CN111173480B

CN111173480B - 一种天然气水合物开采方法

Info

Publication number: CN111173480B
Application number: CN201811337020.2A
Authority: CN
Inventors: 思娜; 王敏生; 蒋海军; 叶海超; 邓辉
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: CN111173480A

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物开采方法。包括：1)：钻达天然气水合物储层后，形成水平井，用清水加砂压裂，压裂压力根据地层特性设定，裂缝超出井壁不稳定区域，形成通道；2)：向井中间歇注入CO₂气体，让CO₂在储层内，特别是压裂形成的缝内，置换形成CO₂水合物，限制裂缝及通道内的天然气水合物继续分解；3)当不再有气体置换出时，停止注入CO₂；4)：继续采用连续油管水射流延长裂缝或通道；5)：安装流量控制装置；步骤6)：利用降压法开采，控制井口压力及每个流量控制装置的流量，开采天然气水合物。本发明的方法确保单裂缝天然气水合物慢速采出，避免出砂及地层沉降问题。

Description

一种天然气水合物开采方法

技术领域

本发明涉及水合物开采技术领域，进一步地说，是涉及一种天然气水合物开采方法。

背景技术

目前，天然气水合物试采多采用直井，在开采过程中由于天然气水合物地层胶结性差，因此日本试采由于出砂严重而被迫停止；我国地质调查局2018年试采为防止出砂严重问题，因此采用了小流量采出，有效避免了严重出砂导致的井壁稳定问题和地层快速沉降问题，但是该过程却限制了流量，不能更好的服务于天然气水合物的商业化开采。

目前多采用降压法、热激发法开采较多，但是由于天然气水合物的特性，必须对压力及温度有良好的控制。抑制剂法由于成本及环保问题收到了限制。目前提出的CO₂置换法，很好的避免了温度压力的问题，但是由于CO₂水合物分子较大，置换后会包裹在水合物表面，限制了天然气水合物的进一步置换，具有一定的局限性。

中国专利CN108278103A公开了一种基于注泡沫砂浆技术的泥质粉砂型天然气水合物开采方法。采用高压旋喷注浆工艺向泥质粉砂型天然气水合物储层注入泡沫砂浆形成泡沫砂浆旋喷桩，采用振动沉管方式将生产套管沉入泡沫砂浆旋喷桩内，在生产套管上割出若干条水力割缝，依次经过劈裂注浆、替浆、水力喷砂射孔或水力割缝，最后通过降压法进行天然气水合物的开采。

中国专利CN108086961A公开了一种结合注热的水流侵蚀法海洋天然气水合物开采方法，首先在天然气水合物开采区域钻两开发井至天然气水合物储层内部，利用注水泵将海洋水注入到第一口开发井中对储层进行加热，使部分天然气水合物分解生成CH₄，打开空隙通道，提高开采井周围渗透率，再通过控制天然气收集井的天然气收集速度控制两开采井间的压力差，利用压力差控制海洋水在储层内部的稳定流动，运用水流动过程中的驱替作用促进水合物持续逐步分解。

中国专利CN1080005626A公开了一种基于热管技术的天然气水合物开采装置，包括若干延伸至天然气水合物储层的开采井和采出井，各开采井包括开采井竖直段和位于天然气水合物储层中的开采井水平段，所述采出井包括采出井竖直段和位于天然气水合物储层中的采出井水平段，位于采出井竖直段的采出井井口处连接设置有气液分离器，所述开采井水平段的井壁上呈放射状均匀设置有若干伸入天然气水合物储层的热管。本发明还公开了一种基于热管技术的天然气水合物开采方法。本发明利用热管将开采井内的热水热量传导至天然气水合物储层，将大部分热量破坏水合物相平衡而非加热孔隙气体液体和沉积物，降低热量在储层中的损耗，有效强化热量传递，可用于天然气水合物的大规模开采。

文献《深水浅层天然气水合物固态硫化绿色开采技术》(中国海上油气,2014,)该文章提出了一种将浅层固态水合物采出，流态化采出的天然气水合物开采方法。该方法仅局限于海底浅层或者是海底泥线处的水合物开采，且在开采过程中会发生分解，同样会造成大量CO₂释放等环境问题。

文献《Reservoir Controls on the Occurrence and Production of GasHydrates in Nature》(Offshore Technology Conference,2014.)该文章总结归纳了当前水合物开采的四种方法，热激发法、降压法、抑制剂法及置换法。文献《天然气水合物开采技术研发进展及思考》(中国石油勘探.2016)该文章总结归纳了当前水合物开采的四种方法，热激发法、降压法、抑制剂法及置换法的最新研究。这两篇文献提出的方法是目前全球试验过程提出的具有一定可行性的开采方法，但是目前都不能成功应用于天然气水合物持续的商业化开采。

因此，需要开发出一种不同于现有技术的能够有效改善地层出砂、沉降问题，但是又不降低天然气水合物采出量的方法。

发明内容

为了提高天然气水合物采出率，降低出砂及地层沉降问题，本发明提供了一种天然气水合物开采方法。本发明采用压裂及水射流方法，结合CO₂水合物置换特性，在近井地带裂缝及通道内置换，限制近井地带的天然气水合物分解，解决井壁稳定问题；再次压裂或水射流形成远井地带裂缝，利用降压法开采，确保单裂缝天然气水合物慢速采出，避免出砂及地层沉降问题。

本发明的目的是提供一种天然气水合物开采方法。

包括：

步骤1)：钻达天然气水合物储层后，形成水平井，用清水加砂压裂，压裂压力根据地层特性设定，裂缝超出井壁不稳定区域，形成通道；

步骤2)：向井中间歇注入CO₂气体，让CO₂在储层内，特别是压裂形成的缝内，置换形成CO₂水合物，限制裂缝及通道内的天然气水合物继续分解；

步骤3)根据监测到的实时采气的下降程度，当不再有气体置换出时，停止注入CO₂；

步骤4)：继续采用连续油管水射流延长裂缝或通道；

步骤5)：在水平井段生产管柱内，安装流量控制装置；

步骤6)：利用降压法开采，控制井口压力及每个流量控制装置的流量，开采天然气水合物。

其中，优选：

所述步骤1)中的压裂压力大于地层起裂压力。

所述步骤2)中，所述间歇注入CO₂气体是：持续注入CO₂气体一段时间后，井口压力显示升高时停止注入，等压力逐渐降低趋于平稳后，再次注入CO₂气体，反复多次注入。

所述步骤3)，当再次注入CO₂气体，井口压力显示升高后，停止注入CO₂气体后压力不再下降，表示不再有气体置换出，停止注入CO₂。

所述步骤4)中，喷射压力20-105MPa、返排速度>0.5m/s。

所述步骤5)中，在裂缝处安装流量控制装置。

所述步骤6)，控制流量装置的流量，保证在产气过程中井口压力与地层压力相当，避免地层出砂。

本发明是一种高效的天然气水合物开采方法，该方法主要采用水平井、压裂、水射流、降压法等方法。

本发明提供了一种天然气水合物开采方法，其包括如下步骤：

步骤1)：钻达天然气水合物储层后，用清水加砂压裂，压裂压力根据地层特性设定，压裂缝长达到井壁稳定性影响范围之外；

步骤2)：向井中间歇注入CO₂气体，让CO₂在储层内，特别是压裂形成的缝内或水射流形成的通道内，置换形成CO₂水合物，限制裂缝及通道内的天然气水合物继续分解；

步骤3)根据监测到的实时采气的下降程度，停止注入CO₂；

步骤4)：继续采用连续油管水射流延长裂缝或通道；

步骤5)：在水平井段生产管柱内，根据裂缝密度安装流量控制装置；由于天然裂缝情况会导致在地下，压裂后裂缝分布不均匀，有的地方裂缝密集，有的地方裂缝稀少。什么样的裂缝密度需要安装流量控制装置？只要有裂缝就需要安装流量控制装置，裂缝密集的地方可多安装若干流量控制装置，裂缝稀少的地方可少安装流量控制装置；

步骤6)：利用降压法开采，控制井口压力及每个流量控制装置的流量，确保每个流量控制装置采出水合物流量适宜，从而开采天然气水合物，保障流量，避免出砂。

发明的效果

本发明是一种创新、高效、安全的天然气水合物开采方法，利用水平井技术、压裂技术和水射流技术及降压法实现水合物开采。

利用水平井增大储层接触面积，由于天然气水合物出砂问题严重，因此在采出过程中需小排量采出，因此，单通道的采出量太小，不能满足后期天然气水合物商业开采的需求。本发明提出利用水平井增大储层接触面积，同时利用压裂或者水射流打开多条生产通道，利用降压法开采，但是在水平生产段安装多个流量控制装置，控制每条或几条通道的产出量，从而避免大量出砂，降低管柱砂堵情况，避免后期产量大幅度降低情况，进而避免储层沉降问题。

同时，由于天然气水合物储层胶结查差，本发明提出利用CO₂置换方法，由于CO₂水合物分子较大，置换天然气水合物后会包裹或者覆盖于天然气水合物上，阻碍CO₂分子与天然气水合物继续置换。因此，本发明利用该特点，将近井地带水合物置换后形成稳定的CO₂水合物层，避免近井地带天然气水合物分解。待置换稳定后，利用连续油管重新进入置换通道，在通道末端进行水射流作业，延伸通道，从而为远井地带天然气水合物降压法开采分解提供通道。

本发明通过水平井提高储层接触面积；为了避免出砂及沉降问题，又采用压裂及水射流方法，结合CO₂水合物置换特性，在近井地带裂缝及通道内置换，限制近井地带的天然气水合物分解，解决井壁稳定问题；再次压裂或水射流形成远井地带裂缝，利用降压法开采，确保单裂缝天然气水合物慢速采出，避免出砂及地层沉降问题。

附图说明

图1水合物开采示意图；

图2水合物采出示意图。

附图标记说明：

1-地面 2-水平井 3-压裂裂缝 4-支撑剂 5-CO₂置换后，形成的扩大通道 6-连续油管 7-连续油管重进入工具 8-水射流喷嘴 9-水射流形成的通道 10-生产管柱 11-流量控制装置。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例：

天然气水合物开采方法包括：

步骤1)：钻达天然气水合物储层后，形成水平井，用清水加砂压裂，压裂压力根据地层特性设定，裂缝超出井壁不稳定区域，形成通道；1500m水深，泥线以下1000m地层压力45MPa，地层起裂压力约50MPa，压裂压力55MPa；

步骤2)：向井中间歇注入CO₂气体，持续注入CO₂气体一段时间后，井口压力显示升高时停止注入，等压力逐渐降低趋于平稳后，再次注入CO₂气体，反复多次注入。让CO₂在储层内，特别是压裂形成的缝内，置换形成CO₂水合物，限制裂缝及通道内的天然气水合物继续分解；

步骤3)当再次注入CO₂气体，井口压力显示升高后，停止注入CO₂气体后压力不再下降，表示不再有气体置换出，停止注入CO₂。

步骤4)：继续采用连续油管水射流延长裂缝或通道；喷射压力105MPa、返排速度0.8m/s。

步骤5)：在水平井段生产管柱内，根据裂缝位置安装8个流量控制装置；

步骤6)：利用降压法开采，控制井口压力接近地层压力，每个流量控制装置的流量均匀分配，产气油管直径为88.9mm，流速0.1m/s，则流量为0.064m³/s，保证在产气过程中井口压力与地层压力相当，避免地层出砂开采天然气水合物。

当前多数的水合物开采实例是由于地层胶结不好，开采过程中出现出砂问题严重，导致试采终止。本方法在同时利用压裂及CO₂置换法在近井地带形成水合物分解通道，同时避免近井地带的水合物继续分解，保证了近井地带的地层稳定性。其次，通过水射流将地层在远井地带再次打开水合物降压分解通道，采用多个流量控制阀慢速采出天然气，避免近井地带及井筒内的砂堵情况。该方法可长期持续开采天然气水合物，是一种可水合物可长期开采的实用开采方法。

Claims

1.一种天然气水合物开采方法，其特征在于所述方法包括：

步骤1）：钻达天然气水合物储层后，形成水平井，用清水加砂压裂，压裂压力根据地层特性设定，裂缝超出井壁不稳定区域，形成通道；

步骤2）：向井中间歇注入CO₂气体，让CO₂在压裂形成的缝内，置换形成CO₂水合物，限制裂缝及通道内的天然气水合物继续分解；

所述间歇注入CO₂气体是：持续注入CO₂气体一段时间后，井口压力显示升高时停止注入，等压力逐渐降低趋于平稳后，再次注入CO₂气体，反复多次注入；

步骤3）根据监测到的实时采气的下降程度，当不再有气体置换出时，停止注入CO₂；

当再次注入CO₂气体，井口压力显示升高后，停止注入CO₂气体后压力不再下降，表示不再有气体置换出，停止注入CO₂；

步骤4）：继续采用连续油管水射流延长裂缝或通道；

步骤5）：在水平井段生产管柱内，安装流量控制装置；

步骤6）：利用降压法开采，控制井口压力及每个流量控制装置的流量，开采天然气水合物。

2.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于：

所述步骤1）中的压裂压力大于地层起裂压力。

3.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于：

所述步骤4）中，喷射压力20-150MPa、返排速度>0.5m/s。

4.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于：

所述步骤5）中，在裂缝处安装流量控制装置。

5.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于：

所述步骤6），控制流量装置的流量，保证在产气过程中井口压力与地层压力相当，避免地层出砂。