CN105422054B - 海域成岩天然气水合物试采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海域成岩天然气水合物试采方法，所述海域成岩天然气水合物试采方法包括步骤：依托海上浮式钻井装置，在钻探的试采井中向天然气水合物层位下入带孔套管，所述带孔套管的顶端安装立式采油树，在所述带孔套管中坐封封隔器；在所述封隔器的密封筒中下入由钻杆和油管组成的测试管柱，所述测试管柱的顶端延伸至所述海上浮式钻井装置；利用所述测试管柱或所述测试管柱和所述油管之间的环形通道建立天然气水合物分解后的多相流体的上升通道，以将所述多相流体举升至所述海上浮式钻井装置。本发明的试采方法是海上成岩水合物试采的安全、经济、高效的试采方法。
Description
技术领域
本发明涉及新能源油气资源开发技术领域，尤其涉及一种海域成岩天然气水合物试采方法。
背景技术
海域天然气水合物主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地内、满足水合物生成温压条件的表层沉积物或沉积岩中，也可散布于洋底以颗粒状出现。目前发现的水合物主要以四种形态存在：砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型水合物、分散型水合物。
现有技术中，针对海域成岩天然气水合物试采技术，主要包括降压法、注热法、注化学剂、CO2置换法等。目前海上天然气水合物试采工程实施技术为：依托深水钻井平台、采用常规深水测试装备等配套设施实施试采技术验证。2013年3月12日，日本在其近海爱知海1200米水深、海底约300米储层应用降压法成功进行了海域天然气水合物藏第一次生产测试，即采用深水钻井装备+水下测试装备完成。其面临的主要技术问题是试采工程实施费用高。
同时从目前国际上实施过短期试采测试的情况看，目前天然气水合物安全、高效、经济开发的技术没有根本突破，常规试采工程设备复杂、投资大，迫切需要一种更为经济的海域试采工程实施方法，为试采新技术的验证、改进提供支持。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种安全、经济、高效的海域成岩天然气水合物试采方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海域成岩天然气水合物试采方法，所述海域成岩天然气水合物试采方法包括步骤：依托海上浮式钻井装置，在钻探的试采井中向天然气水合物层位下入带孔套管，所述带孔套管的顶端安装立式采油树，在所述带孔套管中坐封封隔器；在所述封隔器的密封筒中下入由钻杆和油管组成的测试管柱，所述测试管柱的顶端延伸至所述海上浮式钻井装置；利用所述钻杆和所述连续油管之间的环形通道建立天然气水合物分解后的多相流体的上升通道，以将所述多相流体举升至所述海上浮式钻井装置。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，所述天然气水合物取样与试采步骤在海上同步进行，在成岩天然气水合物海域钻取样井和至少一口测试井，在进行试采时，所述取样井转化为所述试采井。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，在进行所述试采井完井时，井口头为常规井口头或简易井口头。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，所述海上浮式钻井装置为深水钻井平台、深水勘察船或多功能支持船。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，所述海上浮式钻井装置为具有包括电阻率和γ射线在内的基本测井装备、对举升至海面的所述多相流体的进行收集和后期处理的分离处理设备以及控制所述测试管柱或环形通道内压力的压力控制系统的海上浮式钻井装置。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，所述多相流体中的所述天然气水合物通过注热、注剂或降压发生自分解，分解后的包含气、水、少量沙的所述多相流体通过钻杆和连续油管之间的环形通道向上运移，因温度不断升高、压力不断减小而分解得到天然气实现举升过程的自气举。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，在所述海上浮式钻井装置的所述压力控制系统上配有调节阀或控压装置，以通过背压调节控制钻杆和连续油管之间的环形通道中的所述天然气水合物的分解速度。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，在进行海域天然气水合物钻探并获取天然气水合物岩心后，根据所述测试井测井信号、样品信息确定试采天然气水合物层位；当所述测试井的测井出现高电阻的特征时，结合所在试采区域地球物理解释，确定所述试采井的钻深和钻探范围。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，还包括步骤：从所述连续油管，向所述天然水合物层位注热或注化学药剂或注热循环或注化学药剂循环方式，使所述天然气水合物分解，进行吞吐或循环测试。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，所述海上浮式钻井装置上还具有火炬燃烧系统，所述分离处理设备处理后的天然气进入所述火炬燃烧系统燃烧。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，所述试采井完井包括步骤：下入所述带孔套管；下入所述封隔器，投球坐封封隔器；起出封隔器坐放管柱；安装所述立式采油树；接连续油管防喷器，接防喷管线到所述海上浮式钻井装置的所述火炬燃烧系统的燃烧臂或所述分离处理设备；在所述封隔器的密封筒中下入所述测试管柱。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，在所述试采井完井步骤之后，还包括产能测试步骤：向所述天然气水合物层位挤注化学药剂或水合物分散剂；如果水合物分解气不能直喷，则接连续油管注入头，在所述测试管柱内下入连续油管并替入诱喷液体，进行放喷或循环放喷测试。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，还包括降压试采的步骤：通过调节地面连续油管防喷装置的翼阀开度，降低所述环形通道内的压力，使所述天然气水合物发生自分解而进行试采。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，优选的，还包括步骤：通过所述测试井向所述试采井注入水、热或化学药剂，使所述天然气水合物层位发生分解并进行驱替测试。
本发明的有益效果在于：本发明是一种天然气水合物取样依托深水钻井平台、深水勘察船、多功能支持船等海上浮式钻井装置(或称海面浮式钻井装置、海上浮式支持平台和多功能支持船)，在钻探取样获取水合物岩心后，利用带孔套管和封隔器完井后，采用钻杆/油管组合实施海域成岩天然气水合物试采的创新技术和工艺。本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，是借助海域天然气水合物取样工程实施，依托海上浮式钻井装置进行海域成岩天然气水合物试采的安全、经济、高效的技术方法，取样和试采同时在海上实施。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，在深水钻井平台、深水勘察船、多功能支持船等海上浮式钻井装置成功实施钻探取样后，依托海上浮式钻井装置+带孔套管+封隔器完井+钻杆/油管实施海域成岩水合物的试采，通过深水勘察船或多功能支持船或深水半潜式钻井平台，可以节省大量费用，同时在世界海域天然气水合物试采史上尚属空白。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，水合物层位的钻探采用深水钻井平台、深水勘察船、多功能支持船进行无隔水管钻井，不再需要使用成本高昂的深水钻井隔水管、水下防喷器和水下测试树。
本发明的海域成岩天然气水合物试采方法，可以采用简易水下井口头，通过带孔套管和封隔器完井，利用钻杆/油管实现全部或部分分解的水合物-气-水返回地面处理设施，从而实施海域成岩天然气水合物的试采。
由于本发明使用海上浮式钻井装置，取样的同时同步实施试采，所需设施简单，从而为海域水合物试采技术的工程测试提供一种安全、经济技术思路。
附图说明
图1为本发明实施例的海域成岩天然气水合物试采方法的测试井与取样井布置以及试采井完井示意图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
为使说明书简洁，本说明书中，天然气水合物简称为水合物。且本发明所说的成岩天然气水合物，是指海域成岩天然气水合物。本发明的成岩天然气水合物试采方法，需要依托海上浮式钻井装置，海上浮式钻井装置优选的是深水钻井平台、深水勘察船或多功能支持船。以下以深水勘察船作为海上浮式钻井装置为例介绍本发明实施例的海域成岩天然气水合物试采方法。
本发明实施例的海域成岩天然气水合物试采方法，如图1所示，其思路和原理是：深水勘察船1成功实施海域水合物钻探并获取水合物岩心后，根据测试井6测井信号、样品信息，确定试采水合物层位8，采用深水勘察船1无隔水管形式进行钻进，钻至水合物层位8后，下入带孔套管4和封隔器5，将钻杆2/油管10组成的测试管柱插入封隔器5密封筒内作为井下与地面的循环通道，泵入化学药剂，使成岩水合物在地下(井下)气化后，通过带孔套管4的孔进入带孔套管4内，以钻杆2/油管10作为水合物-气-水等上返通道，并可向带孔套管4实施注剂、注热等操作，在深水勘察船1上配备压力控制系统、火炬燃烧系统，从而保证试采过程的安全、达到快速实施海上水合物试采的目的。
本发明实施例的海域成岩天然气水合物试采方法，该试采方法中天然气水合物取样与试采步骤在海上同步进行，在所述成岩天然气水合物海域钻进取样井7和至少一口测试井6，在进行试采时，取样井7转化为试采井7。
本发明实施例的海域成岩天然气水合物试采方法，具体步骤和主要装备依次介绍如下：
(一)水合物测试井测试
在试采区域钻进测试井。
在作为海上浮式钻井装置的深水勘察船1上，应配备地面测试设备，基本测井装备要求有电阻率、γ射线等。
在试采区域进行钻探，应用钻探随钻测试该试采区域的水合物地层，当出现电阻等异常时，结合所获取样品、地球物理特征，判断成岩水合物的层位和底界。
(二)水合物试采井布置和水合物层位确定
鉴于海洋水合物藏不具备完整的圈闭构造，因此试采井7布设方案为至少1口测试井6，但不限于是一口测试井6，可以在试采区域的地理边界布设多口测试井，以更精确确定试采区域的钻探范围。
测试井的作用，是用于通过测井、样品获取水合物的层位，同时在试采区域布设一口测试井，当测井信号出现高电阻等特征时，结合所在区域地球物理解释，确定水合物试采井7的钻深和钻探范围，从而确定水合物层位。
(三)水合物试采井的无隔水管钻井
本发明的成岩天然气水合物试采方法，在海域成岩水合物层钻进过程中，是采用无隔水管钻井，通过深水钻井液润滑钻头，当钻杆2钻穿测井异常水合物层位后，作为不再钻进的标志。
在钻进过程中，钻井深度要在水合物电阻异常层内、地震解释BSR(BottomSimulating，Reflector，海底模拟反射层)下方。钻杆2最大钻(下)入深度必须满足两点要求：
一是保证能将钻杆2起出地面；
二是破碎后的水合物-水多相流体不能通过钻杆2外部与试采地层之间的缝隙流窜至地面表层，钻进时控制钻杆2内部的循环排量和压力，使其压力小于钻杆2外部与试采区域之间地层的破裂压力；
(4)水合物试采井的带孔套管+封隔器完井
本发明实施例的试采方法，采用水下井口头和水下立式采油树3，以便于深水勘察船1漂移时的应急解脱；30”导管的下入深度应能满足钻水合物、或放喷气化水合物过程中，井口装置和立式采油树3不会倾斜或下沉。
水合物试采井的井眼尺寸须满足带孔套管4(13-3/8”或9-5/8”)的顺利下入；带孔套管4下入深度应确保在放喷测试时井壁稳定并具有简易防砂功能。
封隔器5作用是封隔带孔套管4与钻杆2环空，用于防止气化后的水合物从带孔套管4与钻杆2环空串流到地面而达不到产能测试地目的。
(5)水合物试采井的测试生产
本步骤中，基本的操作流程如下：
水面准备工作：连接好地面测试设备及试压工作、组合钻水合物的钻具组合(BHA)与mud mate、探泥面、水深后，记录水深与大钩悬重；
无隔水管钻井、测试：下入30”或30X20”导管(带Mud mate)到设计深度、解脱30”或30”X20”导管下入工具、钻17-1/2”或12-1/4”井眼到水合物埋藏深度；把井眼循环干净、进行钻杆2内电测、上提钻具到泥面9下一定深度，进行裸眼电测、井底垫高粘稠浆。
起甩钻具和取样；移井位、完成水合物取芯作业、起甩取芯工具。
试采井完井：如图1所示，测试井完井包括以下步骤：下入13-3/8”或9-5/8”带孔套管4、下入封隔器5、投球坐封封隔器5、起出封隔器坐放管柱、安装立式采油树3、起出立式采油树3坐放管柱、下入测试管柱(钻杆2+油管10)，接连续油管防喷器、接连续油管提升架、连接试压地面流程、测试管柱插入封隔器5密封筒；
产能测试：注热、挤注化学药剂或水合物分散剂、进行产能测试；如果水合物分解气不能自喷自举，接连续油管注入头；在测试管柱内下入连续油管、替入诱喷液体、放喷或循环放喷试采作业，在放喷过程中要防止生成新的水合物。
(六)安全控制
整个试采过程的压力安全由上部安全阀等控制。
降压测试，需要通过分离处理设备中的气液分离器前阀门开度调节背压，形成水合物分解的降压分解驱动力，从而实施降压开采；
注热和注化学药剂开采测试，则需如图1所示，要连接化学药剂系统、注热或注剂到测试管柱，通过测试管柱注入到水合物层位8，进行吞吐测试；也可以通过测试井6向试采井7进行注热、注剂驱替开采测试。
(七)多相流体举升管路
多相流体举升管路为测试管柱或测试管柱与连续油管之间的环形通道，是连接水合物层位8和海上浮式钻井装置的唯一通道。水合物层位8通过降压发生自分解，分解后的含有气、水、少量的沙的多相流体通过测试管柱内的通道向上运移，其间温度不断升高、压力不断减小，因此，水合物在上返运移过程中不断分解释放天然气实现自气举开采。
如果水合物分解气不能实现自气举开采，应在测试管柱内下入连续油管，通过连续油管向水合物层位8循环泵注化学药剂，使分解得到的天然气或多相流体上返到地面实现循环试采。
为了控制举升过程中水合物分解速度，在水面分离设施上配有调节阀，通过背压调节，控制分解速度。
(八)海上浮式钻井装置
深水勘察船、多功能支持船或深水钻井平台作为整个开采过程的终端，负责天然气-未分解完全水合物-海水-泥沙多相管流多相流体的收集与后期处理。处理后的天然气进入火炬系统燃烧。
综上上述，所述海上浮式钻井装置应具有：包括电阻率、γ射线在内的基本测井装备；对举升至海面的所述多相流体的收集和后期处理的分离处理设备；以及火炬燃烧系统、控制所述环形通道内压力的压力控制系统。
本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述海域成岩天然气水合物试采方法包括步骤：
依托海上浮式钻井装置，在钻探的试采井中向天然气水合物层位下入带孔套管，所述带孔套管的顶端安装立式采油树，在所述带孔套管中坐封封隔器；
在所述封隔器的密封筒中下入由钻杆和油管组成的测试管柱，所述测试管柱的顶端延伸至所述海上浮式钻井装置；
利用所述钻杆和所述油管之间的环形通道建立天然气水合物分解后的多相流体的上升通道，以将所述多相流体举升至所述海上浮式钻井装置。
2.如权利要求1所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述天然气水合物取样与试采步骤在海上同步进行，在成岩天然气水合物海域钻取样井和至少一口测试井，在进行试采时，所述取样井转化为所述试采井。
3.如权利要求2所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，在进行所述试采井完井时，井口头为常规井口头或简易井口头。
4.如权利要求2所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述海上浮式钻井装置为深水钻井平台、深水勘察船或多功能支持船。
5.如权利要求4所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述海上浮式钻井装置为具有包括电阻率和γ射线在内的基本测井装备、对举升至海面的所述多相流体进行收集和后期处理的分离处理设备以及控制所述测试管柱或环形通道内压力的压力控制系统的海上浮式钻井装置。
6.如权利要求1所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述多相流体中的所述天然气水合物通过注剂或降压发生自分解，分解后的包含气、水、少量沙的所述多相流体通过钻杆和连续油管之间的环形通道向上运移，因温度不断升高、压力不断减小而分解得到天然气实现举升过程的自气举。
7.如权利要求5所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，在所述海上浮式钻井装置的所述压力控制系统上配有调节阀或控压装置，以通过背压调节控制钻杆和连续油管之间的环形通道中的所述天然气水合物的分解速度。
8.如权利要求7所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，
在进行海域天然气水合物钻探并获取天然气水合物岩心后，根据所述测试井测井信号、样品信息确定试采天然气水合物层位；
当所述测试井的测井出现高电阻的特征时，结合所在试采区域地球物理解释，确定所述试采井的钻深和钻探范围。
9.如权利要求8所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，还包括步骤：从所述连续油管，向所述天然水合物层位注热或注化学药剂，使所述天然气水合物分解，进行吞吐或循环测试。
10.如权利要求8所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，还包括步骤：从所述连续油管，向所述天然水合物层位注热循环或注化学药剂循环方式，使所述天然气水合物分解，进行吞吐或循环测试。
11.如权利要求9或10所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述海上浮式钻井装置上还具有火炬燃烧系统，所述分离处理设备处理后的天然气进入所述火炬燃烧系统燃烧。
12.如权利要求11所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，所述试采井完井包括步骤：
下入所述带孔套管；
下入所述封隔器，投球坐封封隔器；
起出封隔器坐放管柱；
安装所述立式采油树；
接连续油管防喷器，接防喷管线到所述海上浮式钻井装置的所述火炬燃烧系统的燃烧臂或所述分离处理设备；
在所述封隔器的密封筒中下入所述测试管柱。
13.如权利要求12所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，在所述试采井完井步骤之后，还包括产能测试步骤：向所述天然气水合物层位挤注化学药剂；如果水合物分解气不能直喷，则接连续油管注入头，在所述测试管柱内下入连续油管并替入诱喷液体，进行放喷。
14.如权利要求12所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，在所述试采井完井步骤之后，还包括产能测试步骤：向所述天然气水合物层位挤注水合物分散剂；如果水合物分解气不能直喷，则接连续油管注入头，在所述测试管柱内下入连续油管并替入诱喷液体，进行循环放喷测试。
15.如权利要求12所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，还包括降压试采的步骤：通过调节地面连续油管防喷装置的翼阀开度，降低所述环形通道内的压力，使所述天然气水合物发生自分解而进行试采。
16.如权利要求2所述的海域成岩天然气水合物试采方法，其特征在于，还包括步骤：通过所述测试井向所述试采井注入水、热或化学药剂，使所述天然气水合物层位发生分解并进行驱替测试。
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