2所示，伸入模拟腔2内部的垂直井簇有9组，其中1组为垂直中心井簇8，设在垂直旁侧井簇9的正中央，即模拟腔2垂直方向上的中心，8组为垂直旁侧井簇9，呈正方形分布，并紧贴三维模型1中模拟腔2内壁面。在模拟腔2的内壁侧设有绝热板7时，各组垂直旁侧井簇9紧贴绝热板7。各垂直井簇均由3根垂直井管组成，各根垂直井管分别伸入至模拟腔2内的3个不同深度的水平层面上，即A-A面，B-B面和C-C面。

如图1和图2所示，各水平井簇10由1根水平井管组成，所有水平井管均位于上述水平层面上，即A-A面，B-B面和C-C面，各根水平井管分别伸入并水平贯穿模拟腔2，直到水平井管在三维模型内的末端面紧贴模拟腔2内壁面。伸入模拟腔2内部的水平井簇10在各个水平层面上均有3组，其中1组位于该水平层面的中心位置，另外2组分别位于模拟腔2内部该水平层面的边缘。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种天然气水合物三维井网装置，其特征在于，包括密封的模拟腔，以及由若干伸入模拟腔内部的井簇形成的井网，所述井簇包括：

2.根据权利要求1所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，所述水平井簇平均分布在模拟腔内各水平层面上，使各水平层面上分别分布有1组或者3组水平井簇。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，在所述各水平层面上分布的水平井簇位置如下：在1组的情形下，该1组水平井簇位于该水平层面的中心位置；在3组的情形下，其中1组水平井簇位于该水平层面的中心位置，另外2组分别位于模拟腔内部该水平层面的边缘。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，伸入模拟腔内部的垂直井簇有数组，其中1组作为垂直中心井簇，设在模拟腔垂直方向上的中心，其余各组作为垂直旁侧井簇，垂直旁侧井簇呈正方形分布，并紧贴三维模型模拟腔内壁面。

5.根据权利要求3所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，所述垂直井簇有5组或9组。

6.根据权利要求1至5任一所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，所述模拟腔由上法兰、筒体和下法兰通过螺栓固定密封而形成。

7.根据权利要求6所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，所述模拟腔的内壁侧设有可拆卸的绝热板。

8.根据权利要求7所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，所述模拟腔的耐压范围为5～40MPa。

9.根据权利要求8所述的天然气水合物三维井网装置，其特征在于，所述模拟腔为容积50～500L的球形或圆柱形或方形不锈钢反应釜，且模拟腔内三维空间长度范围为50～1000mm。