CN110805412A - 一种干热岩层与水合物储层联合开采方法 - Google Patents
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Abstract
一种干热岩层与水合物储层联合开采方法。包括如下步骤：（1）在区域中心布置综合井，在周围部署返排井；（2）在井中位于水合物储层和干热岩层的部分分别射孔；（3）通过综合井中的油管将海水注入干热岩层；（4）经干热岩层加热后的海水经由四口返排井上返至水合物储层，使水合物储层升温，水合物分解；（5）水合物的分解产物流入综合井的套管和油管的环空内，经由气液分离器进行井下气液分离；（6）气液分离器分离出的气体通过综合井的套管采出，分离出的液体进入综合井的油管，随海水被注入至干热岩层。本方法通过海水介质将干热岩层中的热能传递至水合物储层，实现了干热岩层与水合物储层能量的综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物的热力学开采方法，具体涉及一种基于同井注采工艺的海底干热岩层与水合物储层联合开采方法，属于天然气水合物开采技术领域。
背景技术
天然气水合物具有巨大的开发潜力和应用前景，是一种高效、清洁、无污 染的天然气体，被认为是未来石油天然气的替代品之一。针对天然气水合物的 理化性质以及所在的地质条件，目前所提出的开采方法主要有注热法、抑制剂 注入法、固体流化法、降压法、CO2置换开采法等。但是这些方法还都无法实现 对干热岩层与水合物储层的联合开采。研究出一种可对干热岩层与水合物储层 进行联合开采的有效方法十分必要。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种干热岩层与水合物储层联合开采方法，该种联合开采方法通过海水介质将干热岩层中的热能传递至水合物储层，实现了干热岩层与水合物储层的综合利用，因地制宜，科学合理；另外，该方法中的综合井通过同井注采工艺将油管注水、套管采气集于一体，实现了井的多功能利用，降低了钻井成本，在实际开采作业中具有很强的实用性价值。
本发明的技术方案是：该种干热岩层与水合物储层联合开采方法，包括如下步骤：
第一步，确定措施区域，所述措施区域需满足以下条件：需为水合物储层下部发育有干热岩层的海域，其中水合物储层的厚度要在15米以上，干热岩层的平均温度高于120℃；
第二步，根据五点法井网部署规则，在第一步确定的措施区域中心布置至少一口综合井，在所述综合井的周围部署至少四口返排井；所述综合井和返排井需要贯穿上覆岩层、水合物储层以及水平夹层，并延伸至距离干热岩层底部至少三分之一位置处；
第三步，在全部综合井和返排井中位于水合物储层和干热岩层的部分分别进行射孔和压裂作业，以使得全部综合井和返排井的套管内腔与水合物储层和干热岩层之间可分别实现液体的流动；
第四步，在综合井的套管内腔中下入综合井油管，所述综合井油管的顶端开有海水注入口并配置有电泵机组，所述综合井油管的底端开口，位于所述综合井对应干热岩层的射孔处；在综合井的套管顶端置有气液分离器，所述气液分离器的分离介质入口与综合井的套管和油管之间的环形空间相连通，所述气液分离器的气相出口连接至所述综合井的气相采出通道内，所述气液分离器的液相出口连接至所述综合井油管顶端的海水注入口；
第五步，在返排井的套管内腔中下入返排井油管，所述返排井油管的顶端封闭并配置有电泵机组；所述返排井油管的中段对应水合物储层的位置处开有连通孔；所述返排井油管的底端开口，位于所述返排井对应干热岩层的射孔处；在所述返排井的油管与套管之间，位于水合物储层顶部的位置安装封隔器；
第六步，启动综合井中的电泵机组将经过净化处理后的海水注入干热岩层；
第七步，经干热岩层加热后的海水经由四口返排井上返至水合物储层，使水合物储层升温，水合物分解；
第八步，经由第七步获得的水合物分解产物流入综合井的套管和油管的环空内，经由气液分离器进行井下气液分离；
第九步，经气液分离器分离出的气体通过综合井的套管采出，分离出的液体进入综合井的油管，随海水复被注入至干热岩层。
优选的，所述第六步和第七步按照如下模式进行，在所述综合井的套管中下入压力传感装置，当测量到干热岩层的地层压力变化为原始地层压力的1.2倍时，开启四口返排井进行采水，当所述返排井的井筒内液面上升至距离水合物储层顶部二分之一处时，启动井内的电泵机组，将海水通过射孔通道注入水合物储层。
另外，可在所述返排井位于夹层的位置外设置一个保温层，所述保温层的保温材料选择纳米保温板，保温层厚度为20mm。
本发明具有如下有益效果：本发明通过利用海底地热能来开发水合物储层，有效地克服了传统热力学注热成本高、热损失严重等缺点，方法科学合理；通过采用同井注采工艺技术，中心综合井实现了井的多功能利用，不仅提高了单井利用率，还降低了钻井成本，在实际开采作业中具有很强的应用意义；通过采用五点法井网，易于后期根据生产状况进行调整，满足生产要求。通过采用井下分离器，实现井下气液分离、产出水回注和采气于一体，不仅可以降低举升费用，还可以简化地面的分离设施，具有很高的经济效益。
附图说明：
图1为本发明具体实施时采用的五点法井网部署示意图。
图2为干热岩层与水合物储层联合开采方法示意图。
图中1-上覆地层； 2-水合物储层 ； 3-夹层 ； 4-干热岩层 ；5-返排井；6-综合井；7-电泵机组；8-容积桶；9-油管；10-套管；11-水合物分解产物；12-套管保温层；13-封隔器；14-换热流体；15-射孔；16-海水净化处理器；17-裂缝；18-井下气液分离器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：具体井网结构如图1、2所示：
本种干热岩层与水合物储层联合开采方法，包括如下步骤：
（1）在水合物储量大且水合物储层下部发育有干热岩层的海域使用该开采方法，其中水合物储层的厚度要在15m以上，干热岩层的平均温度高于120℃。
（2）按照五点法井网部署规则，在措施区域中心部署一口综合井，贯穿上覆岩层、水合物储层以及水平夹层，并延伸至距离干热岩层底部大约三分之一位置处。
（3）根据五点法井网部署规则、水合物储层的规模及渗透率等储层参数，在综合井周围选择适当距离部署四口返排井，贯穿上覆岩层、水合物储层和夹层，并延伸至距离干热岩层底部大约三分之一位置处。
（4）综合考虑射孔器材、火工品、减震器和筛管的使用种类、射孔枪的通过能力以及起爆方式，选择适合该措施区域地层特性的射孔作业材料及施工方式，在五口井位于干热岩层的部分射孔。
（5）根据每口井的实际情况与干热岩层的地质特点，选用适当的压裂材料，科学设计施工参数，通过中心综合井和周围四口返排井对干热岩层进行压裂。
（6）根据综合井和周围四口返排井在干热岩层部位射孔作业的要求，在五口井位于水合物储层的部分射孔。
（7）在四口返排井位于水合物储层顶部的位置安装封隔器。
（8）利用海水净化处理器对准备注入到干热岩层的海水进行净化处理，使之达到注入要求，避免污染地层。
（9）根据干热岩层的储层物性以及压裂效果，选择适当的海水注入速度，通过中心综合井的油管，将处理后的海水注入干热岩层。
（10）注入的海水在干热岩层被加热后，通过四口返排井采出，当井筒内液面上升至距离水合物储层顶部大约二分之一到四分之一处时，利用井内的电泵机组，将海水通过射孔通道注入水合物储层。
（11）海水携带的热能使得水合物储层温度升高，打破水合物的相平衡，促使水合物分解，产生气液混合流体。
（12）混合流体在中心综合井气液分离器的作用下分离，分离出的气体经过中心综合井的套管采至地面，分离出的液体通过综合井的油管回注至干热岩层，与净化后的海水一同作为换热流体。
综合井中的气液分离器选用螺旋气液分离器，具有井下气液分离、产出水回注和采气于一体的功能。将储层产出的气水进行分离，然后将气体举升至地面，将液体在井下通过综合井的油管回注至干热岩层。
具体实施时，如图2所示，按照五点法井网部署规则，在措施区域中心部署一口综合井6，贯穿上覆岩层1、水合物储层2以及水平夹层3，并延伸至距离干热岩层4底部大约三分之一位置处。
根据五点法井网部署规则、水合物储层2的规模及渗透率等储层参数，在综合井6周围选择适当距离部署四口返排井5，贯穿上覆岩层1、水合物储层2和夹层3，并延伸至距离干热岩层4底部大约三分之一位置处。
综合考虑射孔15器材、火工品、减震器和筛管的使用种类、射孔枪的通过能力以及起爆方式，选择适合该措施区域地层特性的射孔15作业材料及施工方式，在五口井位于干热岩层4的部分射孔15。
根据每口井的实际情况与干热岩层4的地质特点，选用适当的压裂材料，科学设计施工参数，通过中心综合井6和周围四口返排5井对干热岩层4进行压裂。
根据综合井6和周围四口返排井5在干热岩层4部位射孔15作业的要求，在五口井位于水合物储层2的部分射孔15。
在四口返排井5位于水合物储层2顶部的位置安装封隔器13。
利用海水净化处理器16对准备注入到干热岩层4的海水进行净化处理，使之达到注入要求，避免污染地层。
根据干热岩层4的储层物性以及压裂效果，选择适当的海水注入速度，通过中心综合井6的油管9，将处理后的海水注入干热岩层4。
设定四口返排井5的井底压力为干热岩层4原始压力的0.5-0.7倍，注入的海水在干热岩层4被加热后，通过四口返排井5采出，当井筒内液面上升至距离水合物储层2顶部大约二分之一到四分之一处时，利用井内的电泵机组7，将海水通过射孔14通道注入水合物储层2。
海水携带的热能使得水合物储层2温度升高，打破水合物的相平衡，促使水合物分解，产生气液混合流体11。
通过中心综合井6的套管10将水合物储层2分解产生的气体以及其他混合流体11采出，并记录生产数据。
气液混合流体11在中心综合井6内气液分离器18的作用下分离，分离出的气体经过中心综合井6的套管10采至地面，分离出的液体通过综合井6的油管9回注至干热岩层4，与净化后的海水一同作为换热流体14。
综合井中的气液分离器选用螺旋气液分离器，具有井下气液分离、产出水回注和采气于一体的功能。将储层产出的气水进行分离，然后将气体举升至地面，将液体在井下通过综合井的油管回注至干热岩层。另外，优选的，可以在所述返排井位于夹层的位置外设置一个保温层，所述保温层的保温材料选择纳米保温板，保温层厚度为20mm。
应用本发明所述方法，海水携带的热能使得水合物储层温度升高，打破水合物的相平衡，促使水合物分解，产生气液混合流体。混合流体在中心综合井气液分离器的作用下分离，分离出的气体经过中心综合井的套管采至地面，分离出的液体通过综合井的油管回注至干热岩层，与净化后的海水一同作为换热流体。
本发明所用载热流体为净化处理后的海水与水合物分解产生的水，材料易得，将干热岩层的热能传递给水合物储层，不仅高效利用地热能，还克服了传统热力学方法注热成本高的缺点。净化后的海水满足水质稳定、不携带悬浮物、不与储层内流体反应、不会造成储层内黏土矿物水化膨胀和不腐蚀管道。
此外，本发明采用五点法井网开采水合物，五口井通过海水介质将底部干热岩层、上部水合物储层紧密联系，形成了联合应用体系，而五点法也易于后期根据生产情况进行井网调整。在五点法井网中，中心井定义为主井，相邻的四口井定义为副井，一个主井与其对应的副井称为一个井组，标准的五点法井网是正方形，但由于方案实施海域存在断层或者其他地质条件的影响以及地面条件的制约，五点法井网中的副井数不局限于4个，比四个多或者比4个少，井网形状也不一定是正方形。因此，本发明采用的五点法井网随着措施海域的具体地形条件而改变，不仅仅局限于标准的五点法井网。
Claims (3)
1.一种干热岩层与水合物储层联合开采方法，包括如下步骤：
第一步，确定措施区域，所述措施区域需满足以下条件：需为水合物储层下部发育有干热岩层的海域，其中水合物储层的厚度要在15米以上，干热岩层的平均温度高于120℃；
第二步，根据五点法井网部署规则，在第一步确定的措施区域中心布置至少一口综合井，在所述综合井的周围部署至少四口返排井；所述综合井和返排井需要贯穿上覆岩层、水合物储层以及水平夹层，并延伸至距离干热岩层底部至少三分之一位置处；
第三步，在全部综合井和返排井中位于水合物储层和干热岩层的部分分别进行射孔和压裂作业，以使得全部综合井和返排井的套管内腔与水合物储层和干热岩层之间可分别实现液体的流动；
第四步，在综合井的套管内腔中下入综合井油管，所述综合井油管的顶端开有海水注入口并配置有电泵机组，所述综合井油管的底端开口，位于所述综合井对应干热岩层的射孔处；在综合井的套管顶端置有气液分离器，所述气液分离器的分离介质入口与综合井的套管和油管之间的环形空间相连通，所述气液分离器的气相出口连接至所述综合井的气相采出通道内，所述气液分离器的液相出口连接至所述综合井油管顶端的海水注入口；
第五步，在返排井的套管内腔中下入返排井油管，所述返排井油管的顶端封闭并配置有电泵机组；所述返排井油管的中段对应水合物储层的位置处开有连通孔；所述返排井油管的底端开口，位于所述返排井对应干热岩层的射孔处；在所述返排井的油管与套管之间，位于水合物储层顶部的位置安装封隔器；
第六步，启动综合井中的电泵机组将经过净化处理后的海水注入干热岩层；
第七步，经干热岩层加热后的海水经由四口返排井上返至水合物储层，使水合物储层升温，水合物分解；
第八步，经由第七步获得的水合物分解产物流入综合井的套管和油管的环空内，经由气液分离器进行井下气液分离；
第九步，经气液分离器分离出的气体通过综合井的套管采出，分离出的液体进入综合井的油管，随海水复被注入至干热岩层。
2.根据权利要求1所述的一种干热岩层与水合物储层联合开采方法，其特征在于：所述第六步和第七步按照如下模式进行，在所述综合井的套管中下入压力传感装置，当测量到干热岩层的地层压力变化为原始地层压力的1.2倍时，开启四口返排井进行采水，当所述返排井的井筒内液面上升至距离水合物储层顶部二分之一处时，启动井内的电泵机组，将海水通过射孔通道注入水合物储层。
3.根据权利要求2所述的一种干热岩层与水合物储层联合开采方法，其特征在于：在所述返排井位于夹层的位置外设置一个保温层，所述保温层的保温材料选择纳米保温板，保温层厚度为20mm。
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- 2019-10-15 CN CN201910977219.XA patent/CN110805412A/zh active Pending
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