CN110821448B - 一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 - Google Patents
一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110821448B CN110821448B CN201911114181.XA CN201911114181A CN110821448B CN 110821448 B CN110821448 B CN 110821448B CN 201911114181 A CN201911114181 A CN 201911114181A CN 110821448 B CN110821448 B CN 110821448B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- well
- exploitation
- fixed pipe
- hydrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 27
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 49
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 44
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 42
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 claims description 32
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 14
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 claims description 6
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 5
- -1 natural gas hydrates Chemical class 0.000 claims 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011380 pervious concrete Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
- E21B41/0099—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 specially adapted for drilling for or production of natural hydrate or clathrate gas reservoirs; Drilling through or monitoring of formations containing gas hydrates or clathrates
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
- E21B36/005—Heater surrounding production tube
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
- E21B41/0078—Nozzles used in boreholes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/02—Subsoil filtering
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
- E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
- E21B43/2401—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
- E21B43/38—Arrangements for separating materials produced by the well in the well
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
- E21B47/07—Temperature
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
本发明公开了一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置。该开采方法，包括如下步骤：(1)完成垂直井的构建后构造固定管，固定管中心设置开采井，固定管内壁和开采井外壁之间填充混合均匀的混合物；(2)自激振荡射流喷嘴沿垂直井进入到开采井内，通过开采井上的孔口到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得混合物均匀打碎，形成人造裂缝；(3)在相应温度之下，进行降压开采，水合物分解产气；(4)开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离得到液体和气体，收集得到的液体和气体。本发明提出的开采方法有稳定降压开采、提高开采效率、高浓度天然气的回收、自动化操作和远程控制的优点，能为海相天然气水合物的开采提供指导。
Description
技术领域：
本发明属于能源技术领域，具体涉及一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置。
背景技术：
天然气水合物是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，因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”，其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，被认为是最有应用前景的能替代石油等化石能源的新能源之一，2017年11月3日，国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种，成为我国第173个矿种。
天然气水合物降压开采方法，它是指利用降低水合物藏的压力从而破坏水合物相平衡稳定,进而促使其分解的一种开采方法，是所有开采方法中最有发展前景的，因而可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。2013年，日本在爱知县渥美半岛以南70公里、水深1000米处海底开采出可燃冰，6天之内成功开采出12万立方米天然气气体，成为世界上首次开采出海底可燃冰的国家，为期6天的开采结束主要原因是泥沙堵住钻井通道，导致开采井堵塞，气体无法产出。2017年3月28日，我国在珠海市东南320千米南海北部的神狐海域，开始第一口试采井的钻探，5月10日下午14时52分点火成功，从水深1266米海底以下203-277米的天然气水合物矿藏开采出天然气，截至6月10日下午，试采总产气量达到21万立方米，平均日产6800立方米，取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。对于这两次海底天然气水合物藏的开采，采用的方法都是降压开采，都存在海底泥沙堵塞开采井、开采效率低的情况。
对低渗透率的海相沉积物开采效率低的原因深入分析，发现降压开采方法依靠压力的下降来破坏天然气水合物的相平衡条件，造成水合物的分解，但是对于低渗透性的海相沉积物，传统的水力压裂无法造成储层的渗透性提高，因为水力压裂造成的裂缝很快被粉质泥沙等极细颗粒物填充密闭，而水合物储层的渗透率决定着降压开采的成败，同时，大量研究表明降压幅度的增大会造成大量二次水合物的生成，因此，如何提高储层的渗透性又保证不被泥沙堵塞、抑制二次水合物的生成成为降压开采海相天然气水合物的关键。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置，本发明提出的开采方法可实现自动化操作和远程控制，可有效阻止开采井出砂、提高开采井周边渗透性和抑制开采井内二次水合物生成，实现稳定降压开采、提高开采效率及高浓度天然气的回收。
本发明的目的在于提供一种海相天然气水合物的开采方法，包括如下步骤：
(1)构造人工防砂井壁：对一个水合物生产区域进行开采时，先完成垂直井的构建，待垂直井到达水合物层后，在水合物层内设置固定管，在固定管中心设置开采井，固定管内壁和开采井外壁之间填充混合均匀的疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物，所述的混合物胶接成型，即构成人工防砂井壁；
(2)水力射流增透人工防砂井壁：自激振荡射流喷嘴沿垂直井进入到固定管的开采井内，通过开采井上的孔口到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得胶接成型的混合物均匀打碎，形成人造裂缝；
(3)降压开采：在相应温度之下，开采压力低于天然气水合物相平衡的压力时，水合物分解产气，智能控制系统根据温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置和抑制剂循环装置的启动与停止，当温度传感器和压力传感器测得的温度和压力对应点在天然气水合物相平衡之下时，升温装置和抑制剂循环装置自动启动，升温装置为固定管的外层持续加热，抑制剂循环装置中的抑制剂喷嘴将抑制剂喷向开采井井口，抑制固定管外层和井底二次水合物的形成；
(4)气液分离：开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离得到液体和气体，液体从排液口排出至上泥层，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台，完成气体的收集。
步骤(1)中，固定管的直径根据水合物层的渗流条件确定，构造完成的固定管内填充疏水多孔材料和无机透水砼增强剂，两者均匀混合填满整个固定管并胶接成型，此步骤的目的是利用疏水多孔材料的孔隙来通过分解产出的气体和液体，将海泥阻挡在固定管之外。
步骤(2)中人造裂缝是为了提高开采井周边的渗透性，提高产气效率。
步骤(3)中在相应温度之下，开采压力低于天然气水合物相平衡的压力时，水合物分解产气，由于水合物分解过程中会造成周围的温度降低，此时天然气水合物相平衡的压力也随之降低，这导致开采井与固定管管壁很容易出现二次水合物，造成管体的堵塞，因此采用智能控制系统，智能控制系统可根据温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置和抑制剂循环装置的启动与停止，当温度及压力的对应点在天然气水合物相平衡之下时，升温装置和抑制剂循环装置自动启动，为固定管的外层持续加热，同时抑制剂喷向开采井井口，有效抑制固定管外层和井底二次水合物的形成。
优选地，所述的疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物中疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的质量比为1000:1-10:1。
优选地，所述的开采井为竖直开采井或水平开采井。
本发明还保护了实现上述海相天然气水合物的开采方法的海相天然气水合物的的开采装置，包括人工防砂井壁系统、水力射流增透系统、降压开采系统和气液分离控制系统；所述的人工防砂井壁系统包括埋藏在水合物层的固定管，所述的水力射流增透系统包括自激振荡射流喷嘴；所述的降压开采系统包括垂直井、设置在固定管中心的开采井、设置在固定管外部的升温装置和设置在固定管外部的抑制剂循环装置，抑制剂循环装置包括设置于开采井外部的抑制剂喷嘴和设置于固定管外部的抑制剂回收仓，自激振荡射流喷嘴沿垂直井进入到固定管的开采井内，通过开采井上的孔口到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得混合物均匀打碎，形成人造裂缝；所述的气液分离控制系统包括气液分离装置、气体增压室和智能控制系统，智能控制系统根据设置在固定管外部的温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置和抑制剂循环装置的启动与停止，开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离得到液体和气体，液体从排液口排出至上泥层，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台，完成气体的收集。
优选地，所述的开采井外部设置有防止极细颗粒物混入到水平开采井内的内层网和外层网，所述的内层网和外层网上均设置有用于气液混合物流入的孔口。
进一步优选，所述的升温装置为加热丝，所述的加热丝均匀设置于固定管的外层，当温度传感器和压力传感器测得的温度及压力的对应点在天然气水合物相平衡之下时，加热丝为固定管的外层持续加热，破除在固定管外层生成的水合物，保证气体从开采井的孔口进入开采井。
固定管的外层均匀布置加热丝，智能控制系统可根据温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置的启动与停止，当温度及压力的对应点在天然气水合物相平衡之下时，升温装置自动开启，为固定管的外层持续加热，破除在固定管外层生成的水合物，保证气体可从孔口进入开采井；从开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离，液体从排液口排出至上泥层，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台。
优选地，所述的固定管内壁和开采井外壁之间填充有疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物。疏水多孔材料对水无亲和性，在水中聚集成块，无机透水砼增强剂与疏水多孔材料反应形成高分子聚合物的水化体，不易被水分散，大幅度提高水化体的抗压和粘结强度，增强疏水多孔材料的抗冻融性、耐久性和耐候性。
固定管提前预埋在水合物层中，开采井套设于固定管内部，从疏水多孔材料仓出来的疏水多孔材料与无机透水砼增强剂储罐出来的无机透水砼增强剂混合之后经液压增压器作用，通过垂直井进入并充满整个开采井外壁和固定管内壁之间，在无机透水砼增强剂的作用下胶接成型；自激振荡射流喷嘴可以在固定管及开采井内定向移动，可根据需求到达指定位置对疏水多孔材料进行喷射，进而使得与无机透水砼增强剂胶接成型的疏水多孔材料均匀打碎，形成人造裂缝；抑制剂循环装置可由智能控制系统控制抑制剂喷嘴的开启与停止，当抑制剂喷嘴开启时，抑制剂喷向开采井井口，抑制井底二次水合物的形成，当抑制剂喷嘴停止时，多余的抑制剂到抑制剂回收仓。
本发明的有益效果是：本发明提出的开采方法可实现自动化操作和远程控制，可有效阻止开采井出砂、提高开采井周边渗透性和抑制开采井内二次水合物生成，实现稳定降压开采、提高开采效率及高浓度天然气的回收。
附图说明：
图1为本发明海相天然气水合物的的开采装置的结构示意图，图中的虚线箭头为气液流动方向；
图2为图1中固定管纵向切面结构示意图；
附图标记说明：
1、生产单元边界；2、海水层；3、上泥层；4、水合物层；5、下泥层；6、自激振荡射流喷嘴；7、水平开采井；8、固定管；8-1、固定管外层；8-2、固定管内层；9、孔口；10、疏水多孔材料；11、人造裂缝；12、水力射流软管；13、抑制剂回收仓；14、抑制剂喷嘴；15、温度传感器；16、压力传感器；17、升温装置；18、排液口；19、出气口；20、气液分离装置；21、增压室；22、垂直井；23、疏水多孔材料仓；24、无机透水砼增强剂储罐；25、磨料缓冲罐；26、液压增压器；27、海上平台；28、智能控制系统；29、气液流动方向。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
除特别说明，本发明中提到的设备和材料均为市售。SR-无机透水砼增强剂购自南京佳境
实施例1：
如图1和图2所示，一个水合物生产区域进行开采时，先确定生产单元边界1，生产单元自上而下分为海水层2、上泥层3、水合物层4和下泥层5，水合物的气液流动方向29如图1所示。
海相天然气水合物的的开采装置，包括人工防砂井壁系统、水力射流增透系统、降压开采系统和气液分离控制系统；人工防砂井壁系统包括埋藏在水合物层4的固定管8，水力射流增透系统包括水力射流软管12、自激振荡射流喷嘴6和存储在磨料缓冲罐25内的射流磨料；降压开采系统包括垂直井22、设置在固定管8中心的开采井、设置在固定管8外部的升温装置和设置在固定管8外部的抑制剂循环装置，固定管内壁和开采井外壁之间填充有疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物，抑制剂循环装置包括设置于开采井外部的抑制剂喷嘴14和设置于固定管8外部的抑制剂回收仓13，自激振荡射流喷嘴6沿垂直井22进入到固定管8的开采井内，通过开采井上的孔口9到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得混合物均匀打碎，形成人造裂缝；气液分离控制系统包括气液分离装置20、气体增压室21和智能控制系统28，智能控制系统28根据设置在固定管8外部的温度传感器15和压力传感器16的条件判定升温装置17和抑制剂循环装置的启动与停止。
开采井根据实际的开采位置可设置为竖直开采井或水平开采井，气液分离装置20为只要能实现水合物气液分离的装置即可，本实施例中优选开采井为水平开采井7，气液分离装置20优选为离心力分离和拆流分离结构的分离器，水平开采井7开采出来的气液混合物在气液分离装置20内进行分离得到液体和气体，液体从排液口18排出至上泥层3，气体从出气口19沿垂直井22到达气体增压室21，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台27，完成气体的收集。
水平开采井7外部设置有防止极细颗粒物混入到水平开采井7内的内层滤网和防止大颗粒物混入到水平开采井7内的外层滤网，水平开采井7上设置有用于气液混合物流入的孔口9，固定管8外部设置有固定管外层8-1和固定管内层8-2，固定管外层8-1为工字钢均匀排布，该设置的作用是防止大颗粒物混入到固定管内，固定管内层8-2为滤网，作用是防止极细颗粒物混入到固定管8内。在本实施例中，升温装置17为加热丝，加热丝均匀设置于固定管8的外层，当温度传感器15和压力传感器16测得的温度及压力的对应点在天然气水合物相平衡之下时，加热丝为固定管8的外层持续加热，破除在固定管8外层生成的水合物，保证气体从水平开采井7的孔口9进入水平开采井7。
疏水多孔材料为硅藻土、气体凝胶或泡沫合金，疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的质量比为1000:1-10:1，疏水多孔材料对水无亲和性，在水中聚集成块，无机透水砼增强剂与疏水多孔材料反应形成高分子聚合物的水化体，不易被水分散，大幅度提高水化体的抗压和粘结强度，增强疏水多孔材料的抗冻融性、耐久性和耐候性。
固定管8提前预埋在水合物层4中，水平开采井7套设于固定管8内部，从疏水多孔材料仓23出来的疏水多孔材料10与无机透水砼增强剂储罐24出来的无机透水砼增强剂混合之后经液压增压器26作用，通过垂直井22进入并充满整个水平开采井7外壁和固定管8内壁之间，疏水多孔材料10在无机透水砼增强剂的作用下胶接成型；磨料缓冲罐25的磨料在恒压恒速泵的作用下，通过自激振荡射流喷嘴6高压射出，对固定管8内的胶接成型物进行喷射，自激振荡射流喷嘴6与水力射流软管12连接，实现自激振荡射流喷嘴6在固定管8及水平开采井7内定向移动，可根据需求到达指定位置对疏水多孔材料10进行喷射，进而使得与无机透水砼增强剂胶接成型的疏水多孔材料10均匀打碎，形成人造裂缝11；抑制剂循环装置可由智能控制系统28控制抑制剂喷嘴14的开启与停止，当抑制剂喷嘴14开启时，抑制剂喷向开采井井口，抑制井底二次水合物的形成，当抑制剂喷嘴14停止时，多余的抑制剂到抑制剂回收仓13。
通过上述海相天然气水合物的开采装置得到的海相天然气水合物的开采方法，包括如下步骤：
(1)对一个水合物生产区域进行开采时，通过钻井技术先完成垂直井的构建，到达水合物层中间后构造水平固定管，水平固定管的直径根据水合物层的渗流条件确定，构造完成的固定管内填充疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物，疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物中疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的质量比为1000:1-10:1，两者均匀混合填满固定管内壁和水平开采井外壁并胶接成型，此步骤的目的是利用疏水多孔材料的孔隙来通过分解产出的气体和液体，将海泥阻挡在固定管之外；在固定管内部的疏水多孔材料中部布置水平开采井，水平开采井分内、外两层，均设有细网和孔口，细网防止极细颗粒物混入到水平开采井内，孔口用于气体和液体的流入构造人工防砂井壁；
(2)水力射流增透人工防砂井壁：自激振荡射流喷嘴沿垂直井进入到固定管的开采井内，通过开采井上的孔口到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得胶接成型的混合物均匀打碎，形成人造裂缝，人造裂缝是为了提高开采井周边的渗透性，提高产气效率；
(3)降压开采：在相应温度之下，开采压力低于天然气水合物相平衡的压力时，水合物分解产气，由于水合物分解过程中会造成周围的温度降低，此时天然气水合物相平衡的压力也随之降低，这导致开采井与固定管管壁很容易出现二次水合物，造成管体的堵塞，智能控制系统根据温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置和抑制剂循环装置的启动与停止，当温度传感器和压力传感器测得的温度和压力对应点在天然气水合物相平衡之下时，升温装置和抑制剂循环装置自动启动，升温装置为固定管的外层持续加热，抑制剂循环装置中的抑制剂喷嘴将抑制剂喷向开采井井口，抑制固定管外层和井底二次水合物的形成；
(4)气液分离：水平开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离得到液体和气体，液体从排液口排出至上泥层，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台，完成气体的收集。
实施例2：
参考实施例1的海相天然气水合物的开采方法及开采装置，对水合物藏进行开采，疏水多孔材料为硅藻土、气体凝胶或泡沫合金，疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的质量比为1000:1-10:1，本实施例优选疏水多孔材料为硅藻土，无机透水砼增强剂为SR-无机透水砼增强剂，疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的质量比为100:1，开采压力为3MPa,水合物分离产生的气液混合物进入水平井后，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，由垂直井采出，完成气体的收集，使用本实施例的开采方法得到的天然气浓度高，产气速率是现有技术(未使用实施例2的人工防砂井壁)的产气速率的4倍以上。
以上对本发明提供的海相天然气水合物的开采方法及开采装置进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种海相天然气水合物的开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构造人工防砂井壁：对一个水合物生产区域进行开采时，先完成垂直井的构建，待垂直井到达水合物层后，在水合物层内设置固定管，在固定管中心设置开采井，固定管内壁和开采井外壁之间填充混合均匀的疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物，所述的混合物胶接成型，即构成人工防砂井壁；
(2)水力射流增透人工防砂井壁：自激振荡射流喷嘴沿垂直井进入到固定管的开采井内，通过开采井上的孔口到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得胶接成型的混合物均匀打碎，形成人造裂缝；
(3)降压开采：在相应温度之下，开采压力低于天然气水合物相平衡的压力时，水合物分解产气，智能控制系统根据温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置和抑制剂循环装置的启动与停止，当温度传感器和压力传感器测得的温度和压力对应点在天然气水合物相平衡之下时，升温装置和抑制剂循环装置自动启动，升温装置为固定管的外层持续加热，抑制剂循环装置中的抑制剂喷嘴将抑制剂喷向开采井井口，抑制固定管外层和井底二次水合物的形成；
(4)气液分离：开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离得到液体和气体，液体从排液口排出至上泥层，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台，完成气体的收集。
2.根据权利要求1所述的海相天然气水合物的开采方法，其特征在于，所述的疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物中疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的质量比为1000:1-10:1。
3.根据权利要求1所述的海相天然气水合物的开采方法，其特征在于，所述的开采井为竖直开采井或水平开采井。
4.一种实现权利要求1所述的海相天然气水合物的开采方法的海相天然气水合物的开采装置，其特征在于，包括人工防砂井壁系统、水力射流增透系统、降压开采系统和气液分离控制系统；所述的人工防砂井壁系统包括埋藏在水合物层的固定管，所述的水力射流增透系统包括自激振荡射流喷嘴；所述的降压开采系统包括垂直井、设置在固定管中心的开采井、设置在固定管外部的升温装置和设置在固定管外部的抑制剂循环装置，抑制剂循环装置包括设置于开采井外部的抑制剂喷嘴和设置于固定管外部的抑制剂回收仓，自激振荡射流喷嘴沿垂直井进入到固定管的开采井内，通过开采井上的孔口到达指定位置对混合物进行喷射，进而使得混合物均匀打碎，形成人造裂缝；所述的气液分离控制系统包括气液分离装置、气体增压室和智能控制系统，智能控制系统根据设置在固定管外部的温度传感器和压力传感器的条件判定升温装置和抑制剂循环装置的启动与停止，开采井开采出来的气液混合物在气液分离装置内进行分离得到液体和气体，液体从排液口排出至上泥层，气体从出气口沿垂直井到达气体增压室，当压力高于设定压力值时，气体上升至海上平台，完成气体的收集。
5.根据权利要求4所述的海相天然气水合物的开采装置，其特征在于，所述的开采井外部设置有防止极细颗粒物混入到水平开采井内的内层网和外层网，所述的内层网和外层网上均设置有用于气液混合物流入的孔口。
6.根据权利要求5所述的海相天然气水合物的开采装置，其特征在于，所述的升温装置为加热丝，所述的加热丝均匀设置于固定管的外层，当温度传感器和压力传感器测得的温度及压力的对应点在天然气水合物相平衡之下时，加热丝为固定管的外层持续加热，破除在固定管外层生成的水合物，保证气体从开采井的孔口进入开采井。
7.根据权利要求4所述的海相天然气水合物的开采装置，其特征在于，所述的固定管内壁和开采井外壁之间填充有疏水多孔材料和无机透水砼增强剂的混合物。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911114181.XA CN110821448B (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 |
| PCT/CN2019/119412 WO2021092978A1 (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-19 | 一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 |
| US16/647,887 US11486232B2 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-19 | Method and device for exploiting natural gas hydrate from marine rock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911114181.XA CN110821448B (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110821448A CN110821448A (zh) | 2020-02-21 |
| CN110821448B true CN110821448B (zh) | 2022-02-18 |
Family
ID=69555488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911114181.XA Active CN110821448B (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11486232B2 (zh) |
| CN (1) | CN110821448B (zh) |
| WO (1) | WO2021092978A1 (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113323631B (zh) * | 2020-02-28 | 2022-03-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种天然气水合物储层开采结构及气体压裂注入水硬性氧化钙的天然气水合物开采方法 |
| CN111411922B (zh) * | 2020-03-11 | 2021-07-16 | 大连理工大学 | 一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备及方法 |
| CN111456686B (zh) * | 2020-04-08 | 2021-07-20 | 中国石油大学(北京) | 天然气水合物的开采处理装置 |
| CN111997568B (zh) * | 2020-08-06 | 2021-07-30 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种天然气水合物全尺寸开采模拟井装置及实验方法 |
| CN112647903B (zh) * | 2020-12-28 | 2021-10-26 | 中国科学院广州能源研究所 | 膨胀筛管及其施工方法 |
| CN114109359B (zh) * | 2021-11-16 | 2022-06-17 | 广州海洋地质调查局 | 海底水合物储层垂向含量分布精准评估装置使用方法 |
| CN114153004B (zh) * | 2021-11-16 | 2024-03-12 | 山东大学 | 主动激发式海底水合物储层垂向含量分布精准评估装置 |
| CN115450598B (zh) * | 2021-12-07 | 2023-12-15 | 中国矿业大学 | 一种海域天然气水合物固态流化绿色开采系统及方法 |
| CN114542022B (zh) * | 2022-02-28 | 2024-02-27 | 山东科技大学 | 一种深海天然气水合物充填开采方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101555784A (zh) * | 2009-06-01 | 2009-10-14 | 李向东 | 一种洁净的天然气开采方法 |
| CN103410488A (zh) * | 2013-09-05 | 2013-11-27 | 中国石油大学(华东) | 天然气水合物排水采气开采装置及其开采方法 |
| CN104481467A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-01 | 辽宁石油化工大学 | 一种开采海底可燃冰的方法与装置 |
| CN105909223A (zh) * | 2016-05-03 | 2016-08-31 | 中国石油大学(华东) | 一种双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物藏的方法 |
| CN107503723A (zh) * | 2017-10-23 | 2017-12-22 | 大庆东油睿佳石油科技有限公司 | 一种天然气水合物排式水平井化学驱开采的方法 |
| CN109882134A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-14 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种海域非成岩天然气水合物钻采方法 |
| US10344576B1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-07-09 | China University Of Petroleum (East China) | Method used for exploiting natural gas hydrate reservoir |
| CN110056332A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-26 | 大连理工大学 | 一种控制开采速率的海底天然气水合物开采装置及方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992008036A1 (en) * | 1990-10-30 | 1992-05-14 | Semen Zinovievich Erukhimovich | Device to eliminate and prevent deposition of paraffin and hydrates in wells |
| EP2906780B1 (en) * | 2012-10-11 | 2016-11-23 | FMC Technologies, Inc. | System for operating a hydraulically powered submersible pump |
| CN103867165B (zh) * | 2014-03-14 | 2016-04-13 | 大连理工大学 | 一种安全高效的海洋天然气水合物降压分解开采装置和方法 |
| US9879514B2 (en) * | 2014-08-26 | 2018-01-30 | Gas Technology Institute | Hydraulic fracturing system and method |
| US20160084054A1 (en) * | 2014-09-22 | 2016-03-24 | John E. Vandigriff | Method of gas, oil and mineral production using a clean processing system and method |
| EP3071785A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-09-28 | Osman Zühtü GÖKSEL | A system and a method for exploitation of gas from gas-hydrate formations |
| CN106761588B (zh) * | 2016-12-23 | 2019-04-12 | 吉林大学 | 射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法及开采装置 |
| CN110344801B (zh) * | 2018-04-03 | 2021-05-25 | 威海海冰能源科技有限公司 | 用于可燃冰开采的压裂作业方法、开采方法和开采系统 |
| CN108505977B (zh) * | 2018-04-18 | 2020-04-21 | 吉林大学 | 一种利用套管式加热器开采天然气水合物的方法 |
| CN109611086B (zh) * | 2018-12-06 | 2019-11-05 | 青岛海洋地质研究所 | 基于多分支井的二次水合物形成监测与抑制系统及其方法 |
| CN110145281A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-08-20 | 广州海洋地质调查局 | 一种新型复合防砂结构 |
-
2019
- 2019-11-14 CN CN201911114181.XA patent/CN110821448B/zh active Active
- 2019-11-19 US US16/647,887 patent/US11486232B2/en active Active
- 2019-11-19 WO PCT/CN2019/119412 patent/WO2021092978A1/zh active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101555784A (zh) * | 2009-06-01 | 2009-10-14 | 李向东 | 一种洁净的天然气开采方法 |
| CN103410488A (zh) * | 2013-09-05 | 2013-11-27 | 中国石油大学(华东) | 天然气水合物排水采气开采装置及其开采方法 |
| CN104481467A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-01 | 辽宁石油化工大学 | 一种开采海底可燃冰的方法与装置 |
| CN105909223A (zh) * | 2016-05-03 | 2016-08-31 | 中国石油大学(华东) | 一种双水平井电加热辅助降压开采天然气水合物藏的方法 |
| CN107503723A (zh) * | 2017-10-23 | 2017-12-22 | 大庆东油睿佳石油科技有限公司 | 一种天然气水合物排式水平井化学驱开采的方法 |
| US10344576B1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-07-09 | China University Of Petroleum (East China) | Method used for exploiting natural gas hydrate reservoir |
| CN110056332A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-26 | 大连理工大学 | 一种控制开采速率的海底天然气水合物开采装置及方法 |
| CN109882134A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-14 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种海域非成岩天然气水合物钻采方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11486232B2 (en) | 2022-11-01 |
| CN110821448A (zh) | 2020-02-21 |
| US20210404295A1 (en) | 2021-12-30 |
| WO2021092978A1 (zh) | 2021-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110821448B (zh) | 一种海相天然气水合物的开采方法及开采装置 | |
| CN106761588B (zh) | 射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法及开采装置 | |
| CN115306479B (zh) | 一种基于废弃矿井采空区的co2区块化封存方法 | |
| CN116816439A (zh) | 一种利用煤矿废弃矿井采空区封存co2的方法 | |
| JP2009274047A (ja) | 炭酸ガスの地中貯留システム | |
| CN107489412B (zh) | 一种海底浅层天然气水合物井下就地实时分离回填系统 | |
| CN108086962B (zh) | 基于真空降压法开采海底浅层非成岩地层天然气水合物的装置及方法 | |
| CN103195468A (zh) | 一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺 | |
| CN114575800B (zh) | 一种烟道气就地深地超临界封存方法 | |
| WO2018171067A1 (zh) | 一种海洋非成岩天然气水合物藏开采系统及其开采工艺 | |
| CN113404538A (zh) | 基于煤矿采空区封存二氧化碳的系统及方法 | |
| CN111119800B (zh) | 石墨烯和热碳开采可燃冰的系统及开采方法 | |
| US9586759B2 (en) | Method for storing carbon dioxide compositions in subterranean geological formations and an arrangement for use in such methods | |
| JP2008307483A (ja) | 二酸化炭素の地中貯留方法及びその地中貯留システム | |
| CN103075181B (zh) | 顺层长钻孔割缝洗孔一体化抽采煤层气方法 | |
| CN102102536B (zh) | 一种利用废弃巷道贮存瓦斯的方法 | |
| CN114135254B (zh) | 一种水合物固态流化-降压联合开采方法 | |
| CN116658123B (zh) | 一种自生热辅助降压强化开采水合物的方法 | |
| RU2529197C1 (ru) | Способ подземного захоронения буровых отходов | |
| CN115306366B (zh) | 一种天然气水合物高效增产开采方法 | |
| CN208885180U (zh) | 一种用于矿井塌孔防治的泡沫混凝土注浆系统 | |
| CN215633143U (zh) | 基于煤矿采空区封存二氧化碳的系统 | |
| JP2023024948A (ja) | 再生可能エネルギー源を使用して恒常的に二酸化炭素を隔離するためのシステム及び方法 | |
| JP5208862B2 (ja) | エマルジョンの製造・注入装置及び方法並びにメタンハイドレートの採掘方法 | |
| CN117027719B (zh) | 一种天然气水合物开采过程中对储层实时加固的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |