CN108868736B - 利用压裂开采海洋水合物藏的双l井结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋水合物藏开采领域，公开了一种利用压裂开采海洋水合物藏的双L井结构及方法，本发明的双L井结构通过采用设置于水合物层内的第一压裂井和第二压裂井向其两者之间的区域注入二氧化碳压裂流体，上下同时为水合物层造缝，形成的裂缝能够有效改善水合物层的渗透性，并使二氧化碳压裂流体渗入所述裂缝中，促进天然气水合物的分解，具有改善储层渗透性、开采速度快、能损小、效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及海洋水合物藏开采技术领域，具体地涉及一种利用压裂开采海洋水合物藏的双L井结构及方法。
背景技术
天然气水合物具有储量丰富、分布广泛、能量密度高、燃烧后较为清洁等特点，主要分布在高纬度地区的极地冻土带及全球范围内的深海海底、陆坡、陆基及海沟中，被世界各国视为一种未来传统化石能源的环保型替代能源。研究表明，全球近90％的海域均满足天然气水合物的赋存条件，合理开发利用海洋水合物资源，对缓解能源危机、丰富能源结构具有重要意义。
根据水合物的相平衡性质，人们陆续提出了包括热激法、降压法、注化学剂法以及二氧化碳置换法在内的天然气水合物开采方法。但由于天然气水合物通常赋存于粉砂、细粉砂及泥页岩中，且本身的冰晶形态会堵塞流动孔道，因此天然气水合物藏的渗透性能往往较差，在使用传统的开采方法时传热、导流能力都受到了极大的限制，存在开采速度慢、周期长、能量损耗大、效率低等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种利用压裂开采海洋水合物藏的双L井结构及方法，其具有改善水合物层渗透性、开采速度快、能损小、效率高等优点。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种利用压裂开采海洋水合物藏的双L井结构，包括：
注入井，所述注入井设置为从海平面延伸至水合物层，所述注入井用于注入二氧化碳压裂流体；
第一压裂井，所述第一压裂井位于所述水合物层，所述第一压裂井的入口端与所述注入井的出口端连通，所述第一压裂井用于将所述二氧化碳压裂流体向下射入所述水合物层；
第二压裂井，所述第二压裂井位于所述水合物层且间隔地位于所述第一压裂井的下方，所述第二压裂井的入口端与所述注入井的出口端连通，所述第二压裂井用于将所述二氧化碳压裂流体向上射入所述水合物层；
收集井，所述收集井位于所述水合物层，所述收集井用于收集所述水合物层的分解产物，所述收集井在竖直方向上位于所述第一压裂井和所述第二压裂井之间；以及
生产井，所述生产井设置为从所述水合物层延伸至所述海平面，所述生产井的入口端与所述收集井的出口端连通，以回收所述分解产物。
优选地，所述第一压裂井的底壁上开设有多个第一射孔，该多个第一射孔沿所述第一压裂井的延伸方向间隔排布；
所述第二压裂井的顶壁上开设有多个第二射孔，该多个第二射孔沿所述第二压裂井的延伸方向间隔排布。
优选地，每个所述第一射孔和所述第二射孔处均设置有用于将所述二氧化碳压裂流体喷射出的喷射装置和用于控制该喷射装置的控制阀。
优选地，所述第一压裂井、所述第二压裂井以及所述收集井均形成为水平井。
优选地，所述第一压裂井的中心轴线位于距离所述水合物层的顶面的1/6-1/8处，所述第二压裂井的中心轴线位于距离所述水合物层的底面的1/6-1/8处，所述收集井在竖直方向上位于所述第一压裂井和所述第二压裂井的正中间。
优选地，所述收集井采用筛管。
优选地，所述二氧化碳压裂流体为携带有支撑剂的水基醇类二氧化碳乳状液或超临界二氧化碳热流体。
优选地，所述第一压裂井和所述第二压裂井的入口端均设置有节流喷射器。
本发明第二方面提供一种利用压裂开采海洋水合物藏的方法，包括：
S1、分别从水合物层的两个不同高度沿相对的方向向所述水合物层注入二氧化碳压裂流体，以在所述水合物层中压裂形成裂缝；
S2、从所述两个不同高度之间的区域收集所述水合物层的分解产物。
优选地，所述方法采用以上所述的双L井结构。
通过上述技术方案，本发明采用设置于水合物层内的第一压裂井和第二压裂井向其两者之间的区域注入二氧化碳压裂流体，上下同时为水合物层造缝，形成的裂缝能够有效改善水合物层的渗透性，并使二氧化碳压裂流体渗入所述裂缝中，促进天然气水合物的分解，具有改善储层渗透性、开采速度快、能损小、效率高等优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中双L井结构的一种实施方式的结构示意图。
附图标记说明
1 注入井井口 2 注入井
3 第一压裂井 4 第二压裂井
5 收集井 6 生产井
7 生产井井口 8 控制阀
9 喷射装置 10 节流喷射器
11 裂缝 12 海平面
13 海水层 14 泥线
15 盖层 16 水合物层
17 地层
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指安装使用状态下的上、下。
本发明中，为了便于理解，将海洋的内部结构简单地分为由上至下依次分布的海平面12、海水层13、泥线14、盖层15、水合物层16以及地层17。
本发明一方面提供一种利用压裂开采海洋水合物藏的双L井结构，包括：
注入井2，所述注入井2设置为从海平面12延伸至水合物层16，所述注入井2用于注入二氧化碳压裂流体；
第一压裂井3，所述第一压裂井3位于所述水合物层16，所述第一压裂井3的入口端与所述注入井2的出口端连通，所述第一压裂井3用于将所述二氧化碳压裂流体向下射入所述水合物层16；
第二压裂井4，所述第二压裂井4位于所述水合物层16且间隔地位于所述第一压裂井3的下方，所述第二压裂井4的入口端与所述注入井2的出口端连通，所述第二压裂井4用于将所述二氧化碳压裂流体向上射入所述水合物层16；
收集井5，所述收集井5位于所述水合物层16，所述收集井5用于收集所述水合物层16的分解产物，所述收集井5在竖直方向上位于所述第一压裂井3和所述第二压裂井4之间；以及
生产井6，所述生产井6设置为从所述水合物层16延伸至所述海平面12，所述生产井6的入口端与所述收集井5的出口端连通，以回收所述分解产物。
本发明通过上述方案，采用设置于水合物层16内的第一压裂井3和第二压裂井4向其两者之间的区域注入二氧化碳压裂流体，上下同时为水合物层16造缝，形成的裂缝11能够有效改善水合物层16的渗透性，并使二氧化碳压裂流体渗入所述裂缝11中，促进水合物层16中天然气水合物的分解，具有改善储层渗透性、开采速度快、能损小、效率高等优点。
在采用上述双L井结构开采海洋水合物藏时，例如图1所示，先从位于海平面12上方的注入井井口1处向注入井2中注入二氧化碳压裂流体，然后通过第一压裂井3和第二压裂井4沿相对的方向将二氧化碳压裂流体射入位于第一压裂井3和第二压裂井4之间的区域内，加强二氧化碳压裂流体在水合物层16中的造缝效果，随着裂缝11的形成，二氧化碳压裂流体在水合物层16中的渗透加快，从而促进水合物层16中天然气水合物的分解，分解后的产物通过设置于第一压裂井3和第二压裂井4之间的收集井5有效地进行收集并通过生产井6将分解产物回收，通过与生产井井口7连通的其他装置能够对分解产物进行处理以便于利用。其中，由于采用的是二氧化碳压裂流体，流体中的二氧化碳能够与天然气水合物中的甲烷进行置换，促进天然气水合物分解的同时还维持了储层的稳定性。
其中，为了使二氧化碳压裂流体能够均匀地射入第一压裂井3和第二压裂井4之间的区域，可在所述第一压裂井3的底壁上开设多个第一射孔，该多个第一射孔沿所述第一压裂井3的延伸方向间隔排布；在所述第二压裂井4的顶壁上开设多个第二射孔，该多个第二射孔沿所述第二压裂井4的延伸方向间隔排布。
需要说明的是，本发明中所采用的压裂是通过向水合物层16高压注入二氧化碳压裂流体，通过压力差来实现造缝。而由于海洋天然气水合物储层通常呈松散结构，稳定性差，在剧烈压差与分解膨胀的作用下容易出现局部坍塌、滑坡现象，造成安全隐患；同时，由于海洋天然气水合物储层是非均匀分布的，因此，为了避免无差别地开展大规模、高强度的持续压裂作业而导致在天然气水合物赋存较少的区域增加开采成本与风险系数，根据本发明的一种实施方式，如图1所示，在每个所述第一射孔和所述第二射孔处均设置有用于将所述二氧化碳压裂流体喷射出的喷射装置9和用于控制该喷射装置9的控制阀8。其中，喷射装置9可将二氧化碳压裂流体高压喷出，从而利于造缝；通过控制阀8的设置，可根据实际开采情况，例如水合物层16的不同厚度(即水合物赋存量)、开采过程中的产量及变化等，调节各喷射装置9是否继续喷射，从而实现对水合物层16的多级压裂。
本发明中，作为优选，所述第一压裂井3、所述第二压裂井4以及所述收集井5均形成为水平井，这样能够在实现均匀高效压裂和收集的同时，缩短完井周期，降低打井成本，节省开采时间。
本发明中，作为优选，如图1所示，所述第一压裂井3的中心轴线位于距离所述水合物层16的顶面的1/6-1/8处，所述第二压裂井4的中心轴线位于距离所述水合物层16的底面的1/6-1/8处，所述收集井5在竖直方向上位于所述第一压裂井3和所述第二压裂井4的正中间。通过上述设置，可使第一压裂井3和第二压裂井4之间的压裂区域最大化，能够最大限度地开采天然气水合物，同时保证分解产物的有效收集。
本发明中，所述收集井5可采用筛管。可以理解的是，筛管的管壁上布有多个通孔，管外的流体(包括分解产物)可通过所述通孔进入。这样，能够便于分解产物从收集井5的各个方向进入收集井5内，从而提高收集效率。
本发明中，所述二氧化碳压裂流体可以为携带有支撑剂的水基醇类二氧化碳乳状液或超临界二氧化碳热流体。
其中，支撑剂可以为目数较大的石英砂，随着二氧化碳压裂流体在裂缝11中的渗入，支撑剂可填充在裂缝11中，加固裂缝11的稳定性。
水基醇类二氧化碳乳状液具有污染小、粘度较纯液态高、对储层伤害小、反排迅速、成本低、压裂效果好的优点。其中，二氧化碳乳状液置换水合物效果好，能维持储层稳定性；醇类作为抑制剂，通过适当调整其浓度比，可促进天然气水合物分解而不阻止二氧化碳水合物生成。
超临界二氧化碳热流体表面张力为零，具有流动性好、扩散系数高、破岩裂缝能力强、摩阻小等优点，而且能够抑制黏土膨胀，使黏土矿物脱水，颗粒变小，从而增大地层孔隙。另外，由于超临界二氧化碳热流体温度较高，一方面能够协同注热开采水合物，另一方面能够避免支撑剂结块、管道堵塞的问题。
此外，在本发明中，还可在所述第一压裂井3和所述第二压裂井4的入口端均设置节流喷射器10。节流喷射器10可包括内径小于第一压裂井3和第二压裂井4的内径的筒体和位于筒体一端的呈莲蓬状的喷嘴。其中，通过利用所述筒体缩减流体流动管路的内径，可在该处造成局部低压，以利于水合物分解，同时还能增大流体流速，提高射流造缝能力；通过利用喷嘴可将二氧化碳压裂流体转化为泡状流，增大与水合物层16的接触面积，从而提高开采能力。需要说明的是，本发明中节流喷射器10的结构并不仅限于此，还可以是其他任意能够实现上述部分或全部功能的装置。
本发明还提供一种利用压裂开采海洋水合物藏的方法，包括：
S1、分别从水合物层16的两个不同高度沿相对的方向向所述水合物层16注入二氧化碳压裂流体，以在所述水合物层16中压裂形成裂缝11；
S2、从所述两个不同高度之间的区域收集所述水合物层16的分解产物。
本发明的上述方法通过分别从水合物层16的两个不同高度沿相对的方向向所述水合物层16注入二氧化碳压裂流体，能够加速水合物层16中裂缝11的形成，进一步加速二氧化碳压裂流体在水合物层16中的渗透，从而促进水合物层16中天然气水合物的分解；通过从所述两个不同高度之间的区域收集水合物层16的分解产物，能够提高分解产物的收集效率。需要说明的是，对本发明上述方法所达到的效果的具体解释可参见上述双L井结构中的说明。
本发明中，所述方法可采用以上所述的双L井结构，当然也可采用其他任意能够实现上述方法的结构或装置。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种利用压裂开采海洋水合物藏的双L井结构，其特征在于，包括：
注入井(2)，所述注入井(2)设置为从海平面(12)延伸至水合物层(16)，所述注入井(2)用于注入二氧化碳压裂流体；
第一压裂井(3)，所述第一压裂井(3)位于所述水合物层(16)，所述第一压裂井(3)的入口端与所述注入井(2)的出口端连通，所述第一压裂井(3)用于将所述二氧化碳压裂流体向下射入所述水合物层(16)；
第二压裂井(4)，所述第二压裂井(4)位于所述水合物层(16)且间隔地位于所述第一压裂井(3)的下方，所述第二压裂井(4)的入口端与所述注入井(2)的出口端连通，所述第二压裂井(4)用于将所述二氧化碳压裂流体向上射入所述水合物层(16)；
收集井(5)，所述收集井(5)位于所述水合物层(16)，所述收集井(5)用于收集所述水合物层(16)的分解产物，所述收集井(5)在竖直方向上位于所述第一压裂井(3)和所述第二压裂井(4)之间；以及
生产井(6)，所述生产井(6)设置为从所述水合物层(16)延伸至所述海平面(12)，所述生产井(6)的入口端与所述收集井(5)的出口端连通，以回收所述分解产物。
2.根据权利要求1所述的双L井结构，其特征在于，
所述第一压裂井(3)的底壁上开设有多个第一射孔，该多个第一射孔沿所述第一压裂井(3)的延伸方向间隔排布；
所述第二压裂井(4)的顶壁上开设有多个第二射孔，该多个第二射孔沿所述第二压裂井(4)的延伸方向间隔排布。
3.根据权利要求2所述的双L井结构，其特征在于，每个所述第一射孔和所述第二射孔处均设置有用于将所述二氧化碳压裂流体喷射出的喷射装置(9)和用于控制该喷射装置(9)的控制阀(8)。
4.根据权利要求1所述的双L井结构，其特征在于，所述第一压裂井(3)、所述第二压裂井(4)以及所述收集井(5)均形成为水平井。
5.根据权利要求4所述的双L井结构，其特征在于，所述第一压裂井(3)的中心轴线位于距离所述水合物层(16)的顶面的1/6-1/8处，所述第二压裂井(4)的中心轴线位于距离所述水合物层(16)的底面的1/6-1/8处，所述收集井(5)在竖直方向上位于所述第一压裂井(3)和所述第二压裂井(4)的正中间。
6.根据权利要求1所述的双L井结构，其特征在于，所述收集井(5)采用筛管。
7.根据权利要求1所述的双L井结构，其特征在于，所述二氧化碳压裂流体为携带有支撑剂的水基醇类二氧化碳乳状液或超临界二氧化碳热流体。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的双L井结构，其特征在于，所述第一压裂井(3)和所述第二压裂井(4)的入口端均设置有节流喷射器(10)。
9.一种利用压裂开采海洋水合物藏的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-8中任意一项所述的双L井结构，包括：
S1、分别从水合物层(16)的两个不同高度沿相对的方向向所述水合物层(16)注入二氧化碳压裂流体，以在所述水合物层(16)中压裂形成裂缝(11)；
S2、从所述两个不同高度之间的区域收集所述水合物层(16)的分解产物。
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