CN105715236A - 可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术 - Google Patents

Abstract

该发明属地下能源开发储层改造。其特征在于开采原理是井网环保联合低压过冷液化技术。采用井网过冷液化技术使可燃冰液化，变为过冷流体，游离甲烷；同时采用井网扩大纳米孔缝降低孔缝压力、单井抽排降低井底附近压力、多井压降叠加整体降低井控区域压力，联合降低压力，实现可燃冰储层整体低压；综合采用二氧化碳水合物或氮气水合物置换、地热升温等措施，快速高效提高整个开发区可燃冰液化游离甲烷速度。多时段少吞快吐；游离的甲烷气只在可燃冰地层内部、井筒管内和集输管网内部流动；自生二氧化碳水合物、氮气水合物置换游离甲烷的空隙，这三个措施确保安全、环保地控制可燃冰工业化开采，防止井喷事故，防止海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。

Description

可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术

技术领域：

本发明属于地下能源开发增储增产储层改造中压裂使用的压裂液，特别提供可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术。

注：溶解是指溶质分散于溶剂中成为溶液的物理过程。

技术背景：

海水温度随海水深度的增加，温度下降。在水深350米左右处的恒温层的温度32℃～25℃。海水深度再增加，进入温跃层，温度急剧下降，海水温度从25℃下降到2℃。超过温跃层，海水温度2℃～1℃。海水盐度随海水深度的增加而增加。海水温度随海水深度的增加，压力上升。当海水温度下降到10℃以下，压力上升到10MPa以上，甲烷、乙烷等烃类、二氧化碳、氮气会形成水合物。

据国际地质勘探组织估算，全世界深海中“可燃冰”的蕴藏甲烷储量足以超过2.84×10²¹m³，是常规气体能源储存量的1000倍，且在这些“可燃冰”层下还可能蕴藏着1.135×10²⁰m³的天然气。可燃冰使用方便，燃烧值高，清洁无污染。“可燃冰”足够人类使用1000年，具有广阔的开发前景。

中国在南海北部陆坡西沙海槽、东沙、神狐及琼东南等海域发现了可燃冰有利区。中国在高纬度多年冻土东北地区和高海拔多年冻土西部高山高原及东部一些较高山地(如大兴安岭南端的黄岗梁山地、长白山、五台山、太白山)，发现中国大陆永久冻土赋存大量的可燃冰。

按照分布分类，可以分为大陆永久冻土可燃冰、海底淤泥可燃冰、海底岩石可燃冰。

中国海底淤泥和海底岩石赋存大量的可燃冰。我国首次发现世界上规模最大的“冷泉”碳酸盐岩“可燃冰”分布区，其面积约为430平方公里。

中国海底冷泉碳酸盐岩、自生碳酸盐岩发现可燃冰。中国大陆砂岩、粉砂岩、泥岩的永久冻土发现可燃冰。

美国、日本等很多国家都发现并试采出可燃冰，目前还没有成功工业化开采。环保、降压、过冷液化是可燃冰开采的三大难题。环保、降压、过冷液化又是一个系统工程。

本发明的目的是提供一种可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术。

本发明有实现可燃冰工业化生产的三点关键创新：

第一，同时进行低压过冷液化技术降低凝固点，提高可燃冰完全游离甲烷速度。

第二，联合低压。采用扩大纳米孔缝降低孔缝压力、单井抽排降低井底附近压力、多井压降叠加整体降低井控区域压力三种降压降凝方法，联合降低压力，实现可燃冰储层快速整体低压降凝，提高了可燃冰快速整体游离甲烷速度。

第三，可燃冰整个生产过程完全安全环保。

1.联合低压过冷液化技术使可燃冰液化游离的甲烷气只在可燃冰地层内部、井筒管内和集输管网内部流动。2.试验阶段采取多时段少吞快吐，可以控制可燃冰液化游离的甲烷。3.海底淤泥可燃冰储层采用自生二氧化碳水合物或氮气水合物置换游离甲烷的空隙。

可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术是可燃冰工业化生产的关键技术。

可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术需求量大、市场大、需求时间具有持久性。可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术的经济效益、社会效益都是难以估量的。可燃冰的工业化生产，完全改变能源格局，既保证了国家能源安全，又可以解决大量的就业，为国家创造大量经济收入。国际战略意义更是巨大。

实例1.本发明提供了一种海底淤泥可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术

一、单井吞吐试采试验

首先选择井网。从五点井网、七点井网、九点井网等选择井网，必须考虑中后期的注采井网。作为试采试验，先选九个五点井网钻井。

先选钻一口井，井筒套管细孔筛管完井，做试采试验。特别注意：在井筒海底淤泥可燃

冰中下层或海底岩层上部层位射孔。

第一步，15m³～30m³的洗井液，洗井液配方：0.5％地层自生清洁潜在酸CAP+0.5％固态清洁缓速酸CAr，清洗油水井井筒内的油、泥浆、沙石、钙镁铁垢等赃东西。用大排量正洗井。返排干净洗井残液。

第二步，150m³～300m³可燃冰过冷液化和纳米孔缝降压降凝剂SCD。根据可燃冰储层岩石选择SCD。假如是碳酸盐岩可燃冰储层，则

SCD_ca水溶液的配方：0.2％～5％过冷液化剂CLA_ca+0.2％～0.8％酸基压裂液VCFaca或溶解压裂液CFsca+0.2％～0.4％潜在酸CAPca+0.2％～0.4％缓速酸CArca+2％～12％[31％HCl]+0％～2％[40％HF]+84％～99.5％海水。

采用水力泵车或压裂车注入地层，排量0.5m³/min～1m³/min。

第三步，停注焖井3小时至8小时。

第四步，抽水泵排出注入液体，试采甲烷气。最好用吸附ANG技术或压缩CNG技术收集甲烷气。特别注意甲烷气的采集量，分析低压过冷液化游离甲烷速度，作为今后设计的重要参数。根据甲烷气量大小，制定安全措施。

重复第二至第四步，直至成功。逐步加大SCD的注入量。

二、井组吞吐试采试验

以五点井网为例，以第一口试采试验井为中心，按第一口吞吐试采试验井的成功经验，从单井吞吐试采试验第一步至第五步在其余四口井吞吐试验推广。总结井组吞吐开发技术。

三、区域多井组吞吐试采试验

按第一井组吞吐试采试验井的成功经验，所有井从单井吞吐试采试验第一步至第五步在区域多井组吞吐试验推广。总结区域多井组吞吐开发技术。

四、在第一井组注采试采试验

在第一井组中心井注SCD_ca水溶液，井组其余井持续排水采气。

五、区域多井组注采试采试验

六、第一井组自生二氧化碳水合物或氮气水合物置换试采试验

第一种置换，自生二氧化碳水合物置换。

第一井组采出亏空较大时，注入自生二氧化碳水合物生成剂CDH，在可燃冰储层自生二氧化碳水合物，二氧化碳水合物生成热使岩石热胀造缝，孔缝中二氧化碳水合物过冷冷胀造缝。二氧化碳水合物置换填补甲烷水合物游离后的空隙，稳定海底淤泥，保护海底淤泥环境，防止了海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难。

第二种置换，氮气水合物置换。

第一井组采出亏空较大时，注入氮气水合物生成剂NHG，在可燃冰储层生成氮气水合物，孔缝中氮气水合物过冷冷胀造缝。氮气水合物置换填补甲烷水合物游离后的空隙，稳定海底淤泥，保护海底淤泥环境，防止了海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难

七、第一井组生成氮气水合物置换试采试验

第一井组采出亏空较大时，注入氮气水合物生成剂NHG，在可燃冰储层生成氮气水合物，孔缝中氮气水合物过冷冷胀造缝。氮气水合物置换填补甲烷水合物游离后的空隙，稳定海底淤泥，保护海底淤泥环境，防止了海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难。

八、区域多井组自生二氧化碳水合物或氮气水合物置换试采试验

九、大面积推广试验。

实例2.本发明提供了一种海底岩层可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术

与实例1基本相同。不同的是：

1.在井筒海底岩层可燃冰层位射孔。

2.第六、第八自生二氧化碳水合物或氮气水合物置换，可以选择性试验；也可以不做。

实例3.本发明提供了一种陆地冰川冻土岩石可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术

与实例1基本相同。不同的是：

1.在井筒冻土岩石可燃冰层位射孔。

2.第六、第八自生二氧化碳水合物或氮气水合物置换，可以选择性试验；也可以不做。

实例3.本发明提供了一种煤层可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术

与实例1基本相同。不同的是：

1.在井筒煤层可燃冰层位射孔。

2.同时开采煤层气，并用二氧化碳水合物或氮气水合物置换，同时采出可燃冰固态甲烷气和煤层吸附态甲烷气。

Claims (9)

1. 发明所属技术领域：地下能源开发增储增产储层改造。

   1.可燃冰井网环保联合低压过冷液化开采技术，其特征在于开采原理是环保联合低压过冷液化技术，即联合降压过冷降凝(降低凝固点)。采用过冷液化技术使可燃冰过冷崩解融化液化，变为过冷流体，游离甲烷；同时采用联合低压，即三种降压降凝方法(扩大纳米孔缝降低孔缝压力、单井抽排降低井底附近压力、多井压降叠加整体降低井控区域压力)，联合降低压力，实现可燃冰储层整体低压；并配合低压过冷液化技术，综合采用二氧化碳水合物置换或氮气水合物置换、地热升温等措施，提高整个开发区可燃冰液化游离甲烷速度。重点是降低整个可燃冰开发区孔隙压力和过冷液化，实现联合低压过冷液化，区域降低凝固点，区域快速游离甲烷。根据这个原理，提高可燃冰甲烷游离速度的基本方法是：第一，用三种方法联合降压。溶解溶蚀扩大纳米孔缝，降低孔缝内的流体压力，提高孔缝内可燃冰甲烷游离逸出速度；单井排水降低井底附近压力，降低井底附近的压力，提高井底附近可燃冰甲烷游离逸出速度；多井压降叠加整体降低井控区域压力，提高整体井控区域可燃冰甲烷游离逸出速度。第二，降低固态可燃冰凝固点过冷崩解融化液化，彻底游离逸出甲烷。可燃冰工业化开扩大发的基本方法是：第一，选择井网类型钻井。从五点井网、七点井网、九点井网等注采井网中选择，最好采用小井径、小井距密井网。第二，先期选一个井组试采。井组的所有井全部单井吞吐排采甲烷。吞法的特征是向可燃冰地层注入0.5％～5％可燃冰过冷液化和纳米孔缝降压降凝剂SCD，累计注入体积最好是井距三分之一的可燃冰储层体积。吐法是排水采气。注入后开始开井强力排水降低井底压力，提高单井井底压降速度，提高井底附近可燃冰崩解融化液化游离逸出甲烷速度。当多井形成井间压降干扰时，形成区域井网内整体压降叠加，提高井控区域整体压降区域和压降速度，提高井控区域整体可燃冰崩解液化游离逸出甲烷速度。试验阶段可以多时段少吞快吐，摸索可燃冰低压过冷液化游离甲烷速度，安全、环保地控制可燃冰工业化试采。第三，中后期采用五点井网、七点井网、九点井网等注采井网生产，注采井网的特征是：中心井转为注水井。注水井注入0.5％～5％可燃冰过冷液化和纳米孔缝降压降凝剂SCD，周边生产井继续抽水降压排采游离甲烷，提高井控区域整体可燃冰低压过冷液化游离甲烷速度。
2. 2.按照权利要求1所述的配制方法，其特征在于采用系统工程方法同时解决可燃冰开采的三大难题：环保、降压、过冷液化。扩大纳米孔缝降低孔缝压力、单井抽排降低井底附近压力、多井压降叠加降低井控区域整体压力、过冷液化游离的甲烷气只在可燃冰地层内部、井筒管内和集输管网内部流动，绝对防止游离的甲烷气进入大气空间。试验阶段采取多时段少吞快吐，摸索可燃冰低压过冷液化游离甲烷可控速度，安全、环保地控制可燃冰工业化试采，防止井喷事故，防止海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。
3. 3.按照权利要求1-4所述，其特征在于自生二氧化碳水合物生成剂CDH的配方：5％～60％可溶性碳水化合物+3％～30％水合物生成促进剂+1％～10％降阻剂+1％～10％防膨剂。CDH水溶液在可燃冰储层自生二氧化碳水合物，置换填补甲烷水合物游离后的空隙。
4. 4.按照权利要求1-5所述，其特征在于氮气水合物生成剂NHG的配方：5％～60％氮气或液氮+3％～30％水合物生成促进剂+1％～10％降阻剂+1％～10％防膨剂。NHG水溶液在可燃冰储层生成氮气水合物，置换填补甲烷水合物游离后的空隙。
5. 5.按照权利要求1-2所述，其特征在于吞吐法开采可燃冰。吞法包括：①.注入可燃冰过冷液化和纳米孔缝降压降凝剂SCD水溶液，降压降凝吞吐采气；②.注入自生二氧化碳水合物生成剂CDH，在可燃冰地层生成二氧化碳水合物，置换甲烷水合物，置换甲烷水合物吞吐采气；③注入氮气水合物生成剂NHG，在可燃冰地层生成氮气水合物，置换甲烷水合物，置换甲烷水合物吞吐采气；④注入锅炉热水、自生热水(无氧化物、过氧化物)、地热或干热岩热水，升温吞吐采气。吐法是吞后强力排水降压液化采气。
6. 6.按照权利要求1-3所述，其特征在于注采井网开采可燃冰。注采井网在中心注水井注入包括：①.注入可燃冰过冷液化和纳米孔缝降压降凝剂SCD水溶液；②.注入自生二氧化碳水合物生成剂CDH，在可燃冰地层生成二氧化碳水合物，置换甲烷水合物；③.注入氮气水合物生成剂NHG，在可燃冰地层生成氮气水合物，置换甲烷水合物吞吐采气；④注入锅炉热水、自生热水(无氧化物、过氧化物)、地热或干热岩热水；周边生产井强力排水降压液化采气。
7. 7.按照权利要求1-5所述，其特征在于海底淤泥可燃冰开采方法。在井筒海底淤泥可燃冰中下层或海底岩层上部层位射孔。区域井网内，先在所有井采用吞吐法，再采用注采井网开采。海底淤泥开采可燃冰，采用两条保护环境的措施：第一，细孔筛管完井。海底上面淤泥可燃冰淤泥段靠近海底的井筒套管采用细孔筛管完井，细孔孔径小于砂粒直径，避免淤泥进入井筒，抵抗淤泥堵塞的能力要特别强。第二，自生二氧化碳水合物置换稳定海底淤泥。对于海底淤泥可燃冰开采后期，需要注入自生二氧化碳水合物生成剂CDH，在可燃冰储层自生二氧化碳水合物，二氧化碳水合物生成热使岩石热胀造缝，孔缝中二氧化碳水合物过冷冷胀造缝。二氧化碳水合物置换填补甲烷水合物游离后的空隙，稳定海底淤泥，保护海底淤泥环境，防止了海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难。第三，生成氮气水合物生成剂NHG置换稳定海底淤泥。对于海底淤泥可燃冰开采后期，需要注入氮气水合物生成剂NHG，在可燃冰储层生成氮气水合物，孔缝中氮气水合物过冷冷胀造缝。氮气水合物置换填补甲烷水合物游离后的空隙，稳定海底淤泥，保护海底淤泥环境，防止了海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难。
8. 8.按照权利要求1-4所述，其特征在于海底岩层可燃冰开采方法。在井筒海底岩层可燃冰层位射孔。区域井网内，先在所有井采用吞吐法，再采用注采井网开采。集输采用常规海上天然气开采集输方法，最好采用吸附ANG或压缩CNG技术储集运输甲烷。
9. 9.按照权利要求1-4所述，其特征在于陆地冰川冻土岩石可燃冰开采方法。在井筒冻土岩石可燃冰层位射孔。区域井网内，先在所有井采用吞吐法，再采用注采井网开采。早期最好采用吸附ANG或压缩CNG技术储集运输甲烷。中晚期采用常规天然气集输方法，常规油田注水井分注方法。