CN111255419B - 一种天然气水合物复合开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气水合物复合开采方法。所述开采方法包括如下步骤：在待开采天然气水合物的地层处设置开采井、注入井A和B，且注入井A和B设于开采井的两侧；通过井B向天然气水合物储层下放固态破碎钻机及辅助设备，钻至储层后，钻孔转为平行于水平线继续钻进以破碎储层；关闭开采井，控制二氧化碳控制平台，通过井A向天然气水合物储层注入二氧化碳；控制钻井液控制平台，通过井B向天然气水合物储层注入钻井液；打开开采井，将储层内产生的天然气抽采至海上平台。本发明利用二氧化碳水合物稳定性好的优点，保证地层的稳定，避免了地质灾害和水合物大量分解，同时通过钻井液提供有利的反应条件有效提高了天然气水合物的产量。

Description

一种天然气水合物复合开采方法
技术领域
本发明涉及一种天然气水合物复合开采方法，属于天然气水合物开采技术领域。
背景技术
天然气水合物是一种由天然气与水在一定温度和压力条件下形成的类冰状固体，俗称可燃冰，主要分布于大陆边缘海底之下0～1100m的沉积物中。由于天然气水合物具有分布非常广泛、储量巨大、能量密度大的特点，是继页岩气、致密气、煤层气等之后潜力巨大的接替能源，因此具有广阔的发展前景。
目前，天然气水合物的开采方法主要有：注热开采法、降压开采法、注化学试剂开采法，固态流化开采法等。水合物开采难度很大，开采过程中稍有不慎天然气水合物就会大量分解，引起地质灾害。二氧化碳置换法具有独特的优势，在置换过程中二氧化碳水合物的生产和天然气水合物的分解同时进行，且形成的二氧化碳水合物性质稳定。二氧化碳置换法既可以保持地层稳定又可以将二氧化碳固定到天然气水合物地层中，有利于缓解温室效应，因此二氧化碳应用于天然气水合物开发影响意义深远；但二氧化碳置换反应有缓慢、置换效率低等缺点，不易广泛使用，目前已经成为制约天然气水合物安全高效开采的一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然气水合物复合开采方法，本发明利用二氧化碳水合物稳定性好的优点，保证地层的稳定，避免了地质灾害和水合物大量分解，同时通过钻井液提供有利的反应条件有效提高了天然气水合物的产量。
本发明所提供的天然气水合物复合开采方法，包括如下步骤：
1)在待开采天然气水合物的地层处设置开采井、注入井A和注入井B，且所述注入井A和所述注入井B设于所述开采井的两侧；
所述注入井A的井口端设有二氧化碳控制模块，所述二氧化碳控制平台用于向所述注入井A注入二氧化碳；
所述注入井B的井口端设有钻井液控制平台，所述钻井液控制平台用于向所述注入井B注入钻井液；
2)通过所述注入井B向天然气水合物储层下放固态破碎钻机及辅助设备，利用钻杆钻至天然气水合物储层后，钻孔转为平行于水平线继续钻进以破碎所述天然气水合物储层，为后续置换提高反应面积；
3)关闭所述开采井，控制所述二氧化碳控制平台，通过所述注入井A向所述天然气水合物储层注入二氧化碳；控制所述钻井液控制平台，通过所述注入井B向所述天然气水合物储层注入钻井液；
4)打开所述开采井，将所述天然气水合物储层内产生的天然气抽采至海上平台。
上述的复合开采方法中，所述开采井的顶端设有关井装置，底部设有防砂筛网；所述纺砂筛网包括第一层防砂筛网和第二层防砂筛网，以及填充于所述第一层防砂筛网和所述第二层防砂筛网之间的砾石，通过大螺丝与特制井筒固定，生产中可根据不同地质条件进行更换。
上述的复合开采方法中，步骤3)中，关闭所述开采井进行焖井，使得二氧化碳在一定温度、压力下(该温度、压力位于天然气水合物相平衡曲线的下方和二氧化碳水合物相平衡曲线的上方，不同井的温度、压力条件不同，需要依据现场数据进行确定)与破碎的水合物进行充分的置换反应，有充分的反应时间、接触面积和有利的反应条件。
上述的复合开采方法中，步骤4)中，将抽采的天然气经分离后加压液化储存于储存罐中；
由于抽采到平台的是气和极少量砂砾的混合物，混合物进入混合物分离设备后将天然气与混合物分离，将天然气收集到储存罐，其余砂砾返排到海中。
本发明具有如下技术效果：
本发明通过固体破碎钻机破碎天然气水合物储层提高反应接触面积，破碎的天然气水合物储层为天然气提供移动通道，有利于提高原位置换效率，开采井井底的防砂筛网防止泥沙进入井筒而发生堵管现象；通过控制钻井液的温度和压力来控制置换条件，从而提高反映速率；此外利用置换生成二氧化碳水合物强度比甲烷水合物强度大的特点，保证地层的稳定，避免了水合物大量分解导致的地质灾害，同时反应将二氧化碳固定在地层有利于减缓温室效应，有利于环境的保护。
附图说明
图1为本发明天然气水合物复合开采时的整体布井示意图；
图2为防砂筛网的俯视图；
图3为防砂筛网与井筒的装配关系剖视图；
图中各标记如下：
1、二氧化碳控制模块；2、水合物抽采模块；3、固态破碎与温压控制模块；4、海水层；5、上覆岩层；6、天然气水合物储层；7、下覆岩层；8、注入井；9、开采井；10、破碎水合物层；11、二氧化碳控制平台；12、抽采设备；13、混合物分离设备；14、储存罐；15、防砂筛网；16、钻井液控制平台；17、固态破碎钻机；18、关井装置；19、固定用螺栓孔；20、第一层防砂筛网；21、砾石填充层；22、第二层防砂网；23、特制井筒。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
如图1所示，进行开采时的布井示意图：包括二氧化碳控制模块1、水合物抽采模块2、固态破碎与温压控制模块3三个模块，二氧化碳控制模块1包括注入井8、二氧化碳控制平台11，水合物抽采模块2包括开采井9、抽采设备12、混合物分离设备13、储存罐14、防砂筛网15和关井装置18，固态破碎与温压控制模块3包括注入井8、固态破碎钻机17、钻井液控制平台16。
将水合物抽采模块布置2在中间，将二氧化碳控制模块1和固态破碎与温压控制模块3布置在水合物抽采模块两侧。
进行天然气水合物复合开采时，可按照下述步骤进行：
(1)在二氧化碳控制模块1、水合物抽采模块2、固态破碎与温压控制模块3分布布置注入井8、开采井9和注入井8；固态破碎与温压控制模块3的注入井8直径为能够放置固态破碎机17预留一定作业空间。
(2)通过固态破碎与温压控制模块3的注入井8下放固态破碎机17及辅助设备至井底，钻杆钻至天然气水合物储层6后，钻孔转为平行于水平线继续钻进，固态破碎机破碎水合物层，为后续置换提高反应面积。
(3)通过关井装置将开采井关闭，由二氧化碳控制模块1向破碎水合物层10注入二氧化碳，由固态破碎与温压控制模块3上的钻井液控制平台16向破碎水合物层注入一定压力和一定温度(该温度、压力位于天然气水合物相平衡曲线的下方和二氧化碳水合物相平衡曲线的上方)的钻井液，在合适的温度、压力和充分的反应面积作用下二氧化碳与水合物发生置换反应。
(4)关闭关井装置，将天然气抽采到海上平台，抽采到平台的是气和极少量砂砾的混合物，混合物进入混合物分离设备13后将天然气与混合物分离，将天然气收集到储存罐14，其余砂砾返排到海中。
优选地，水合物抽采模块2的开采井下端钻入水合物层，顶端有关井装置18，底部有防砂筛网15；防砂筛网由第一层防砂筛网20、砾石填充层21、第二层防砂筛网22构成，通过大螺丝与特制井筒23固定，生产中可根据不同地质条件进行更换。
进一步地，步骤(3)中，开始阶段关闭开采井进行焖井，使得二氧化碳在一定温度、压力下与破碎的水合物进行充分的置换反应，有充分的反应时间、接触面积和有利的反应条件。
进一步地，步骤(4)中，水合物抽采模块2将开采的气体分离后加压液化储存在储存罐中。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种天然气水合物复合开采方法，包括如下步骤：
1）在待开采天然气水合物的地层处设置开采井、注入井A和注入井B，且所述注入井A和所述注入井B设于所述开采井的两侧；
所述注入井A的井口端设有二氧化碳控制模块，所述二氧化碳控制平台用于向所述注入井A注入二氧化碳；
所述注入井B的井口端设有钻井液控制平台，所述钻井液控制平台用于向所述注入井B注入钻井液；
所述开采井的顶端设有关井装置，底部设有防砂筛网；
所述防砂筛网包括第一层防砂筛网和第二层防砂筛网，以及填充于所述第一层防砂筛网和所述第二层防砂筛网之间的砾石；
2）通过所述注入井B向天然气水合物储层下放固态破碎钻机及辅助设备，利用钻杆钻至天然气水合物储层后，钻孔转为平行于水平线继续钻进以破碎所述天然气水合物储层；
3）关闭所述开采井进行焖井，以使二氧化碳与天然气水合物进行置换反应；控制所述二氧化碳控制平台，通过所述注入井A向所述天然气水合物储层注入二氧化碳；控制所述钻井液控制平台，通过所述注入井B向所述天然气水合物储层注入钻井液；
关闭所述开采井进行焖井时，使得二氧化碳在一定温度和压力下与破碎的天然气水合物进行置换反应，该温度和压力位于天然气水合物相平衡曲线的下方和二氧化碳水合物相平衡曲线的上方；
4）打开所述开采井，将所述天然气水合物储层内产生的天然气抽采至海上平台；
通过所述固态破碎钻机破碎所述天然气水合物储层提高反应接触面积，破碎的天然气水合物储层为天然气提供移动通道，有利于提高原位置换效率，开采井井底的防砂筛网防止泥沙进入井筒而发生堵管现象；通过控制所述钻井液的温度和压力来控制置换条件，从而提高反应速率；本发明利用置换生成二氧化碳水合物强度比甲烷水合物强度大的特点，保证地层的稳定，避免了天然气水合物大量分解导致的地质灾害，同时反应将二氧化碳固定在地层有利于减缓温室效应，有利于环境的保护。
2.根据权利要求1所述的复合开采方法，其特征在于：步骤4）中，将抽采的天然气经分离后加压液化储存于储存罐中。
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