CN103982163B - 一种海洋天然气水合物单井降压开采系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海洋天然气水合物单井降压试开采方法，包括综合监测井钻井阶段、生产井浅部钻井阶段、分解监测井钻井阶段、钻心采样阶段、环境监测装置安装阶段、生产井深部钻井与开采阶段、封井与设备回收阶段等7个阶段。本方法具有生产井、综合监测井、分解监测井和环境监测装置，即能够获得全面开采数据又保证了天然气水合物开采的安全；本发明的方法由于采用两口监测井对生产井的开采进行全程监测，可以获得试开采过程的地层温度变化、水合物层内流动数据等，可以保证天然气水合物试开采井的安全运行；本发明的方法中生产井采用分段钻进、固井，可以防止水合物井压突然升高造成井喷，保证生产井的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底油气资源的开采方法，特别是涉及一种海洋天然气水合物单井降压开采系统及方法，属于海洋油气藏资源开采技术领域。
背景技术
天然气水合物广泛分布于海洋大陆架沉积层中，是一种储量巨大的清洁能源，21世纪有望成为替代石油、煤炭的主要能源。目前最具有应用前景的海洋天然气水合物开采方法是降压法，即通过钻井使地层压力降低，天然气水合物分解，分解气和水在泵的抽提下沿井筒上升至水面开采平台，从而实现天然气的持续生产。降压法，不需要额外的分解能量，是一种具有较高经济性、环境友好的天然气水合物开采方法。
在进行海洋天然气水合物开采钻井时，传统钻井技术的设备、工程设计、施工工艺等都需要改进。目前大多数研究人员预想的海洋天然气水合物开采钻井过程包括三个阶段：
第一阶段，获取天然气水合物岩心，以分析海底沉积层中天然气水合物的赋存状态。
第二阶段，开采，以试验目的为主，主要评价开采的稳定性、安全性。
第三阶段，大量开采，即稳定生产过程。
根据海洋天然气水合物开采钻井的要求，一般认为采用钻探船或者半潜式钻井平台等浮式钻井平台更加适用于海洋天然气水合物开采。从目前的海洋钻井技术水平来看，可以从第一阶段和第二阶段开展初步的尝试，即在天然气水合物充分发育的海域开展获取岩心、单井开采的初步探索。然而，天然气水合物的开采不同于常规海洋油气开采，目前也没有海洋天然气水合物开采的钻井实例，针对海洋天然气水合物开采如何进行布井也没有十分明确的方案。
发明内容
本发明针对海洋天然气水合物钻心取样和开采中的技术不足和缺陷，提供一种海洋天然气水合物单井降压开采系统及方法，可以实现海洋天然气水合物的钻心取样和安全开采。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种海洋天然气水合物单井降压开采系统，整个开采系统包括综合监测井、生产井、分解监测井、钻心采样井和环境监测装置，共五个部分；
(1)综合监测井包括综合监测井套管、综合监测井传感器、综合监测井固井水泥、综合监测井井口装置和综合监测井电缆；综合监测井穿透水合物层钻进至下覆层顶部，综合监测井套管外壁设有传感器，固井水泥用于固井，井口装置设于井口并通过数据电缆至水面开采平台。
(2)生产井包括生产井套管、生产井固井水泥、生产井井口保护装置、生产井防井喷装置、生产井防砂装置、潜水泵、气水封隔器、天然气管路和水管路。生产井分为浅部生产井和深部生产井二部分，浅部生产井钻进至盖层底部，下套管，固井水泥固井后设置井口保护装置。深部生产井则先移除浅部生产井的井口保护装置，设置防井喷装置和气水举升器，继续钻进生产井至水合物上层，下套管、固井，设置防砂装置，设置水泵、气水封隔器等水下设备，连接天然气管路和水管路，连接综合监测井和分解监测井的电缆。
(3)分解监测井钻井包括分解监测井套管、分解监测井传感器、分解监测井固井水泥、分解监测井井口装置和分解监测井电缆；分解监测井钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管，套管外壁设有传感器，固井水泥固井后，最后设置井口装置，连接电缆至水面开采平台。
(4)钻心采样井：钻心采样井钻进至水合物层，采用保压采样装置(PTCS)采样。
(5)环境监测装置：环境监测装置由在海底铺设的甲烷泄漏和地震监测传感器阵列构成，通过数据电缆连接至水面开采平台。
上述的五个部分共同配合构成海洋天然气水合物单井降压开采系统。
上述开采系统的开采过程包括综合监测井钻井阶段、生产井浅部钻井阶段、分解监测井钻井阶段、钻心采样阶段、环境监测装置安装阶段、生产井深部钻井与开采阶段、封井与设备回收阶段等7个阶段。各阶段具体如下：
一、综合监测井钻井阶段：综合监测井穿透水合物层钻进至下覆层顶部(可采用随钻录井进行测井)，钻井完成后下综合监测井套管；综合监测井套管外壁设有温度传感器、光纤传感器等传感器，作为监测设备；用固井水泥固井后，再设置井口装置，连接数据电缆至水面开采平台，完成测井数据采集后封闭井口，断开数据电缆连接。
二、生产井浅部钻井阶段：生产井浅部钻井钻进至盖层底部，下套管，固井水泥固井后设置井口保护装置。
三、分解监测井钻井阶段：分解监测井钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管，套管外壁设有传感器，固井水泥固井后，最后设置井口装置，连接电缆至水面开采平台，完成数据采集后关井，断开电缆连接。
四、钻心采样阶段：钻心井钻进至水合物层，采用保压采样装置(PTCS)采样，采样完成后直接封井。
五、环境监测装置安装阶段：在海底铺设甲烷泄漏和地震监测传感器阵列，连接数据电缆至水面开采平台。
六、生产井深部钻井与开采阶段：首先通过综合监测井采集地层数据，然后移除生产井浅部钻井井口的保护装置，设置防井喷装置和气水举升器，继续钻进生产井至水合物上层，下套管、固井，设置防砂装置，设置水泵、气水封隔器等水下设备，连接天然气管路和水管路，连接综合监测井和分解监测井的电缆，开始开采。
七、封井与设备回收阶段：生产井的防井喷装置在开采结束后操作关井，抑制井压使水合物停止分解，断开与水面开采平台的连接，切断套管然后封井，通过综合监测井采集地层数据，回收综合监测井的井口设备、封井，回收环境监测设备，待分解监测井监测到地层温度恢复稳定后回收分解监测井井口设备、封井，完成整个开采过程。
本发明的有益效果是：
1.本发明的方法具有生产井、综合监测井、分解监测井和环境监测装置，即能够获得全面开采数据又保证了天然气水合物开采的安全；
2.本发明的方法由于采用两口监测井对生产井的开采进行全程监测，可以获得开采过程的地层温度变化、水合物层内流动数据等，可以保证天然气水合物开采井的安全运行；
3.本发明的方法中生产井采用分段钻进、固井，可以防止水合物井压突然升高造成井喷，保证生产井的安全。
附图说明
图1是本发明的整体布井图。
图2是综合监测井钻井阶段示意图。
图3是生产井浅部钻井阶段示意图。
图4是分解监测井钻井阶段示意图。
图5是钻心采样阶段示意图。
图6是环境监测装置安装阶段示意图。
图7是生产井深部钻井与开采阶段示意图。
图8是封井与设备回收阶段示意图。
图中：1综合监测井；2钻心采样井；3生产井；4分解监测井；5环境监测装置；
11综合监测井套管；12综合监测井传感器；13综合监测井固井水泥；
14综合监测井井口装置；15综合监测井电缆；
21生产井套管；22生产井固井水泥；23生产井井口保护装置；
31分解监测井套管；32分解监测井传感器；33分解监测井固井水泥；34分解监测井井口装置；35分解监测井电缆；
41水合物采样钻头；
51环境监测装置传感器；
61生产井防井喷装置；62生产井防砂装置；63潜水泵；64气水封隔器；65天然气管路；66水管路。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
系统包括如图1所示的综合监测井1，钻心采样井2，生产井3，分解监测井4和环境监测装置5。各个阶段的钻井及开采过程如下：
1).如图2所示，在确定了开采钻位后开始钻综合监测井1，采用随钻录井钻头11进行钻进，穿透水合物层钻进至下覆层顶部，钻井完成后下套管12，套管外壁设有温度传感器13等监测设备，然后固井，最后设置井口设备14，连接数据电缆15至水面开采平台，完成测井数据采集后封闭井口，断开数据电缆连接；
2)如图3所示，所述生产井浅部钻井阶段中，生产井分两段钻井钻进至盖层底部，下套管21、用固井水泥22固井后设置井口保护装置23；
3).如图4所示，所述分解监测井钻井阶段中，钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管31(套管外壁设有传感器32)、用固井水泥33固井，最后设置井口设备34，连接电缆35至水面开采平台，完成数据采集后关井，断开电缆连接；
4).如图5所示，所述钻心采样阶段中，钻进至水合物层，采用保压采样装置(PTCS)41对水合物采样，采样完成后直接封井；
5).如图6所示，所述环境监测装置安装阶段中，铺设海底甲烷泄漏和地震监测传感器阵列51；
6).如图7所示，所述生产井深部钻井与开采阶段中，首先通过综合监测井采集地层数据，然后移除生产井井口保护装置，设置防井喷装置61和气水举升器，继续钻进生产井至水合物上层，下套管、固井，设置防砂装置62，设置水泵63、气水封隔器64等水下设备，连接气体管路65和水管路66，连接综合监测井和分解监测井的电缆，开始开采；
7).如图8所示，所述封井与设备回收阶段中，生产井的防井喷装置在开采结束后操作关井，抑制井压使水合物停止分解，断开与水面开采平台的连接，切断套管然后封井，通过综合监测井采集地层数据，回收综合监测井的井口设备、封井，回收环境监测设备，待分解监测井监测到地层温度恢复稳定后回收分解监测井井口设备、封井，完成整个开采过程。
Claims (2)
1.一种海洋天然气水合物单井降压开采系统，其特征在于，整个开采系统包括综合监测井、生产井、分解监测井、钻心采样井和环境监测装置，共五个部分，各部分具体如下：
(1)综合监测井钻井
综合监测井钻井包括综合监测井套管、综合监测井传感器、综合监测井固井水泥、综合监测井井口装置和综合监测井电缆；综合监测井穿透水合物层钻进至下覆层顶部，综合监测井套管外壁设有传感器，固井水泥用于固井，井口装置设于井口并通过数据电缆连接至水面开采平台；
(2)生产井
生产井分为浅部生产井和深部生产井二部分，包括生产井套管、生产井固井水泥、生产井井口保护装置、生产井防井喷装置、生产井防砂装置、潜水泵、气水封隔器、天然气管路和水管路；浅部生产井钻进至盖层底部，下套管，固井水泥固井后设置井口保护装置；深部生产井则先移除浅部生产井的井口保护装置，设置防井喷装置和气水举升器，继续钻进生产井至水合物上层，下套管、固井，设置防砂装置，设置水泵、气水封隔器，连接天然气管路和水管路，连接综合监测井和分解监测井的电缆；
(3)分解监测井钻井
分解监测井钻井包括分解监测井套管、分解监测井传感器、分解监测井固井水泥、分解监测井井口装置和分解监测井电缆；分解监测井钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管，套管外壁设有传感器，固井水泥固井后，最后设置井口装置，连接电缆至水面开采平台；
(4)钻心采样井
钻心采样井钻进至水合物层，采用保压采样装置采样；
(5)环境监测装置
环境监测装置由在海底铺设的甲烷泄漏和地震监测传感器阵列构成，通过数据电缆连接至水面开采平台。
2.一种海洋天然气水合物单井降压开采方法，包括综合监测井钻井阶段、生产井浅部钻井阶段、分解监测井钻井阶段、钻心采样阶段、环境监测装置安装阶段、生产井深部钻井与开采阶段，封井与设备回收阶段，共七个阶段，其特征在于：
一、综合监测井钻井阶段：综合监测井穿透水合物层钻进至下覆层顶部，钻井完成后下综合监测井套管；综合监测井套管外壁设有温度传感器、光纤传感器，作为监测设备；用固井水泥固井后，再设置井口装置，连接数据电缆至水面开采平台，完成测井数据采集后封闭井口，断开数据电缆连接；
二、生产井浅部钻井阶段：生产井浅部钻井钻进至盖层底部，下套管，固井水泥固井后设置井口保护装置；
三、分解监测井钻井阶段：分解监测井钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管，套管外壁设有传感器，固井水泥固井后，最后设置井口装置，连接电缆至水面开采平台，完成数据采集后关井，断开电缆连接；
四、钻心采样阶段：钻心井钻进至水合物层，采用保压采样装置采样，采样完成后直接封井；
五、环境监测装置安装阶段：在海底铺设甲烷泄漏和地震监测传感器阵列，连接数据电缆至水面开采平台；
六、生产井深部钻井与开采阶段：首先通过综合监测井采集地层数据，然后移除生产井浅部钻井井口的保护装置，设置防井喷装置和气水举升器，继续钻进生产井至水合物上层，下套管、固井，设置防砂装置，设置水泵、气水封 隔器，连接天然气管路和水管路，连接综合监测井和分解监测井的电缆，开始开采；
七、封井与设备回收阶段：生产井的防井喷装置在开采结束后操作关井，抑制井压使水合物停止分解，断开与水面开采平台的连接，切断套管然后封井，通过综合监测井采集地层数据，回收综合监测井的井口设备、封井，回收环境监测设备，待分解监测井监测到地层温度恢复稳定后回收分解监测井井口设备、封井，完成整个开采过程。
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