CN108412467B - 一种天然气水合物的井网开采系统及开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开采天然气水合物的井网开采系统及开采方法，该井网开采系统包括若干口采气井，采气井中布置有采气管线；在两口以上相邻的采气井的中心处设置一口抽水井，且抽水井比采气井深；在抽水井中布置有抽水管线，抽水井井底布置有与抽水管线相连通的电潜泵，在采气井和抽水井井底均布置有加热装置。本发明可以使分解水的渗流方向与分解气的渗流方向相反，相比一口采气井同时采出分解水和分解气，本发明有利于稳定储层沙土，减少储层沙土进入采气井井筒的数量，可达到缓解采气井出砂的目的。此外，由于电潜泵在下层的抽吸作用，此种井网开采系统及开采方法有利于气水的分离，减少了采出井水淹的可能，而且当维修中心抽水井电潜泵时，周围采气井不必停产。

Description

一种天然气水合物的井网开采系统及开采方法

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物的开采系统及方法，具体是一种通过井网布置分解单井功能及利用气顶底水反向渗流防砂控砂的天然气水合物的井网开采系统及开采方法。

背景技术

目前，深水天然气水合物开发只有降压法开采得到了一定程度的工业验证。在单井开采中，储层中的水合物降压相变生产甲烷等采出气体的同时还会生成水，因此需要在生产井中下入电潜泵抽水，在确保生产井不被水淹没的同时还需避免在井筒内再次生成水合物，以获得稳定的以甲烷为主的采出气体。对深水水下生产系统而言，在一套油管挂上同时布置采气管和抽水管(包括电潜泵的电缆)难度很大，也给电潜泵检修带来不少难度，在检修电潜泵的时候，采气管路需要关闭，开采被迫暂停。

此外，由于天然气水合物固态赋存于胶结程度很低的砂岩、粘土、沙土及其混合物中，当其相变气化时，上述土体迅速失稳破坏，并逐渐随采出气体和生成水进入井筒，导致天然气水合物生产井出砂严重，甚至很快堵塞生产井，造成生产中断。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过井网布置分解单井功能及利用气顶底水反向渗流防砂控砂的天然气水合物的井网开采系统及开采方法，能够有效避免单井同时布置采气管和抽水管时操作上的困难及电潜泵维修时对采气管路正常工作的影响。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于开采天然气水合物的井网开采系统，其特征在于，该井网开采系统包括：采气井，所述采气井中布置有采气管线；抽水井，所述抽水井设置在两口以上相邻的所述采气井的中心处，且所述抽水井比所述采气井深，所述抽水井中布置有抽水管线；电潜泵，所述电潜泵设置在所述抽水井的井底并与所述抽水管线相连通；加热装置，所述加热装置分别设置于所述采气井和抽水井的井底。

在一个优选的实施例中，所述加热装置可拆卸地连接在所述采气管线底部，并且在所述采气井中还布置有与所述加热装置连接的电缆。

在一个优选的实施例中，所述电潜泵可拆卸地连接在所述抽水管线底部，所述加热装置可拆卸地连接在所述电潜泵底部，并且在所述抽水井中还布置有与所述电潜泵和加热装置连接的电缆。

在一个优选的实施例中，根据天然气水合物储层区块面积大小和单井控制区域面积大小将井网系统划分为若干个相邻紧挨布置的井网单元，且位于所述井网单元边和角上的所述采气井与相邻的井网单元共用。

在一个优选的实施例中，所述井网单元的布置方式采用四井口三角形井网，即将三口所述采气井分别布置在三角形井网的三个顶点，将一口所述抽水井布置在所述三角形井网的几何中心处。

在一个优选的实施例中，所述井网单元的布置方式采用五井口矩形井网，即将四口所述采气井分别布置在矩形井网的四个顶点，将一口所述抽水井布置在所述矩形井网的几何中心处。

在一个优选的实施例中，在天然气水合物储层区块上布置直线排状井网系统，即每相邻两排所述采气井中间布置一排所述抽水井。

在一个优选的实施例中，在所述采气管线的外壁周围配备加热电缆。

一种天然气水合物的开采方法，其特征在于，该开采方法采用上述的井网开采系统，其包括以下步骤：

1)开启采气井和抽水井中的加热装置，通过热传导作用使采气井和抽水井井底周围储层升温，使储层天然气水合物受热分解产生天然气和液态水，液态水在重力作用下集中在储层圈闭的底部，形成底水，并且储层天然气水合物分解导致胶结疏松的砂岩、粘土、沙土及其混合物也随着液态水沉降在储层圈闭的底部；天然气则将集中在储层圈闭的顶部，形成气顶；

2)加热一定时间后进入采气阶段，此时开启电潜泵，抽水井通过井内设置的电潜泵和抽水管线将井底周围储层一定范围内的液态水吸至地面，同时部分砂岩、粘土、沙土及其混合物也随液态水一起抽吸至地面；与此同时，由于电潜泵的抽吸作用，在抽水井井底出现水相渗流的低压区，引导底水向抽水井井底渗流，而气顶处天然气则向采气井方向渗流；

3)采气井则通过井内设置的采气管线将井底周围储层一定范围内的天然气输送至地面，从而实现“气顶底水反向渗流开采模式”；

4)采气井和抽水井井底周围空间压力降低，相邻储层天然气水合物在压降作用下继续分解，天然气水合物分解开采过程持续进行。

在一个优选的实施例中，采气阶段视情况停止加热或继续加热。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的井网开采系统包括若干口仅布置有采气管线的采气井，并在两口以上相邻的采气井的中心处设置一口抽水井，采气井中无需再安装电潜泵管柱和配套电缆，从而节省采气井中油管挂横截面的过管面积(包括电潜泵管柱截面面积和相应的电缆截面面积)，实现采气过程不受电潜泵检修的干扰，也可有效避免采用单井同时采气和采水时，水合物出砂严重导致生产中断的情况发生。2、由于分解水的渗流方向与分解气的渗流方向相反，相比一口采气井同时采出分解水和分解气，本发明的开采方法有利于稳定储层沙土，减少储层沙土进入采气井井筒的数量，可达到缓解采气井出砂的目的。此外，由于电潜泵在下层的抽吸作用，此种井网开采系统及开采方法有利于气水的分离，减少了采出井水淹的可能，而且当维修中心抽水井电潜泵时，周围采气井不必停产。

附图说明

图1是本发明井网开采系统的结构示意图；

图2是本发明井网单元采用五井口矩形井网布置时的平面布置图；

图3是本发明井网单元采用四井口三角形井网布置方式的示意图；

图4是本发明井网单元采用五井口矩形井网布置方式的示意图；

图5是本发明采气井和抽水井采用直线排状布置方式的示意图。

图中附图标记：

1为采气井；2为抽水井；3为采气管线；4和7为加热装置；5为抽水管线；6为电潜泵；8和9为电缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的井网开采系统包括若干口采气井1，每一采气井1中均布置有采气管线3，并在每一采气井1的井底均布置有加热装置4。在两口以上相邻的采气井1的中心处设置一口抽水井2，且该抽水井2比采气井1深。同时，在抽水井2中布置有抽水管线5，并在抽水井2的井底布置有电潜泵6和加热装置7，且电潜泵6与抽水管线5相连通。

在一个优选的实施例中，加热装置4可拆卸地连接在采气管线3底部，并且在采气井1中还布置有与加热装置4连接的电缆8，以为加热装置4供电。

在一个优选的实施例中，电潜泵6可拆卸地连接在抽水管线5底部，加热装置7可拆卸地连接在电潜泵6底部，并且在抽水井2中还布置有与电潜泵6和加热装置7连接的电缆9，以为电潜泵6和加热装置7供电。

在一个优选的实施例中，如图2所示，可以根据天然气水合物储层区块面积大小和单井控制区域面积大小将井网开采系统划分为若干个相邻紧挨布置的井网单元，且位于井网单元边和角上的采气井1可与相邻的井网单元共用。

在一个优选的实施例中，如图3所示，井网单元的布置方式采用四井口三角形井网，即将三口采气井1分别布置在三角形井网的三个顶点，将一口抽水井2布置在三角形井网的几何中心处。

在一个优选的实施例中，如图4所示，井网单元的布置方式采用五井口矩形井网，即将四口采气井1分别布置在矩形井网的四个顶点，将一口抽水井2布置在矩形井网的几何中心处。

在一个优选的实施例中，如图5所示，可以在天然气水合物储层区块上布置直线排状井网开采系统，即每相邻两排采气井1中间布置一排抽水井2，井排中井距和排距可以根据储层情况调整，不必相等。

在一个优选的实施例中，还可在采气管线3的外壁周围配备加热电缆，避免采气管线3中气态天然气在低温高压作用下与混入天然气中的水相作用，再度产生固态水合物而导致管道堵塞。

基于上述实施例中提供的井网开采系统，本发明还提出了一种天然气水合物的开采方法，包括以下步骤：

1)开启加热装置4和7，通过热传导作用使采气井1和抽水井2井底周围储层升温，使储层天然气水合物受热分解产生天然气和液态水，液态水在重力作用下集中在储层圈闭的底部，形成底水，并且储层天然气水合物分解导致胶结疏松的砂岩、粘土、沙土及其混合物等颗粒也随着液态水沉降在储层圈闭的底部；天然气则将集中在储层圈闭的顶部，形成气顶；

2)加热一定时间后进入采气阶段，此时开启电潜泵6，抽水井2通过井内设置的电潜泵6和抽水管线5将井底周围储层一定范围内的液态水吸至地面，同时部分砂岩、粘土、沙土及其混合物等颗粒也随液态水一起抽吸至地面；与此同时，由于电潜泵6的抽吸作用，在抽水井2井底出现水相渗流的低压区，引导底水向抽水井2井底渗流，而气顶处天然气则向采气井1方向渗流；

3)采气井1则通过井内设置的采气管线3将井底周围储层一定范围内的天然气输送至地面，从而实现“气顶底水反向渗流开采模式”；

4)采气井1和抽水井2井底周围空间压力降低，相邻储层天然气水合物在压降作用下继续分解，天然气水合物分解开采过程持续进行。

在一个优选的实施例中，采气阶段可视情况停止加热或继续加热。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种用于开采天然气水合物的井网开采系统，其特征在于，该井网开采系统包括：

采气井，所述采气井中布置有采气管线；

抽水井，所述抽水井设置在两口以上相邻的所述采气井的中心处，且所述抽水井比所述采气井深，所述抽水井中布置有抽水管线；

电潜泵，所述电潜泵设置在所述抽水井的井底并与所述抽水管线相连通；

加热装置，所述加热装置分别设置于所述采气井和抽水井的井底；

根据天然气水合物储层区块面积大小和单井控制区域面积大小将井网系统划分为若干个相邻紧挨布置的井网单元，且位于所述井网单元边和角上的所述采气井与相邻的井网单元共用；

所述井网单元的布置方式采用四井口三角形井网，即将三口所述采气井分别布置在三角形井网的三个顶点，将一口所述抽水井布置在所述三角形井网的几何中心处。

2.如权利要求1所述的井网开采系统，其特征在于，所述加热装置可拆卸地连接在所述采气管线底部，并且在所述采气井中还布置有与所述加热装置连接的电缆。

3.如权利要求1所述的井网开采系统，其特征在于，所述电潜泵可拆卸地连接在所述抽水管线底部，所述加热装置可拆卸地连接在所述电潜泵底部，并且在所述抽水井中还布置有与所述电潜泵和加热装置连接的电缆。

4.如权利要求1所述的井网开采系统，其特征在于，在天然气水合物储层区块上布置直线排状井网系统，即每相邻两排所述采气井中间布置一排所述抽水井。

5.如权利要求1所述的井网开采系统，其特征在于，在所述采气管线的外壁周围配备加热电缆。

6.一种天然气水合物的开采方法，其特征在于，该开采方法采用如权利要求1到4任一项所述的井网开采系统，其包括以下步骤：

1)开启采气井和抽水井中的加热装置，通过热传导作用使采气井和抽水井井底周围储层升温，使储层天然气水合物受热分解产生天然气和液态水，液态水在重力作用下集中在储层圈闭的底部，形成底水，并且储层天然气水合物分解导致胶结疏松的砂岩、粘土、沙土及其混合物也随着液态水沉降在储层圈闭的底部；天然气则将集中在储层圈闭的顶部，形成气顶；

2)加热一定时间后进入采气阶段，此时开启电潜泵，抽水井通过井内设置的电潜泵和抽水管线将井底周围储层一定范围内的液态水吸至地面，同时部分砂岩、粘土、沙土及其混合物也随液态水一起抽吸至地面；与此同时，由于电潜泵的抽吸作用，在抽水井井底出现水相渗流的低压区，引导底水向抽水井井底渗流，而气顶处天然气则向采气井方向渗流；

3)采气井则通过井内设置的采气管线将井底周围储层一定范围内的天然气输送至地面，从而实现“气顶底水反向渗流开采模式”；

4)采气井和抽水井井底周围空间压力降低，相邻储层天然气水合物在压降作用下继续分解，天然气水合物分解开采过程持续进行。

7.如权利要求6所述的一种天然气水合物的开采方法，其特征在于，采气阶段视情况停止加热或继续加热。

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