CN106703780A - 一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，提供了一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法。确定钻井位置后，采用半潜式钻井平台进行钻井，进行水合物开采井的构建；在水合物开采井中下防水套管，防水套筒为三层管壁；在垂直井和倾斜井的防水套筒前端外注水泥固定；通过降压和注热结合的方式进行天然气水合物开采，通过注热管道注入热盐水破坏天然气水合物相平衡使天然气水合物分解；冷却后的液体通过回流管道抽出后收集起来重复利用；利用气液混输泵从采气管道中将天然气水合物分解生成的游离气和水抽离，天然气水合物进一步降压分解；输送到地面的气液混合物进行气液分离后并用高压气罐将分离后的天然气储存起来。

Description

一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，提供了一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法。

背景技术

社会的发展与进步依赖于对能源的开发和利用。工业革命以来，对于化石燃料的需要急剧增加。化石能源是不可再生能源，储量有限，而且传统的化石燃料会造成大气污染、温室效应等一系列环境问题。因此，寻找一种可以代替传统化石能源的新型能源是当今亟需解决的问题。天然气水合物是一种极具开发潜力的新型能源，其主要成分为烃类和水，与传统化石燃料相比较为清洁；储量规模大，广泛存在于高原冻土区及海洋大陆架；能量密度高。天然气水合物安全高效开采成为各国学者关注和研究的课题。

天然气水合物的开采方法主要有降压法、热激发法和化学试剂注入法三种。热激发法是通过将高温流体注入天然气水合物储层，使储层温度达到水合物分解温度产出天然气的方法。但热激发法的热能利用率较低，装置复杂。化学试剂注入法为通过特殊设备向地层中注入化学试剂破坏水合物相平衡使水合物分解的方法，缺点为成本高、可能会造成环境污染。考虑到开采工况复杂性、开采方案灵活性和开采经济能效，降压开采被视为有效可行的方法，即通过钻探等方法使降低水合物层下面的游离气聚集层位的平衡压力，打破水合物储层的相平衡，促进水合物分解产出天然气。但是，降压开采由于缺少外部热量的激发，开采过程中可能导致结冰和水合物二次生成，造成管路堵塞降低开采效率。热激发和降压联合开采被视为一种极具前景的方法。

常规钻井技术主要为水平井钻井技术和垂直井钻井技术。垂直井钻井技术为最早使用的较为成熟的钻井技术，操作简单、成本较低，但是与储层的接触面积少，产量低；水平井钻井技术穿过储层的距离更长，接触面积大，单井产量高，但是成本较高。水合物储层多呈倾斜状分布，考虑到实际储层工况复杂性，上述两种钻井技术在实际工况下可能会受到限制。

本发明在上述钻井技术基础上提出了一种倾斜井钻井法。在水合物储层为连续分布尤其是倾斜分布的情况下，与上述的水平井和垂直井相比，倾斜井与水合物储层的接触面积最大，单次钻井水合物储层的开发效率高。并且，和石油开采不同，天然气水合物开采时分解生成的天然气为密度较小的气相，可沿着倾斜的井道方向向上流动，便于采集。

发明内容

本发明在目前天然气水合物钻井技术的基础上进行改进，为海洋天然气水合物的开采提供一种倾斜井钻井的新型方法。

本发明的技术方案：

一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法，步骤如下：

通过探测得知水合物储层的分布情况(水合物储层的倾斜角度α，水合物储层的厚度H)，进而确定多倾斜井的钻井位置，相邻两开采井间隔W，通过下面两个公式最终倾斜井的长度L和角度θ，使倾斜井在水合物储层的长度尽量长：

倾斜井长度

倾斜井角度

采用半潜式钻井平台进行钻井作业，开采井包括竖直井和倾斜井，竖直井和倾斜井相连。在确定的钻井位置钻竖直井，使其穿过盖层至伸入水合物储层；然后，根据确定的倾斜井长度和角度，在水合物储层钻取倾斜井，倾斜井完全位于水合物储层。

钻井结束后，下防水套管完井；防水套管为三层套管，外管为注热管道，中管为回流管道，内管为采气管道；注热管道和回流管道的底部相通，而采气管道的底部为密封；注热管道的外壁上设置传感器，便于对开采过程进行实时监测；在注热管道上，每间隔相同的距离环绕外管管壁一周均匀的设有四个采气孔，采气管道通过采气孔与水合物储层相通。

通过降压和注热结合的方式进行天然气水合物开采，注热管道内注入热盐水促进天然气水合物分解；冷却后的液体通过回流管道抽出后收集起来重复利用；利用气液混输泵从采气管道中将天然气水合物分解生成的游离气和水抽离，天然气水合物进一步降压分解；输送到地面的气液混合物进行气液分离后并用高压气罐将分离后的天然气储存起来。

本发明的有益效果：本发明通过倾斜井的设置将与水合物储层的接触面积最大化，单次钻井水合物储层的开发效率最高。天然气水合物分解后生成的天然气为密度较小的气相，可沿着倾斜的井道方向向上流动，便于采集。

附图说明

图1为本发明的倾斜井钻井法水合物开采方法示意图。

图2为本发明的倾斜井钻井法水合物开采技术的开采井示意图。

图3为本发明的倾斜井钻井法水合物开采技术的开采井A-A截面图。

图4为本发明的倾斜井钻井法水合物开采技术的开采井B-B截面图。

图中：1半潜式开采平台；2气液混输泵；3水合物开采井；4气孔设置处；5注热管道；6回流管道；7采气管道；8采气孔。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法，步骤如下：

(1)如图1所示，根据水合物储层长度设置三个相同间距的开采井，两开采井之间隔W。确定竖直井的位置，水合物储层的倾斜角度为α，厚度为H，则倾斜井长度倾斜角为若水合物储层下方有游离气层，倾斜井可穿透水合物储层延伸至该游离气层。

(2)钻井，使用低温泥浆在水合物盖层中钻竖直井穿入水合物储层，使用定向钻井工具按预定的方向和距离钻倾斜井。

(3)下防水套管(注热管道、回流管道、采气管道)，在套管外安置监测装备。

(4)在竖直井和倾斜井前端套管与地层之间注入水泥，形成盖层，固定套管。

(5)通过降压和注热相结合的方式进行天然气水合物开采。由于水合物储层下方无游离气，需先通过外管注入高温蒸汽破坏天然气水合物相平衡使天然气水合物分解；使用气液混输泵从内管中将天然气水合物层中分解形成的天然气、水抽离，使储层压力下降，天然气水合物进一步分解。将传到地面的气液混合物进行气液分离并将分离后的天然气储存起来。

以上实施例是本发明具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种倾斜井海洋天然气水合物开采方法，其特征在于，步骤如下：

通过探测得知水合物储层的分布情况：水合物储层的倾斜角度α和水合物储层的厚度H，进而确定多倾斜井的钻井位置，相邻两开采井间隔W，通过下面两个公式确定倾斜井的长度L和角度θ，使倾斜井在水合物储层的长度尽量长：

倾斜井长度

倾斜井角度

采用半潜式钻井平台进行钻井作业，开采井包括竖直井和倾斜井，竖直井和倾斜井相连；在确定的钻井位置钻竖直井，使其穿过盖层至伸入水合物储层；然后，根据确定的倾斜井的长度L和角度θ，在水合物储层钻取倾斜井，倾斜井完全位于水合物储层；

钻井结束后，下防水套管完井；防水套管为三层套管，外管为注热管道，中管为回流管道，内管为采气管道；注热管道和回流管道的底部相通，而采气管道的底部为密封；注热管道的外壁上设置传感器，便于对开采过程进行实时监测；在注热管道上，每间隔相同的距离环绕外管管壁一周均匀的设有四个采气孔，采气管道通过采气孔与水合物储层相通；

通过降压和注热结合的方式进行天然气水合物开采，注热管道内注入热盐水促进天然气水合物分解；冷却后的液体通过回流管道抽出后收集起来重复利用；利用气液混输泵从采气管道中将天然气水合物分解生成的游离气和水抽离，天然气水合物进一步降压分解；输送到地面的气液混合物进行气液分离后并用高压气罐将分离后的天然气储存起来。