CN111271035A - 天然气水合物开采井结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天然气生产领域,公开了一种天然气水合物开采井结构,包括:天然气生产井(12);注入井(4),所述注入井(4)能够延伸到地热层并能够注入携热流体;加热水平井(7),加热水平井(7)能够设置在地热层(6)中,加热水平井(7)连接于注入井(4);水合物开采水平井(10),水合物开采水平井(10)能够设置在浅层水合物赋存区(9),水合物开采水平井(10)连接于加热水平井(7)和天然气生产井(12)。通过上述技术方案,可以利用地热层中的热量来分解浅层水合物赋存区中的天然气水合物,使得分解的天然气进入水合物开采水平井并进入天然气生产井中,节省了能量支出,实现天然气水合物的快速、稳定开采。

Description

天然气水合物开采井结构
技术领域
本发明涉及天然气生产领域,具体地涉及天然气水合物开采井结构。
背景技术
天然气水合物是一种储量丰富的清洁能源,在自然界中广泛分布于大陆永久冻土带、极体大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。全球水合物有机碳含量是其他化石能源总含量的两倍,是有望成为替代传统化石燃料的新能源。
注热法通常指利用注入热流体的方式提升储层内的体系温度,促使天然气水合物分解,其优点为操作方便、开发速度快、可控性好,但存在成本较高、能量损失大、热能利用率较低的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然气水合物开采井结构,以解决能量损失大、成本高的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种天然气水合物开采井结构,其中,所述天然气水合物开采井结构包括:
天然气生产井;
注入井,所述注入井能够延伸到地热层并能够注入携热流体;
加热水平井,所述加热水平井能够设置在地热层中,所述加热水平井的入口端连接于所述注入井的出口端;
水合物开采水平井,所述水合物开采水平井能够设置在浅层水合物赋存区,所述水合物开采水平井连接于所述加热水平井和所述天然气生产井。
可选择的,所述天然气生产井的上部中设置有隔水管内管,所述天然气生产井与所述隔水管内管之间形成隔水管环空。
可选择的,所述隔水管内管的下端设置有井下分离器,所述井下分离器连通于所述隔水管内管和所述隔水管环空。
可选择的,所述天然气生产井中设置有与所述井下分离器连通的驱动泵。
可选择的,所述驱动泵邻近所述水合物开采水平井的出口端。
可选择的,所述水合物开采水平井由记忆筛管制成。
可选择的,所述加热水平井和所述水合物开采水平井通过上升井段连接。
可选择的,所述水合物开采水平井的出口端设置有单向阀。
可选择的,所述天然气生产井的下部能够连通于浅层游离气层区和深层气藏区。
可选择的,所述注入井的入口端设置在机动驳船上,所述机动驳船上设置有连接于所述注入井的注入循环泵。
可选择的,所述天然气水合物生产井的出口端安装于海洋平台,所述海洋平台上设置有精细分离气液装置、采出循环泵、天然气回收舱和液体回收罐。
通过上述技术方案,可以利用地热层中的热量来分解浅层水合物赋存区中的天然气水合物,使得分解的天然气进入水合物开采水平井并进入天然气生产井中,节省了能量支出,实现天然气水合物的快速、稳定开采。
附图说明
图1是本发明实施方式所述的天然气水合物开采井结构的示意图。
附图标记说明
1、机动驳船 2、注入循环泵 3海平面 4注入井 5、增压装置 6、地热层 7、加热水平井 8、上升井段 9、浅层水合物赋存区 10、水合物开采水平井 11、单向阀 12、天然气生产井 13、驱动泵 14、井下分离器 15、浅层游离气层区 16、深层气藏区 17、海洋平台 18、天然气回收舱 19、精细分离气液装置 20、采出循环泵 21、液体回收罐 22、泥线 23、成岩沉积层 24、隔水管内管 25、隔水管环空
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本发明中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“上、下”通常是指天然气开采井结构在安装使用状态下的位置关系;并且,本方案中提到的“井”,可以是地层结构本身形成的井结构,即形成在地层结构中的孔,也可以是人工制成的管状结构。
本发明提供了一种天然气水合物开采井结构,其中,所述天然气水合物开采井结构包括:
天然气生产井12;
注入井4,所述注入井4能够延伸到地热层并能够注入携热流体;
加热水平井7,所述加热水平井7能够设置在地热层6中,所述加热水平井7的入口端连接于所述注入井4的出口端;
水合物开采水平井10,所述水合物开采水平井10能够设置在浅层水合物赋存区9,所述水合物开采水平井10连接于所述加热水平井7和所述天然气生产井12。
在所述天然气水合物开采井结构中,天然气生产井12为主体结构,其可以从海平面3延伸到地层中,从而可以连通于特定的地层中的天然气矿藏区。
注入井4、加热水平井7和水合物开采水平井10依次(直接或间接地)连接,注入井4的上部入口端大致位于海平面3处(例如以下所述的机动驳般1),通过注入井4可以注入携热流体,注入井4的下端可以设置增压装置5,增压装置5设置于成岩沉积层23内,当井内流体压力不足时,其可为井内流体提供动力;加热水平井7位于地热层6中,携热流体在加热水平井7中可以吸收地热层6中的热量,随后进入水合物开采水平井10中,水合物开采水平井10位于浅层水合物赋存区9,水合物开采水平井10中的部分携热流体将热量释放至浅层水合物赋存区9,以破坏浅层水合物赋存区9的相平衡条件,促使天然气水合物分解;随着携热流体热量的释放以及天然气水合物的分解,分解后的天然气会在地层压力作用下进入水合物开采水平井10而与携热流体一起进入天然气生产井12中,实现对浅层水合物赋存区9中天然气水合物的开采。
所述注入井4和所述天然气生产井12均形成为竖直井,所述水合物开采水平井10形成为水平井,所述水合物开采水平井10的中心轴线与浅层水合物赋存区9顶面的距离大致为浅层水合物赋存区9整体深度的1/2-1/4,这样的设计有利于密度较大的热流体向下流动,密度较小的气体向上收集。
本方案中,通过携热流体可以将地热层中的热量输送到水合物赋存区中,促进其中的天然气水合物的分解,以便于开采分解后的天然气,可以节省大量的能量,操作方便、开发速度快、可控性好。
其中,所述天然气生产井12的上部中设置有隔水管内管24,所述天然气生产井12与所述隔水管内管24之间形成隔水管环空25。天然气生产井12与隔水管内管24之间形成隔水管环空25,水合物开采水平井10的出口端旁接于天然气生产井12的侧部(天然气生产井12的侧壁形成开口,以与水合物开采水平井10连通),以与隔水管环空25连通,从而可以将分解后的天然气和携热流体输送到隔水管内管24和隔水管环空25中,便于进一步地输送天然气和携热流体。
进一步的,所述隔水管内管24的下端设置有井下分离器14,所述井下分离器14连通于所述隔水管内管24和所述隔水管环空25。井下分离器14可以实现气液分离,使得气体进入到隔水管内管24中,而携热流体进入到隔水管环空25中。
另外,所述天然气生产井12中设置有与所述井下分离器14连通的驱动泵13。驱动泵13可以为电潜泵,其可以用于降低水合物开采水平井10的井筒压力,对采出的气体进行举升,同时提高产出流体进入井下分离器14的入口速度。
进一步的,所述驱动泵13邻近所述水合物开采水平井10的出口端。如图1所示,驱动泵13位于水合物开采水平井10的出口端的附近,例如,驱动泵13位于水合物开采水平井10的出口端的上侧,以将来自水合物开采水平井10流体输送到隔水管内管24。
可选择的,所述水合物开采水平井10中设置有记忆筛管。记忆筛管可以形成所需要的形状,以适应不规则外部安装环境,从而可以作为水合物开采水平井10的支撑结构。筛管的管壁上布有多个通孔,管内外的流体可通过所述通孔进出。通过采用筛管,可以加强水合物开采水平井10的井身稳定性,而且在一定流速下,筛管内会产生局部低压,有利于水合物赋存区9内原始的流体流入筛管中。当然,本发明并不局限于此,水合物开采水平井10还可以采用其他任意能够实现以上功能的管件。
另外,所述加热水平井7和所述水合物开采水平井10通过上升井段8连接。参考图1所示,地热层6和浅层水合物赋存区9的深度不同,地热层6的深度相对较大,其位于成岩沉积层23中,而浅层水合物赋存区9位于成岩沉积层23之上、泥线22之下。因此,所述加热水平井7和所述水合物开采水平井10需要通过其他过渡的管件连接,例如上升井段8。其中,参考图1,注入井4到加热水平井7的造斜段位于成岩沉积层23内,加热水平井7到水合物开采水平井10的造斜段位于成岩沉积层23的上部,避免了水合物开采水平井10的造斜段出现在泥线22附近,实现了增强井筒的稳定性的目的。
其中,所述水合物开采水平井10的出口端设置有单向阀11。单向阀11使得水合物开采水平井10中的流体单向进入天然气生产井12中,避免其他地层区(深层气藏区16)产出的天然气进入水合物开采水平井10中造成堵塞。
具体的,所述天然气生产井12的下部能够连通于浅层游离气层区15和深层气藏区16。井下分离器14可以对浅层游离气层区15和深层气藏区16以及天然气水合物开采水平井10开采出的天然气进行初步气液分离,使得气体进入到隔水管内管24中,而液体进入隔水管环空25中。
另外,所述注入井4的入口端设置在机动驳船1上,所述机动驳船1上设置有连接于所述注入井4的注入循环泵2。机动驳船1可以作为注入井4的固定、操作平台,可以通过注入循环泵2向注入井4中注入携热流体,所述携热流体可以为海水。
另外,所述天然气生产井12的出口端安装于海洋平台17,所述海洋平台上设置有精细分离气液装置19、采出循环泵20、天然气回收舱18和液体回收罐21。采出循环泵20可以为天然气生产井12提供采出动力,以采出隔水管内管24以及隔水管环空25中的流体,精细分离气液装置19可以对产出的流体做进一步地气液分离,包括分离出来自隔水管内管24中的液体以及隔水管环空25中的气体,天然气回收舱18和液体回收罐21分别用于存储气体和液体。
由于海洋浅部地层天然气水合物埋深浅、弱胶结或未胶结、不稳定、无质密盖层等特点,直接进行常规水平井作业风险较高。因此,本发明通过采用上述新井型结构,利用地热能开采天然气水合物,并且可以克服浅层水平井造斜段井筒稳定性差的缺陷,同时实现了海洋天然气水合物资源与常规气藏的联合开采,提高资源开采效率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述天然气水合物开采井结构包括:
天然气生产井(12);
注入井(4),所述注入井(4)能够延伸到地热层并能够注入携热流体;
加热水平井(7),所述加热水平井(7)能够设置在地热层(6)中,所述加热水平井(7)的入口端连接于所述注入井(4)的出口端;
水合物开采水平井(10),所述水合物开采水平井(10)能够设置在浅层水合物赋存区(9),所述水合物开采水平井(10)连接于所述加热水平井(7)和所述天然气生产井(12)。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述天然气生产井(12)的上部中设置有隔水管内管(24),所述天然气生产井(12)与所述隔水管内管(24)之间形成隔水管环空(25)。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述隔水管内管(24)的下端设置有井下分离器(14),所述井下分离器(14)连通于所述隔水管内管(24)和所述隔水管环空(25)。
4.根据权利要求3所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述天然气生产井(12)中设置有与所述井下分离器(14)连通的驱动泵(13)。
5.根据权利要求4所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述驱动泵(13)邻近所述水合物开采水平井(10)的出口端。
6.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述水合物开采水平井(10)中设置有记忆筛管。
7.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述加热水平井(7)和所述水合物开采水平井(10)通过上升井段(8)连接。
8.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述水合物开采水平井(10)的出口端设置有单向阀(11)。
9.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述天然气生产井(12)的下部能够连通于浅层游离气层区(15)和深层气藏区(16)。
10.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述注入井(4)的入口端设置在机动驳船(1)上,所述机动驳船(1)上设置有连接于所述注入井(4)的注入循环泵(2)。
11.根据权利要求1所述的天然气水合物开采井结构,其特征在于,所述天然气生产井(12)的出口端安装于海洋平台(17),所述海洋平台(17)上设置有精细分离气液装置(19)、采出循环泵(20)、天然气回收舱18和液体回收罐(21)。
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