CN107178344A - 一种注入co2动用地热能开发天然气水合物藏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，主要是设计一个由定向注入井和定向生产井组成的井组系统，从定向注入井注入CO2携带地热能开发天然气水合物。其具体做法为：在海上钻井平台打一口定向注入井和一口定向生产井，其中定向注入井贯穿水合物藏并延伸至干热岩储层，定向生产井包括水平生产井段和定向连通井段，注入的CO2经定向注入井射孔段进入干热岩储层，发生热交换后经定向生产井的定向连通井段上返至水合物藏，促使水合物分解。本发明选用CO2作为载热流体，能够实现热激发法和CO2置换法的优势组合，其设备简单、操作方便，经济性强，可为水合物藏增产措施的实施提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种开采海底水合物藏的方法，尤指在海上钻井平台打一口定向注入井和一口定向生产井利用CO2同时开发地热能和水合物藏的井组结构与方法。
背景技术
由于传统化石能源储量的不断减少，地热能、天然气水合物等可再生清洁新能源越来越受到世界各国的重视。水合物分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。目前开采天然气水合物主要通过破坏其相平衡条件，使固态的天然气水合物分解成气态的天然气和液态的水，开采方法主要有降压法、热激发法、注化学剂法和CO2置换法。然而采用单一的开采方法进行开发利用的效果有限且存在许多缺点，如降压法容易造成水合物的二次生成堵塞流动通道；热激发法热损失大；CO2置换法利用效率低等。
地热能泛指地球释放出的热能，干热岩储层属于地热能的一种，其具有极小的孔隙度和渗透率，内部流体含量极少，流体流动系数较低。干热岩储层的开采通过注入井将高压流体注入到深部岩体中,用以增大岩石中的裂隙体积,形成人工渗流通道,之后通过生产井将被高温岩体加热过的流体采至井口。CO2是一种较好的载热流体，在地层中不会发生结垢和沉淀现象，对地层有一定的保护作用，有利于干热岩储层的开发，同时CO2的压缩系数、热膨胀系数和整体浮力均较大，且其粘度和密度较低，故在储层中的流动性较好。
目前尚没有提出一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，很大程度上制约了水合物藏的开发利用。本发明选用CO2作为载热流体，提出一个由定向注入井和定向生产井就地利用干热岩储层开发水合物藏的井组结构与方法，较好实现了热激发法和CO2置换法的优势组合，大幅减少了开采过程的注热成本，在改善水合物藏开采效果的同时实现了CO2的地下埋存。本发明设备简单、操作方便，可为水合物藏增产措施的实施提供指导。
发明内容
本发明涉及一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，主要包括以下步骤：
(1)选择海底存在水合物藏且水合物藏下部发育有干热岩储层的地质构造区域作为施工区域，其中水合物藏的厚度不低于20m，干热岩储层的平均温度不低于120℃；
(2)在海上钻井平台打两口井组成一个定向注入井和定向生产井井组系统，其中所述定向注入井贯穿水合物藏并延伸至下部干热岩储层距离顶部位置处，所述定向生产井包括从海平面延伸至水合物藏距离顶部位置处的长度为200～300m的水平生产井段和与所述水平生产井段连通的从水合物藏延伸至下方干热岩储层距离顶部位置处的定向连通井段，所述定向注入井与所述定向生产井定向连通井段的井眼轨迹方向相反，所述定向生产井的定向连通井段在水合物藏与干热岩储层间的地层外加一层井筒保温层以减少输送过程中热量的损失，所述井筒保温层材料为聚氯乙烯；
(3)对位于干热岩储层的所述定向注入井和对位于水合物藏的所述水平生产井段进行射孔作业，位于干热岩储层的所述定向连通井段上存在射孔段1，位于水合物藏的所述定向连通井段上存在射孔段2，所述定向注入井的射孔段和所述定向生产井的定向连通井段射孔段1的深度保持一致、射孔段长度不低于10m、射孔点间隔为0.5～2m且在射孔段处所述定向注入井和所述定向生产井的井距为800～1000m，所述定向生产井的水平生产井段射孔段的长度为150～200m，射孔点间隔为5～20m，所述定向生产井的定向连通井段射孔段2的长度不低于5m，射孔点间隔为0.5～2m，所述水平生产井段下方3～5m处的所述定向连通井段中安装有封隔器；
(4)通过所述定向注入井对干热岩储层进行水力压裂作业，所述水力压裂液为油基泡沫；
(5)在所述定向注入井的井口以2000～5000m3/d的速度注入CO2，所述定向生产井采用定压开采，井底压力为所述水合物藏原始压力的0.3～0.7倍，所述CO2经所述定向注入井射孔段进入干热岩储层并发生热交换，在压力的作用下经水力压裂缝通过所述射孔段1流入所述定向连通井段，在所述封隔器的作用下，CO2经所述射孔段2上返至水合物藏，CO2与自身携带的热量共同作用，促使水合物分解产生天然气，注入的CO2以及水合物分解产生的天然气和水所组成的混合流体在重力及压力作用下流入所述定向生产井的水平生产井段采出；
(6)持续记录所述定向生产井的日产气量，当日产气量小于1000m3/d时，所述定向注入井停止注入，所述定向生产井停止开采。
本发明的有益效果是：
其选用CO2作为载热流体，能够实现热激发法和CO2置换法的优势组合，大幅减少开采过程的注热成本，在改善水合物藏开采效果的同时实现了CO2的地下埋存，同时使用定向井增大CO2在干热岩储层和水合物藏中的滞留时间，提高了采热效率，增大了CO2的地下埋存体积。本发明设备简单、操作方便，可为水合物开采开辟一条新的途径。
附图说明
图1为一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的井组结构示意图。
图中相关符号为1、水合物藏上部地层；2、水合物藏；3、干热岩储层；4、裂缝；5、定向注入井；6、定向生产井；7、射孔点；8、封隔器；9、流体流动方向；10、水合物藏和干热岩储层间地层；11、井筒保温层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明的实施范围。
如图1所示，选择海底存在水合物藏2且水合物藏2下部发育有干热岩储层3的区域作为施工区域，其中水合物藏2的厚度为25m，干热岩储层3的平均温度为140℃；
如图1所示，在钻井平台打一口定向注入井5和一口定向生产井6，其中定向注入井5贯穿水合物藏2并延伸至下部干热岩储层3距离顶部位置处，定向生产井6包括从海平面延伸至水合物藏距离顶部位置处的长度为200m的水平生产井段和与所述水平生产井段连通的从水合物藏2延伸至下方干热岩储层3距离顶部位置处的定向连通井段，定向注入井5与定向生产井6定向连通井段的井眼轨迹方向相反，定向生产井6定向连通井段在水合物藏2与干热岩储层3间的地层10外加一层井筒保温层11以减少输送过程中热量的损失，井筒保温层11的材料为聚氯乙烯；
如图1所示，对位于干热岩储层3的定向注入井5和对位于水合物藏2的定向生产井6水平生产井段进行射孔作业，位于干热岩储层3的定向生产井6定向连通井段上存在射孔段1，位于水合物藏2的定向生产井6定向连通井段上存在射孔段2，定向注入井5的射孔段和定向生产井6定向连通井段的射孔段1的深度保持一致、射孔段长度为15m、射孔点间隔为1m且在射孔段处定向注入井5和定向生产井6的井距为850m，定向生产井6水平生产井段的射孔段长度为150m，射孔点间隔为10m，定向生产井6定向连通井段的射孔段2长度为10m，射孔点间隔为1m，定向生产井6水平生产井段下方3～5m处的定向生产井6定向连通井段中装有封隔器8；
如图1所示，通过定向注入井5对干热岩储层3进行水力压裂作业，水力压裂液为油基泡沫；
如图1所示，在定向注入井5的井口以3000m3/d的速度注入CO2，定向生产井6采用定压开采，井底压力为水合物藏2原始压力的0.4倍，CO2经定向注入井5射孔段进入干热岩储层3并发生热交换，在压力的作用下经水力压裂缝通过定向连通井段射孔段1流入定向生产井6，在封隔器8的作用下，CO2经定向连通井段射孔段2上返至水合物藏2，CO2与自身携带的热量共同作用，促使水合物分解产生天然气，注入的CO2以及水合物分解产生的天然气和水组成混合流体在重力及压力作用下流入定向生产井6水平生产井段采出；
如图1所示，持续记录定向生产井6的日产气量，当日产气量为800m3/d时，定向注入井5停止注入，定向生产井6停止开采。
以上未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，其设计一个由定向注入井和定向生产井组成的井组系统，其中定向生产井包括水平生产井段和定向连通井段，注入的CO2经定向注入井与干热岩储层发生热交换，在压力的作用下流入定向连通井段，在封隔器的作用下，上返至水合物藏促使水合物分解产生天然气，注入的CO2以及水合物分解产生的天然气和水所组成的混合流体在重力及压力作用下流入水平生产井段采出，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)：选择海底存在水合物藏且水合物藏下部发育有干热岩储层的地质构造区域作为施工区域，其中水合物藏的厚度不低于20m，干热岩储层的平均温度不低于120℃；
步骤(2)：在海上钻井平台打两口井组成一个定向注入井和定向生产井井组系统，其中所述定向注入井贯穿水合物藏并延伸至下部干热岩储层距离顶部位置处，所述定向生产井包括从海平面延伸至水合物藏距离顶部位置处的水平生产井段和与所述水平生产井段连通的从水合物藏延伸至下方干热岩储层距离顶部位置处的定向连通井段，所述定向注入井与所述定向生产井定向连通井段的井眼轨迹方向相反；
步骤(3)：对位于干热岩储层的所述定向注入井和对位于水合物藏的所述水平生产井段进行射孔作业，位于干热岩储层的所述定向连通井段上存在射孔段1，位于水合物藏的所述定向连通井段上存在射孔段2，所述水平生产井段下方3～5m处的所述定向连通井段中安装有封隔器；
步骤(4)：通过所述定向注入井对干热岩储层进行水力压裂作业；
步骤(5)：在所述定向注入井的井口以2000～5000m3/d的速度注入CO2，所述定向生产井采用定压开采，井底压力为所述水合物藏原始压力的0.3～0.7倍，所述CO2经所述定向注入井射孔段进入干热岩储层并发生热交换，在压力的作用下经水力压裂缝通过所述射孔段1流入所述定向连通井段，在所述封隔器的作用下，CO2经所述射孔段2上返至水合物藏，CO2与自身携带的热量共同作用，促使水合物分解产生天然气，注入的CO2以及水合物分解产生的天然气和水所组成的混合流体在重力及压力作用下流入所述定向生产井的水平生产井段采出；
步骤(6)：持续记录所述定向生产井的日产气量，当日产气量小于1000m3/d时，所述定向注入井停止注入，所述定向生产井停止开采。
2.如权利要求1所述的一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述定向注入井的射孔段与所述定向生产井的定向连通井段射孔段1的深度保持一致，所述定向注入井和所述定向生产井在所述射孔段处的井距为800～1000m。
3.如权利要求1所述的一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述定向注入井的射孔段和所述定向生产井的定向连通井段射孔段1的长度不低于10m，射孔点间隔0.5～2m，所述定向生产井的定向连通井段射孔段2的长度不低于5m，射孔点间隔为0.5～2m。
4.如权利要求1所述的一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述定向生产井的水平生产井段的长度为200～300m，所述定向生产井的水平生产井段射孔段的长度为150～200m，射孔点间隔为5～20m。
5.如权利要求1所述的一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述定向生产井的定向连通井段在水合物藏与干热岩储层间的地层外加一层井筒保温层以减少输送过程中热量的损失，所述井筒保温层材料为聚氯乙烯。
6.如权利要求1所述的一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述水力压裂液为油基泡沫。
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