CN106884628A - 联合地热和co2置换开采海域天然气水合物方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海域天然气开采技术，具体是一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法及系统；方法包括注入井和生产井的准备、海域天然气水合物开采，天然气分离。系统包括海洋开采平台，至少一口生产井和一口注入井，该注入井的下井口穿入地热层的压裂裂缝带位置处，所述注入井的下井口与地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝连通；所述注入井的上井口与高压注入泵连通，该高压注入泵通过管线与CO2储存装置连通；所述生产井的下井口穿入地热层的压裂裂缝带位置处，所述生产井的下井口与地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝连通。本发明由于所述方法和结构而具有的优点是：降低了温室气体CO2排放、维持了沉积物层完整性和维持了沉积物层地质力学稳定性。

Description

联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法及系统
技术领域
本发明涉及海域天然气开采技术，尤其是一种降低温室气体CO2排放、维持沉积物层完整性和维持沉积物层地质力学稳定性的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法及系统。
背景技术
地热资源是蕴含在地壳中的天然热量，是一种可以对21世纪可持续和多元化能源结构做出重大贡献的可再生资源。从全球地质构造观点看，大于150℃的高温地热资源带，主要出现在地壳表层各大板块的边缘、碰撞带、开裂部位和坳陷区。地热资源赋存在一定地质构造部位，有明显的矿产资源属性，具有矿产资源和水资源的双重性，是集热、矿、水三位一体的清洁、宝贵、可利用的矿产资源。地热资源按赋存状态可分为水热型、干热岩型和地压型地热资源。然而，现有地热利用率仍旧很低。
现有技术的海域天然气开采造成对沉积物层的破坏性严重和地质力学的稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低温室气体CO2排放、维持沉积物层完整性和维持沉积物层地质力学稳定性的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法。
为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法，其特征在于；包括如下步骤：
第一步、注入井和生产井的准备，预设至少一口注入井和至少一口生产井，所述注入井和生产井的上井口均位于海洋开采平台上，所述注入井和生产井的下井口均位于地热层的压裂裂缝带上；所述生产井位于天然气水合物储藏层的井段位置处具有有射流孔；
第二步、将所述注入井的上井口通过管线与CO2储存装置连通，在该管线上设置一个高压注入泵；将所述生产井的上井口通过管线与气液分离器连通，该气液分离器通过管线与三相分离器连通，该三相分离器又通过两根管线分别与CO2储存装置和集气站连通；
第三步、海域天然气水合物开采，通过高压注入泵将高压CO2注入注入井中，高压CO2从注入井的下井口往地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝中蹿行，高压CO2在地热层的压裂裂缝中蹿行的同时带走高温岩石的热量并吸热形成高温高压CO2，高温高压CO2从地热层的压裂裂缝中蹿行至生产井的下井口，高温高压CO2再从生产井的下井口处沿生产井的井腔下段上行至天然气水合物储藏层的位置处，高温高压CO2将破坏天然气水合物的相平衡条件，迫使天然气水合物分解，天然气水合物分解吸热，致使注入进水合物层的CO2降温，一部分CO2与天然气水合物发生置换反应，将水合物中的天然气置换出来并从射流孔处流入生产井的井腔上段内；另一部分CO2与水合物、置换出来的天然气一体上升至生产井的上井口，实现对海域天然气水合物开采；
第四步、天然气分离，将第三步中所述另一部分CO2与水合物、置换出来的天然气通过气液分离器进行气液分离，通过气液分离器进行气液分离后的气体为CO2与天然气的混合气，再将该混合气通过三相分离器将CO2与天然气分离，分离的CO2注入CO2储存装置中，天然气输送至集气站中。
上述方法优选地：所述CO2储存装置通过管线与CO2生成装置连通。
本发明由于上述方法而具有的优点是：降低了温室气体CO2排放、维持了沉积物层完整性和维持了沉积物层地质力学稳定性。
本发明的又一目的是提供一种降低温室气体CO2排放、维持沉积物层完整性和维持沉积物层地质力学稳定性的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统。
为实现上述目的而采用的技术方案如下，即一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统，包括位于海水层的水平面上的海洋开采平台，至少一口依次穿过海洋开采平台、海水层、沉积物层的生产井，该生产井的上井口通过生产井井头装置和管线与气液分离器连通，该气液分离器通过管线与集气站连通；其特征在于；
所述海洋开采平台上设置有至少一口注入井，该注入井的下井口依次穿过海洋开采平台、海水层、沉积物层后穿入地热层的压裂裂缝带位置处，所述注入井的下井口与地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝连通；所述注入井的上井口与高压注入泵连通，该高压注入泵通过管线与CO2储存装置连通；
所述生产井的下井口穿入地热层的压裂裂缝带位置处，所述生产井的下井口与地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝连通；该生产井位于沉积物层中的天然气水合物储藏层的井段位置处设置有射孔位置，该射孔位置位于生产井的内腔中，在射孔位置上方位置处的生产井的井壁上具有射流孔，该射流孔将生产井的内腔与天然气水合物储藏层连通。
上述系统优选地：所述气液分离器与集气站之间的管线上设置有三相分离器。
上述系统进一步优选地：所述气液分离器上设置有排水管。
上述系统更进步一优选地：：所述CO2储存装置通过管线与CO2生成装置连通。
本发明由于上述结构而具有的优点是：降低了温室气体CO2排放、维持了沉积物层完整性和维持了沉积物层地质力学稳定性。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明天然气水合物储藏层处的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法，其特征在于；包括如下步骤：
第一步、注入井和生产井的准备，预设至少一口注入井和至少一口生产井，所述注入井和生产井的上井口均位于海洋开采平台上，所述注入井和生产井的下井口均位于地热层的压裂裂缝带上；所述生产井位于天然气水合物储藏层的井段位置处具有有射流孔；
第二步、将所述注入井的上井口通过管线与CO2储存装置连通，在该管线上设置一个高压注入泵；将所述生产井的上井口通过管线与气液分离器连通，该气液分离器通过管线与三相分离器连通，该三相分离器又通过两根管线分别与CO2储存装置和集气站连通；
第三步、海域天然气水合物开采，通过高压注入泵将高压CO2注入注入井中，高压CO2从注入井的下井口往地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝中蹿行，高压CO2在地热层的压裂裂缝中蹿行的同时带走高温岩石的热量并吸热形成高温高压CO2，高温高压CO2从地热层的压裂裂缝中蹿行至生产井的下井口，高温高压CO2再从生产井的下井口处沿生产井的井腔下段上行至天然气水合物储藏层的位置处，高温高压CO2将破坏天然气水合物的相平衡条件，迫使天然气水合物分解，天然气水合物分解吸热，致使注入进水合物层的CO2降温，一部分CO2与天然气水合物发生置换反应，将水合物中的天然气置换出来并从射流孔处流入生产井的井腔上段内；另一部分CO2与水合物、置换出来的天然气一体上升至生产井的上井口，实现对海域天然气水合物开采；
第四步、天然气分离，将第三步中所述另一部分CO2与水合物、置换出来的天然气通过气液分离器进行气液分离，通过气液分离器进行气液分离后的气体为CO2与天然气的混合气，再将该混合气通过三相分离器将CO2与天然气分离，分离的CO2注入CO2储存装置中，天然气输送至集气站中。在该实施例中，在高效开采地热及水合物的同时，可以作为一项既可以减少大气中的温室气体排放并起到埋存二氧化碳的作用，同时维持了沉积物层的完整性和地质力学的稳定性。
为更进一步降低大气中CO2的含量，上述实施例中，优选地：所述CO2储存装置通过管线与CO2生成装置连通。
参见附图1和2，一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统，包括位于海水层1的水平面上的海洋开采平台19，至少一口依次穿过海洋开采平台19、海水层1、沉积物层2的生产井13，该生产井13的上井口通过生产井井头装置9和管线与气液分离器10连通，该气液分离器10通过管线与集气站18连通；其特征在于；
所述海洋开采平台19上设置有至少一口注入井12，该注入井12的下井口依次穿过海洋开采平台19、海水层1、沉积物层2后穿入地热层3的压裂裂缝带位置处，所述注入井12的下井口与地热层3的压裂裂缝带上的压裂裂缝15连通；所述注入井12的上井口与高压注入泵6连通，该高压注入泵6通过管线与CO2储存装置7连通；
所述生产井13的下井口穿入地热层3的压裂裂缝带位置处，所述生产井13的下井口与地热层3的压裂裂缝带上的压裂裂缝15连通；该生产井13位于沉积物层2中的天然气水合物储藏层4的井段位置处设置有射孔位置14，该射孔位置14位于生产井13的内腔中，在射孔位置14上方位置处的生产井13的井壁上具有射流孔16，该射流孔16将生产井13的内腔与天然气水合物储藏层4连通。在该实施例中，在高效开采地热及水合物的同时，可以作为一项既可以减少大气中的温室气体排放并起到埋存二氧化碳的作用，同时维持了沉积物层的完整性和地质力学的稳定性。
为实现残余CO2天然气的分离，上述实施例中，优选地：所述气液分离器10与集气站18之间的管线上设置有三相分离器11【三相分离器11是将水、二氧化碳和甲烷分离。】。
为实现分离出的水快速排出，上述实施例中，优选地：所述气液分离器10上设置有排水管17。在该实施例中，排水管17的排水口位于海水层1中。
为更进一步降低大气中CO2的含量，上述实施例中，优选地：所述CO2储存装置7通过管线与CO2生成装置5连通。
上述实施例中，所有部件均为市场销售产品。
显然，上述所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明所述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。
综上所述，由于上述方法和结构，降低了温室气体CO2排放、维持了沉积物层完整性和维持了沉积物层地质力学稳定性。

Claims (6)

1.一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法，其特征在于；包括如下步骤：
第一步、注入井和生产井的准备，预设至少一口注入井和至少一口生产井，所述注入井和生产井的上井口均位于海洋开采平台上，所述注入井和生产井的下井口均位于地热层的压裂裂缝带上；所述生产井位于天然气水合物储藏层的井段位置处具有有射流孔；
第二步、将所述注入井的上井口通过管线与CO2储存装置连通，在该管线上设置一个高压注入泵；将所述生产井的上井口通过管线与气液分离器连通，该气液分离器通过管线与三相分离器连通，该三相分离器又通过两根管线分别与CO2储存装置和集气站连通；
第三步、海域天然气水合物开采，通过高压注入泵将高压CO2注入注入井中，高压CO2从注入井的下井口往地热层的压裂裂缝带上的压裂裂缝中蹿行，高压CO2在地热层的压裂裂缝中蹿行的同时带走高温岩石的热量并吸热形成高温高压CO2，高温高压CO2从地热层的压裂裂缝中蹿行至生产井的下井口，高温高压CO2再从生产井的下井口处沿生产井的井腔下段上行至天然气水合物储藏层的位置处，高温高压CO2将破坏天然气水合物的相平衡条件，迫使天然气水合物分解，天然气水合物分解吸热，致使注入进水合物层的CO2降温，一部分CO2与天然气水合物发生置换反应，将水合物中的天然气置换出来并从射流孔处流入生产井的井腔上段内；另一部分CO2与水合物、置换出来的天然气一体上升至生产井的上井口，实现对海域天然气水合物开采；
第四步、天然气分离，将第三步中所述另一部分CO2与水合物、置换出来的天然气通过气液分离器进行气液分离，通过气液分离器进行气液分离后的气体为CO2与天然气的混合气，再将该混合气通过三相分离器将CO2与天然气分离，分离的CO2注入CO2储存装置中，天然气输送至集气站中。
2.根据权利要求1所述的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物方法，其特征在于：所述CO2储存装置通过管线与CO2生成装置连通。
3.一种联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统，包括位于海水层（1）的水平面上的海洋开采平台（19），至少一口依次穿过海洋开采平台（19）、海水层（1）、沉积物层（2）的生产井（13），该生产井（13）的上井口通过生产井井头装置（9）和管线与气液分离器（10）连通，该气液分离器（10）通过管线与集气站（18）连通；其特征在于；
所述海洋开采平台（19）上设置有至少一口注入井（12），该注入井（12）的下井口依次穿过海洋开采平台（19）、海水层（1）、沉积物层（2）后穿入地热层（3）的压裂裂缝带位置处，所述注入井（12）的下井口与地热层（3）的压裂裂缝带上的压裂裂缝（15）连通；所述注入井（12）的上井口与高压注入泵（6）连通，该高压注入泵（6）通过管线与CO2储存装置（7）连通；
所述生产井（13）的下井口穿入地热层（3）的压裂裂缝带位置处，所述生产井（13）的下井口与地热层（3）的压裂裂缝带上的压裂裂缝（15）连通；该生产井（13）位于沉积物层（2）中的天然气水合物储藏层（4）的井段位置处设置有射孔位置（14），该射孔位置（14）位于生产井（13）的内腔中，在射孔位置（14）上方位置处的生产井（13）的井壁上具有射流孔（16），该射流孔（16）将生产井（13）的内腔与天然气水合物储藏层（4）连通。
4.根据权利要求3所述的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统，其特征在于：所述气液分离器（10）与集气站（18）之间的管线上设置有三相分离器（11）。
5.根据权利要求3或4所述的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统，其特征在于：所述气液分离器（10）上设置有排水管（17）。
6.根据权利要求3所述的联合地热和CO2置换开采海域天然气水合物系统，其特征在于：所述CO2储存装置（7）通过管线与CO2生成装置（5）连通。
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