CN110159233A - 一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，主要针对开采具有可渗透顶盖层和可渗透底盖层的天然气水合物藏时，存在生产井产水量大、水合物分解范围小、开发效果差等问题，通过在可渗透盖层内注入水泥浆形成人工致密盖层，当降压开采时，能够有效阻挡海水大量进入水合物层，有效增加水合物层与生产井之间的生产压差，从而提高水合物分解速率与采收率；注入的水泥浆凝固后具有较高的强度，可防止水合物分解引起的储层坍塌等地质灾害；人工致密盖层还能有效阻止分解的甲烷气通过可渗透盖层向大气中运移。本发明的井结构简单、操作方便、经济性强，可为具有可渗透盖层天然气水合物藏的高效开采提供技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，尤其是指在可渗透顶盖层和可渗透底盖层内注入水泥浆形成人工致密盖层以提高天然气水合物藏采收率的方法。
背景技术
天然气水合物是由天然气(通常为甲烷)与水分子在低温、高压条件下形成的类冰状化合物，主要分布在大陆永久冻土带及水深超过300米的海底沉积物中。因其具有热值高、清洁高效、资源潜力巨大等特点，被视为未来全球能源发展的战略制高点。因此，发展天然气水合物藏的高效开采技术具有重要的现实意义。
在全球水合物资源中，海域天然气水合物占比达90％以上，是未来实现大规模开采的主战场。与常规油气藏相比，海域天然气水合物藏埋藏浅、胶结性差，其盖层普遍具有一定的渗透性。当进行降压开采时，海水通过可渗透盖层进入井底，造成生产井大量无效产水，储层与生产井间不能形成有效的压差，从而限制水合物的分解速率；此外，分解的甲烷气体可能会沿着可渗透盖层向上运移至大气中，加剧温室效应。因此，盖层的可渗透性显著影响了天然气水合物藏的开发，然而，目前尚没有针对开采具有可渗透盖层水合物藏的有效方法，很大程度上制约了此类天然气水合物藏的开发利用。
本发明以具有可渗透盖层的天然气水合物藏为施工对象，通过在可渗透顶盖层和可渗透底盖层内注入水泥浆形成人工致密盖层，当降压开采时，人工致密盖层能够阻挡海水大量进入水合物层，增加水合物层与生产井之间的压差，从而提高水合物分解速率与采收率。该方法在显著提高水合物采收率的同时，能够有效防止分解的甲烷气通过可渗透盖层向大气中运移，其井结构简单、操作方便、经济性强，可为具有可渗透盖层天然气水合物藏的开采提供有效的技术手段。
发明内容
本发明涉及一种通过注入水泥浆形成人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，主要包括以下步骤：
(1)根据研究区域的地震、测井及似海底反射(BSR)地质资料，选择水合物层厚度大于20m，可渗透顶盖层和可渗透底盖层渗透率大于15mD的天然气水合物藏为开采对象；
(2)在所述天然气水合物藏钻取一口直井，完钻层位位于所述水合物层与可渗透底盖层交界面向下20-40m位置处，采用套管射孔完井方式，对位于所述可渗透顶盖层和所述可渗透底盖层内的套管分别射孔，其中所述可渗透顶盖层内最下方射孔点位于水合物层与可渗透顶盖层交界面向上4-6m位置处，所述可渗透底盖层内最上方射孔点位于水合物层与可渗透底盖层交界面向下1-3m位置处，所述可渗透顶盖层和所述可渗透底盖层内的射孔长度均为6-10m，射孔间距1-2m；
(3)选择G级油井水泥，其密度为1.89g/cm3，水灰比为0.44，加入缓凝剂以延缓凝固过程，通过室内实验确定所述缓凝剂用量2％-5％，稠化时间4-6d，形成与所述天然气水合物藏相匹配的水泥浆体系；
(4)计算所述水泥浆体系注入量与注入速度，使得整个注水泥施工时间控制在稠化时间以内，同时保证所述水泥浆体系铺满所述直井控制半径内的可渗透顶盖层和可渗透底盖层，所述水泥浆体系注入量与注入速度计算步骤为：
①计算所述水泥浆体系注入量V
V＝πr2hφ
其中：r为直井控制半径，h为人工致密盖层平均厚度，φ为孔隙度；
②计算所述水泥浆体系注入速度
其中，Sf为注入余量系数，取值范围为1.05-1.2，t0为稠化时间；
(5)通过所述套管注入所述水泥浆体系，所述水泥浆体系沿射孔井段进入所述可渗透顶盖层和可渗透底盖层，注入结束后关井候凝2-4d，使得所述水泥浆体系凝固形成人工致密盖层，实现永久性封隔所述可渗透顶盖层与所述水合物层和所述可渗透底盖层与所述水合物层；
(6)对位于所述水合物层的套管进行射孔，射孔间距为2-4m，将油管下入套管，且对位于所述水合物层的油管进行割缝，在所述可渗透顶盖层底部和所述可渗透底盖层顶部的油套环形空间内分别安装封隔器，以防止海水通过所述油套环形空间大量进入油管影响生产效率，所述封隔器分别位于所述水合物层与所述可渗透顶盖层交界面向上1-2m和所述水合物层与所述可渗透底盖层交界面向下1-2m位置处；
(7)控制所述直井以定压方式开采，井底流压1.5-4.0MPa，当产气速度低于临界产气速度2000-3000m3/d时，关井结束开采。
本发明的有益效果及优点在于：
(1)通过在可渗透顶盖层和可渗透底盖层内注入水泥浆形成人工致密盖层，能够有效阻挡海水大量进入水合物层，从而增加水合物层与生产井之间的压差，显著提高具有可渗透盖层天然气水合物藏的采收率；
(2)注入的水泥浆凝固后具有较高的强度，能够防止水合物分解引起的储层坍塌等地质灾害；
(3)人工致密盖层还能阻止水合物分解后生成的甲烷气体通过可渗透盖层向上运移到大气中，增加温室效应；
(4)该开采方法井结构简单、操作方便、经济性强，可为具有可渗透盖层天然气水合物藏的开采提供技术手段。
附图说明
图1是具有可渗透盖层天然气水合物藏注水泥形成人工致密盖层过程示意图。
图2是具有可渗透盖层天然气水合物藏降压开采过程示意图。
图中：1、可渗透顶盖层；2、水合物层；3、可渗透底盖层；4、井口；5、套管；6、射孔；7、人工致密盖层；8、油管；9、封隔器；10、割缝。
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。
(1)根据研究区域的地震、测井及似海底反射(BSR)地质资料，选择水合物层2厚度为30m，可渗透顶盖层1和可渗透底盖层3渗透率均为20mD的天然气水合物藏为开采对象，如图1所示；
(2)如图1所示，在所述天然气水合物藏钻取一口直井，完钻层位位于水合物层2与可渗透底盖层3交界面向下25m位置处，采用套管射孔完井方式，对位于所述可渗透顶盖层1和可渗透底盖层3内的套管5分别射孔6，其中可渗透顶盖层1内最下方射孔点位于水合物层2与可渗透顶盖层1交界面向上5m位置处，可渗透底盖层3内最上方射孔点位于水合物层2与可渗透底盖层3交界面向下2m位置处，可渗透顶盖层1和可渗透底盖层3内的射孔长度均为8m，射孔间距1.5m；
(3)选择G级油井水泥，其密度为1.89g/cm3，水灰比为0.44，在所述水泥浆中加入缓凝剂以延缓其凝固过程，通过室内实验确定所述缓凝剂用量3.5％，稠化时间5d，形成与所述天然气水合物藏相匹配的水泥浆体系；
(4)计算所述水泥浆体系注入量与注入速度，使得整个注水泥施工时间控制在稠化时间以内，同时保证所述水泥浆体系铺满所述直井控制半径内的可渗透顶盖层1和可渗透底盖层3，所述水泥浆体系注入量与注入速度计算步骤为：
①计算所述水泥浆体系注入量V
V＝πr2hφ
其中：r为直井控制半径，h为人工致密盖层平均厚度，φ为孔隙度；
②计算所述水泥浆体系注入速度
其中，Sf为注入余量系数，取值范围为1.05-1.2，t0为稠化时间；
(5)通过套管5注入所述水泥浆体系，所述水泥浆体系沿射孔井段进入可渗透顶盖层1和可渗透底盖层3，注入结束后关井候凝3d，使得所述水泥浆体系凝固形成人工致密盖层7，实现永久性封隔可渗透顶盖层1与水合物层2和可渗透底盖层3与水合物层2；
(6)对位于水合物层2的套管5进行射孔6，射孔间距为3m，将油管8下入套管5，且对位于水合物层2的油管8进行割缝10，在所述可渗透顶盖层1底部和可渗透底盖层3顶部的油套环形空间内分别安装封隔器9，以防止海水通过所述油套环形空间大量进入油管8影响生产效率，封隔器9分别位于水合物层2与可渗透顶盖层1交界面向上1.5m和水合物层2与可渗透底盖层3交界面向下1.5m位置处；
(7)控制所述直井以定压方式开采，井底流压3.0MPa，当产气速度低于临界产气速度2500m3/d时，关井结束开采。
Claims (8)
1.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，主要通过在天然气水合物藏的可渗透顶盖层和可渗透底盖层内注入水泥浆形成人工致密盖层，从而阻挡海水通过所述可渗透顶盖层和可渗透底盖层大量进入水合物层，增加水合物层与生产井之间的生产压差，最终提高天然气水合物藏采收率，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据研究区域的地震、测井及似海底反射(BSR)地质资料，选择水合物层厚度大于20m，可渗透顶盖层和可渗透底盖层渗透率均大于15mD的天然气水合物藏为开采对象，所述天然气水合物藏由可渗透顶盖层、水合物层和可渗透底盖层组成；
(2)在所述天然气水合物藏钻取一口直井，采用套管射孔完井方式，对位于所述可渗透顶盖层和可渗透底盖层内的套管分别射孔；
(3)选择G级油井水泥，其密度为1.89g/cm3，水灰比为0.44，加入缓凝剂以延缓凝固过程，通过室内实验确定所述缓凝剂用量及稠化时间，形成与所述天然气水合物藏相匹配的水泥浆体系；
(4)计算所述水泥浆体系注入量与注入速度，使得整个注水泥施工时间控制在稠化时间以内，同时保证所述水泥浆体系铺满所述直井控制半径内的可渗透顶盖层和可渗透底盖层；
(5)通过所述套管注入所述水泥浆体系，所述水泥浆体系沿射孔井段进入所述可渗透顶盖层和可渗透底盖层内，注入结束后关井候凝2-4d，使得所述水泥浆体系凝固形成人工致密盖层，实现永久性封隔所述可渗透顶盖层与所述水合物层和所述可渗透底盖层与所述水合物层；
(6)对位于所述水合物层的套管进行射孔，将油管下入所述套管，且对位于所述水合物层的油管进行割缝，在所述可渗透顶盖层底部和所述可渗透底盖层顶部的油套环形空间内分别安装封隔器，以防止海水通过所述油套环形空间大量进入油管影响生产效率；
(7)控制所述直井以定压方式开采，当产气速度低于临界产气速度时，关井结束开采。
2.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，所述直井完钻层位位于所述水合物层与可渗透底盖层交界面向下20-40m位置处。
3.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，所述可渗透顶盖层内最下方射孔点位于所述水合物层与所述可渗透顶盖层交界面向上4-6m位置处，所述可渗透底盖层内最上方射孔点位于所述水合物层与所述可渗透底盖层交界面向下1-3m位置处，所述可渗透顶盖层和所述可渗透底盖层内的射孔长度均为6-10m，射孔间距1-2m。
4.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，注入所述水泥浆体系中缓凝剂用量2％-5％，稠化时间4-6d。
5.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，所述水泥浆体系注入量与注入速度计算步骤为：
①计算所述水泥浆体系注入量V
V＝πr2hφ
其中：r为直井控制半径，h为人工致密盖层平均厚度，φ为孔隙度；
②计算所述水泥浆体系注入速度
其中，Sf为注入余量系数，取值范围为1.05-1.2，t0为稠化时间。
6.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，对位于所述水合物层的套管进行射孔时，射孔间距为2-4m。
7.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，所述封隔器分别位于所述水合物层与所述可渗透顶盖层交界面向上1-2m和所述水合物层与所述可渗透底盖层交界面向下1-2m位置处。
8.一种通过人工致密盖层提高天然气水合物藏采收率的方法，其特征在于，所述直井定压开采时，井底流压范围1.5-4.0MPa，临界产气速度2000-3000m3/d。
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