CN112253058B - 人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统及方法,通过富化深水浅层低丰度非常规天然气,诱导低丰度浅层气富集并形成高丰度的水合物矿藏,实现深水浅层低丰度非常规天然气的低成本开发,并最终促进浅层气、水合物伴生气、水合物的规模化开采。本方案属于一次投入、多次开发的技术,成矿系统、输导系统和采集系统一旦建好,后续不需要额外的维护投资,有助于降低成本;且人工水合物成藏等待期无需水合物开采平台就位,仅需要在需要开采时就位,有效减少现场作业时长、大幅降低成本;同时克服目前泥质粉砂天然气水合物储层渗透率差、开采效率低的弱点,为最终促进浅层气规模化开采提供技术支持。
Description
技术领域
本发明属于海洋非常规能源开发技术领域,具体涉及一种采用水合物诱导成矿法富化深水浅层低丰度非常规天然气并进行开采利用的系统及方法。
背景技术
深水浅层低丰度非常规天然气广泛分布于深水未成岩地层中,主要成分是甲烷、乙烷等,主要类型包括以分散形态赋存于泥质地层中的水合物、水合物伴生气以及赋存于浅层沉积物中的浅层气。
以浅层气为例,目前文献调研结果显示浅层气大部分为生物成因气,有机质经过分解后在原位产生大量的烷烃类气体,并在未成岩地层中聚集;然而,由于浅层气所处的浅软地层建井开发困难、浅层气本身聚集程度远不及生储盖系统完善的深层油气,开发成本非常高。因此,在深水天然气开发过程中通常将浅层气定义为浅层地质灾害,其主要危害表现为:浅层气在钻井过程中会迅速逸出,导致井筒泥浆密度改变,危及后续压井作业;极端情况下,浅层气不断进入海水,导致海水密度降低,引起半潜式平台的倾覆,从而导致重大安全事故的发生。
研究发现,浅层气在常规状态下分散性强,单位体积状态下的丰度极低,没有进一步促进其富化聚集的盖层,因此难以形成规模性气藏。然而,考虑到其及为广泛的赋存特征,尽管目前没有统一的针对浅层气资源量评价的结果公布,但不排除未来常规油气枯竭后浅层气作为一种补充型化石能源(类似于目前天然气水合物所扮演的角色)登上历史的舞台。因此,随着科学技术的不断进步和人类对化石能源“低碳化”需求的不断攀升,浅层气将从深水地质灾害逐渐转变为能够为人类利用的非常规化石能源。
如前所述,浅层气在深水沉积物中的富集丰度极低,赋存储层渗透性能差且为未成岩地层,在常规石油天然气为理念的开采方式下很难实现其大规模的开发利用。如果采用常规深水油气开采模式,使用大型平台抽采,不仅面临的复杂工程地质风险难以控制,其储层超低渗特征也使得开采成本的降低难度极大。
实际上,天然气水合物也曾一度被常规深水油气开采界认为是浅层地质灾害的一种,近年来,随着绿色发展理念的不断深入和科技的进步,海洋天然气水合物技术可采性已经毋庸置疑。天然气水合物作为一种补充型的非常规化石能源,虽然实现其商业化开采还有很长的路要走,但不可否认的是:仅仅将天然气水合物视为一种浅层地质灾害,不仅是对能源的浪费,更是对未来能源低碳化发展趋势的否定。
并且,目前已知全球90%以上的天然气水合物赋存于深水泥质沉积物中,其丰度低、离散性强,储层渗透率极低,很难用常规油气开采的方式实现这类型水合物的大规模商业化开采。因此,这类水合物藏中富集的天然气与浅层气有共性。其开发方式也应有一定的共性特征。特别是对于I类天然气水合物储层而言,与水合物底界毗邻的伴生气是水合物系统的重要组成部分,因此也属于深水浅层低丰度非常规天然气。
相比于浅层气或水合物伴生气,深海天然气水合物具有能源密度高的特点,且经过近二十年的发展,尽管海洋天然气水合物开发仍然存在极大地科学与技术挑战,但其开发技术的成熟度远大于浅层气。如果能采用一定的人工疏导体系,吸收地层中的丰度极低的深水浅层低丰度非常规天然气,在适宜的环境中形成高丰度的天然气水合物藏,然后利用水合物开发技术实现开发,就可以将浅层气“变废为宝”;其次,通过人工制造具备高渗透能力的砂质高饱和度水合物藏,可以有效克服目前泥质粉砂水合物开采效率瓶颈。为此,基于对海洋天然气水合物成藏系统和浅层气存在环境的认识,亟待提出一种去平台化的、“慢慢来”的开采方案,这也是实现浅层气开发利用的关键。
发明内容
本发明针对现有技术中对于浅层气开采方案的空白,以及目前开采泥质粉砂天然气水合物面临的困境,提出一种人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统及方法,通过富化深水浅层低丰度非常规天然气,诱导低丰度浅层气富集并形成高丰度的水合物矿藏,从而实现深水浅层低丰度非常规天然气的低成本开发,并最终促进浅层气、水合物伴生气、水合物的规模化开采。
本发明是采用以下的技术方案实现的:一种人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统,深水浅层低丰度非常规天然气包括海底浅层沉积物中的水合物、水合物储层伴生气以及赋存于沉积物中的浅层气,所述系统包括成矿系统、输导系统和采集系统;
所述成矿系统用以聚集富化深水浅层低丰度非常规天然气,形成高丰度的人工天然气水合物藏,包括人工基坑和覆盖于人工基坑上部的穹顶盖层,人工基坑内填埋有砂砾,并在砂砾内部布设有用以测试水合物合成和开采过程中水合物动态演化特征的测试传感器;
所述输导系统用以将深水浅层低丰度非常规天然气所处地层中的低丰度天然气输导至成矿系统,为成矿系统提供合成天然气水合物藏所需气源,包括连接人工基坑和深水浅层低丰度非常规天然气所处地层的定向联通井,定向联通井内部填充有砾石颗粒;
所述采集系统用以对成矿系统中富化深水浅层低丰度非常规天然气形成的天然气水合物藏进行开采。
进一步的,所述采集系统包括固定部件和可拆除部件;
所述固定部件包括布设在人工基坑中的多分支开采井,多分支开采井包括主井眼和分支井,若干分支井呈散射状沿主井眼的周向设置,主井眼的井口处还设置有采气树;
所述可拆除部件包括数据采集器、水合物采气管路和开采平台,数据采集器与测试传感器相连,水合物采气管路连接开采平台与采气树。
进一步的,所述穹顶盖层采用非渗透性材料制造,或采用泥质材料,如海底泥,覆盖在砂砾的上部并压实,以实现人工基坑内环境与海水的隔绝。
进一步的,所述测试传感器包括温度传感器、压力传感器、电阻率测量传感器、以及声波测量传感器,且在人工基坑内同一深度水平面内和不同深度垂直面内安装不同类型的测试传感器,所有测试传感器均与数据采集器相连。
本发明另外还提出一种水合物富化法开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,包括以下步骤:
(1)确定水合物诱导成矿区位置,并在满足天然气水合物合成条件区域建筑人工基坑;
(2)钻设数口定向联通井,并在每口定向联通井内充填砾石颗粒,通过定向连通井形成连接浅层气所处地层和人工基坑的连通通道;
(3)在人工基坑内布设水合物采集系统,并填埋砂砾,水合物采集系统包括多分支开采井及测试传感器;
(4)在人工基坑顶部设置穹顶盖层,安装采气树和数据采集器,穹顶盖层实现人工基坑(5)内环境与海水的隔绝;
(5)成藏等待期:
成藏等待过程中,深水浅层低丰度非常规天然气所处地层中的浅层气缓慢上升,通过定向连通井进入人工基坑内,并在人工基坑内富集形成天然气水合物藏;
(6)与步骤(5)同步地,测试传感器定期记录水合物成藏数据;当人工基坑中天然气水合物藏的水合物丰度达到开采要求后,开采水合物;
(7)当水合物产气速率降低到设定产能下限后,停止开采,进入下一个成藏等待期,从而实现对浅层气资源的永续开发。
进一步的,所述步骤(1)中,所述水合物诱导成矿区位置选取过程中,首先确定深水浅层低丰度非常规天然气的分布范围、并测定深水浅层低丰度非常规天然气赋存区及邻区海底浅地层温度和压力,以使人工基坑内的静海水压力、海底温度处于天然气水合物的相平衡条件以内。
进一步的,一般情况下,所选取的人工基坑所在深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层的外围沉积物渗透率低于浅层气所处地层的渗透率,为了保证人工基坑内形成人工天然气水合物藏的过程中不发生任何侧向气体扩散,所述步骤(1)中,若所选取的人工基坑所在深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层的外围沉积物渗透率高于深水浅层低丰度非常规天然气所处地层的渗透率,则在人工基坑外沿采用水泥固井方式对其进行浇筑。进一步的,所述砂砾填埋在人工基坑内部形成多孔介质,砂砾为均匀砂颗粒,其不均匀系数小于等于5,分选系数小于等于1;砂砾采用直径位于中砂范围及以上、密度大于海水密度的人工陶粒、玻璃珠或天然石英砂。
进一步的,所述多分支开采井包括主井眼和分支井,分支井由控砂机械筛管构成,所述控砂机械筛管的挡砂精度不小于砂砾的粒度中值的1/3且不大于砂砾的粒度中值的2/3。
进一步的,所述步骤(2)中,所钻设的定向联通井在深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层中采用套管完井、水泥固井,在深水浅层低丰度非常规天然气所处地层中为裸眼。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
1.本方案通过对成矿系统,输导系统和采集系统的设计,有效克服深水浅层低丰度非常规天然气丰度低、聚集程度弱的缺点,通过富化浅层气,诱导形成高丰度的天然气水合物藏,有效提高浅层气开发利用的效率;
2.本发明设计方案属于一次投入、多次开发的技术,成矿系统、输导系统和采集系统一旦建好,后续不需要额外的维护投资,有助于降低成本;
3.人工水合物成藏等待期无需水合物开采平台就位,仅需要在需要开采时就位,有效减少海工装备现场作业时长,大幅降低成本;
4.人工基坑中填埋的砂砾与机械筛管挡砂精度配合,避免了常规水合物开采过程中的出砂问题,并且填埋后的砾石孔隙空间远大于常规水合物藏,有利于水合物成藏和水合物开采过程;
5.克服目前泥质粉砂天然气水合物储层渗透率差、开采效率低的弱点,采用人工制造砂质高饱和度水合物藏,实现泥质粉砂水合物储层的可持续开发。
附图说明
图1为本发明实施例1所述富化深水浅层低丰度非常规天然气的系统结构示意图;
1、深水浅层低丰度非常规天然气所处地层;2、联通井;3、砾石颗粒;4、深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层;5、人工基坑;6、砂砾;7、测试传感器;8、分支井;9、主井眼;10、穹顶盖层;11、采气树;12、海水;13、采气管路;14、开采平台;15、数据采集器。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明并不限于下面公开的具体实施例。
实施例1,一种水合物富化法开采深水深水浅层低丰度非常规天然气的系统,如图1所示,包括成矿系统,输导系统和采集系统;
所述成矿系统包括在深海建筑的大型人工基坑5、填埋于大型人工基坑5内的砂砾6、覆盖于大型人工基坑5上部的穹顶盖层10,以及布置在砂砾6内部的测试传感器7,穹顶盖层10上设计有与采集系统相连的预留口,成矿系统用以聚集富化深水浅层低丰度非常规天然气,使其在人工基坑5内形成高饱和度的天然气水合物藏;
所述输导系统包括始于大型人工基坑5底部、终于深水浅层低丰度非常规天然气所处地层1的定向联通井2,定向联通井2内部填充有砾石颗粒3,输导系统的主要作用是在长期积累作用下将深水浅层低丰度非常规天然气所处地层1中的低丰度烷烃气体输导进入到成矿系统,从而为成矿系统提供合成水合物所需的气源;
所述采集系统包括固定部件和可拆除部件,其中固定部件包括布局在人工基坑5内砂砾6中的主井眼9、分支井8、安装在主井眼9井口的采气树11;可拆除部件包括数据采集器15、与采气树11相连接的水合物采气管路13、定位在海平面的水合物开采平台14。
本实施例中,成矿系统满足水合物生成最佳条件,通过将深水浅层低丰度非常规天然气富化后形成天然气水合物藏再进行开采,而不是直接对深水浅层低丰度非常规天然气收集。因为单位体积深水浅层低丰度非常规天然气很少,通过将其导入人工基坑内并慢慢富化形成水合物,1m3的水合物包含164m3的天然气,水合物能源密度高,从成本和效能上来讲,形成水合物藏后更有利于深水浅层低丰度非常规天然气的开发。
其中,人工基坑5为利用深海挖掘技术建筑在海底面的、具有一定深度和一定截面积规模的深坑,人工基坑5所在的位置的选取具有如下特殊要求:(1)基坑内的静海水压力、海底温度必须满足处于天然气水合物的相平衡条件以内;(2)人工基坑不得处于深海滑坡体所在位置,以防止后期开发过程中可能诱发的滑坡等次生工程地质灾害;(3)人工基坑外围沉积物渗透率应低于其深部深水浅层低丰度非常规天然气地层的渗透率,越低越好,防止基坑内的烷烃类气体发生侧向外泄。需要说明的是,人工基坑5的位置一旦选定后,基坑内的温度和压力一般不会发生大幅波动,能够满足水合物生成的适宜条件。
一般情况下,所选取的人工基坑5所在深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层4的外围沉积物渗透率低于深水浅层低丰度非常规天然气所处地层1的渗透率,为了保证人工基坑内形成人工天然气水合物藏的过程中不发生任何侧向气体扩散,可以在人工基坑外沿采用水泥固井方式进行浇筑或者是用大型的海底低温储罐代替,以防止发生深水浅层低丰度非常规天然气侧漏。
另外,所述砂砾6为直径介于中砂范围及以上、密度大于海水密度的人工陶粒、玻璃珠或天然石英砂,这里所述的中砂范围一般指砂粒平均直径一般大于80目,强调采用颗粒粒径较大的砂砾、密度大于海水的砂砾,即大颗粒和大密度两种为了更适宜水合物合成与开采条件,具体可根据实际情况进行设定,砂砾6填埋在上述人工基坑5内部形成多孔介质,所述砂砾6为分选性表征为良好的均匀砂颗粒,其使用的具体标准是:不均匀系数小于等于5,分选系数小于等于1。
所述穹顶盖层10为非渗透性材料制造的、用于覆盖人工基坑的盖层,穹顶盖层10的尺寸不得小于人工基坑的坑口尺寸,所述非渗透性材料可采用水泥、金属板等材质,穹顶覆盖后填埋于人工基坑内的砂砾与海水隔绝。在特殊情况下,如果人工基坑5的深度足够,可以在人工基坑5挖掘、采集系统安装、砂砾填埋完成后,在砂砾6的上部直接覆盖海底淤泥并压实,即采用海底泥的回填层作为人工基坑的穹顶,这也属于本发明所述的穹顶盖层结构的另一种具体实现方式。
所述的测试传感器7布置在人工基坑5中不同的空间位置,测试传感器7包括但不限于能够在深海低温高压环境下长期稳定运行的温度传感器、压力传感器、电阻率测量传感器、以及声波测量传感器。测试传感器7的测试数据通过光纤传导方式传输到安装在穹顶盖层以上海底面处的数据采集器15中,也可以通过电缆传输方式传输到安装在穹顶盖层以上海底面处的数据采集器15中。
特别的,所述的数据采集器15具有给上述测试传感器的供电、数据储存等功能,具体实施时,数据采集器中的数据可通过水下机器人定期打捞方式回收。另外,由于测试传感器7的主要作用是测试水合物合成和开采过程中基坑内砂砾6中的水合物动态演化特征,因此为了能够尽可能测试不同部位的水合物合成或分解动态,测试传感器在空间的安装位置遵循如下原则:(1)同一类传感器在布局过程中应避免安装在同一深度平面(同一深度水平面内安装不同类型的测试传感器),也不宜安装在距离基坑中央相同半径的柱面内(不同深度垂直面内安装不同类型的测试传感器);(2)不同类传感器应该相互组队安装,形成不同传感器的点簇,方便不同数据的相互验证。
本实施例中,所述定向联通井2应保证在深水浅层低丰度非常规天然气地层中的延伸距离尽可能长,在工程技术手段允许的情况下宜采用大位移水平井或多分支井;不同的定向联通井2在深水浅层低丰度非常规天然气地层中的应尽量向不同的方位延伸,以此来增加输导系统的控制范围;
为了防止深水浅层低丰度非常规天然气在输导进入成矿系统过程中渗漏进入上部地层,所述的定向联通井2在深水浅层低丰度非常规天然气上部地层中采用套管完井、水泥固井,在深水浅层低丰度非常规天然气地层中则为裸眼,直接填充砾石颗粒3即可。
特别的,砾石颗粒3的粒度中值为深水浅层低丰度非常规天然气地层砂粒度中值的5~6倍,砾石颗粒3为常规砾石充填材料。区别于常规水合物开采井中砾石充填完井的显著差异是:本方案在定向联通井2中,除了上部非深水浅层低丰度非常规天然气地层段采用套管完井水泥固井外,定向联通井中无任何其他管柱结构,仅为砾石填充,形成气流高渗通道,使深水浅层低丰度非常规天然气缓慢扩散进入井筒并渗漏到达成矿系统。
继续参考图1,主井眼为垂直安装在填埋于人工基坑5内砂砾中的大尺寸套管,一般而言,主井眼9安装于人工基坑5的中央位置,主井眼9套管上预设用于多分支井安装的孔眼。其中,所述分支井8由控砂机械筛管构成,控砂机械筛管连接后,与主井眼上的孔眼配合安装,形成径向延伸的多分支孔眼,向人工基坑5的各个方位延伸。
其中,所述充当多分支井的控砂机械筛管的挡砂精度与填埋在人工基坑内的砂砾6的配合关系满足如下要求:控砂机械筛管的挡砂精度(及缝宽)不得大于砂砾的粒度中值的2/3,也不得小于砂砾的粒度中值的1/3。即:控砂机械筛管的挡砂精度的选择以能够完全满足砂砾的桥架为基本原则。
实施2、基于实施例1所提出的系统,本实施例提出一种水合物富化法开采深水深水浅层低丰度非常规天然气的方法,具体包括以下步骤:
1.采用天然气水合物调查船船载设备和技术,通过浅地层调查,确定深水浅层低丰度非常规天然气的分布范围;测定深水浅层低丰度非常规天然气赋存区及邻区海底浅地层温度、压力,优选水合物诱导成矿区位置;
2.在优选的水合物诱导成矿区内,采用海底盾构或海底挖掘等手段形成大型人工基坑5,在大型人工基坑5底部和底边位置根据深水浅层低丰度非常规天然气的位置,钻数口定向联通井2;每口定向联通井2内充填砾石颗粒3,形成连接深水浅层低丰度非常规天然气所处地层1和人工基坑5的高渗通道;
3.在大型人工基坑5内布局一个主井眼9、数个定向排列的分支井8,分支井8为预射孔的套管或直接使用常规油气中的筛管,主井眼9为预设连接孔的大尺寸套管,多分支井8与主井眼9分别连接,主井眼9除与若干分支井8连接外,无其他射孔孔眼或预留孔眼;
另外,在上述布局复杂结构井网的同时,可以按一定几何结构布局长期监测设备(预埋传感器),如光纤温压监测系统等,用于水合物成藏过程中成藏系统内部数据的监测;
4.利用大型工程船,在安装有复杂结构井的大型人工基坑5中填埋砂砾6,砂砾6的尺寸根据预设的分支井中筛管的挡砂精度决定,设计原则是保证抽取砾石中的流体时,不会产生出砂;
其中,用砂砾6填满人工基坑5后,保证主井眼9的井口高于砾石填充面上边界一定的距离,方便后续人工井口的安装。
5.在基坑顶部喷洒早强水泥形成覆盖式穹顶,防止进入到基坑砾石层内的气体溢散到海水中,即作为水合物藏形式上的穹顶盖层;
6.采用海底机器人辅助作业,完成采气树的安装,采气树安装在所述的主井眼井口,安装后闸门处于关紧状态;
7.成藏等待期:在上述步骤完成后,进入成藏等待期,等待期以低丰度赋存于深部沉积物中的深水浅层低丰度非常规天然气在浓度差、重力作用下上升(深水浅层低丰度非常规天然气所处地层1中的深水浅层低丰度非常规天然气在下方位置浓度较高,越往上浓度越低,深水浅层低丰度非常规天然气缓慢向上扩散),借助在步骤2中形成的定向砾石充填通道,进入到人工基坑内部的砾石储存空间,由于砾石储存空间的温度、压力环境适宜水合物生成,烃类气体将在此空间中富集并生成水合物;
8.与步骤7同步的,安装于人工水合物藏中的测试传感器实时记录水合物成藏数据,如水合物合成过程中的温度、压力、沉积物波速、电导率等等,当人工水合物藏中的水合物丰度达到开采要求后,连接海面试采船和管道,打开采气树闸板开采水合物;
9.当水合物产气速率降低到设定产能下限后,表明人工水合物藏中的水合物已经开采完毕,然后关闭采气树闸板,撤离开采平台和管道,进入下一个水合物诱导成矿期;
10.重复步骤7-9,实现深水浅层低丰度非常规天然气资源的永续开发。
综上可知,本发明利用深海高压低温的天然优势,通过富化深水浅层低丰度非常规天然气,将低丰度深水浅层低丰度非常规天然气诱导成矿,形成高丰度、易开采的天然气水合物矿藏,后续再实现天然气水合物的低成本开采,从而达到降低深水浅层低丰度非常规天然气开采成本,特别是实现将浅层气“变废为宝”的目的,并为最终促进浅层气规模化开采提供技术支持。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统,深水浅层低丰度非常规天然气包括海底浅层沉积物中的水合物、水合物储层伴生气以及赋存于沉积物中的浅层气,其特征在于,所述系统包括成矿系统、输导系统和采集系统;
所述成矿系统用以聚集富化深水浅层低丰度非常规天然气,形成天然气水合物藏,包括人工基坑(5)和覆盖于人工基坑(5)上部的穹顶盖层(10),人工基坑(5)内填埋有砂砾(6),并在砂砾(6)内部布设有用以测试水合物合成和开采过程中水合物动态演化特征的测试传感器(7);
所述输导系统用以将深水浅层低丰度非常规天然气所处地层(1)中的低丰度天然气输导至成矿系统,为成矿系统提供合成天然气水合物藏所需气源,包括连接人工基坑(5)和深水浅层低丰度非常规天然气所处地层(1)的定向联通井(2),定向联通井(2)内部填充有砾石颗粒(3);
所述采集系统用以对成矿系统中富化深水浅层低丰度非常规天然气形成的天然气水合物藏进行开采。
2.根据权利要求1所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统,其特征在于:所述采集系统包括固定部件和可拆除部件;
所述固定部件包括布设在人工基坑(5)中的多分支开采井,多分支开采井包括主井眼(9)和分支井(8),若干分支井(8)呈散射状沿主井眼(9)的周向设置,主井眼(9)的井口处还设置有采气树(11);
所述可拆除部件包括数据采集器(15)、水合物采气管路(13)和开采平台(14),数据采集器(15)与测试传感器(7)相连,水合物采气管路(13)连接开采平台(14)与采气树(11)。
3.根据权利要求1所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统,其特征在于:所述穹顶盖层(10)采用非渗透性材料,或采用泥质材料,采用泥质材料直接覆盖在砂砾(6)的上部并压实。
4.根据权利要求2所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统,其特征在于:所述测试传感器(7)包括温度传感器、压力传感器、电阻率测量传感器、以及声波测量传感器,且在人工基坑(5)内同一深度水平面内和不同深度垂直面内安装不同类型的测试传感器,所有测试传感器均与数据采集器(15)相连。
5.人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)确定水合物诱导成矿区位置,并建筑人工基坑(5);
(2)钻设数口定向联通井(2),并在每口定向联通井(2)内充填砾石颗粒(3),通过定向连通井(2)形成连接深水浅层低丰度非常规天然气所处地层(1)和人工基坑(5)的连通通道;
(3)在人工基坑(5)内布设水合物采集系统,并填埋砂砾(6),水合物采集系统包括多分支开采井及测试传感器(7);
(4)在人工基坑(5)顶部设置穹顶盖层(10),安装采气树(11)和数据采集器(15),穹顶盖层(10)实现人工基坑(5)内环境与海水的隔绝;
(5)成藏等待期:
成藏等待过程中,深水浅层低丰度非常规天然气所处地层(1)中的深水浅层低丰度非常规天然气缓慢上升,通过定向连通井(2)进入人工基坑(5)内,并在人工基坑(5)内富集形成天然气水合物藏;
(6)与步骤(5)同步地,测试传感器(7)定期记录水合物成藏数据;当人工基坑(5)中天然气水合物藏的水合物丰度达到开采要求后,开采水合物;
(7)当水合物产气速率降低到设定产能下限后,停止开采,进入下一个成藏等待期,从而实现对深水浅层低丰度非常规天然气资源的永续开发。
6.根据权利要求5所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述水合物诱导成矿区位置选取过程中,首先确定深水浅层低丰度非常规天然气的分布范围、并测定深水浅层低丰度非常规天然气赋存区及邻区海底浅地层温度和压力,以使人工基坑(5)内的静海水压力、海底温度处于天然气水合物的相平衡条件以内。
7.根据权利要求5所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,若所选取的人工基坑(5)所在深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层(4)的外围沉积物渗透率高于深水浅层低丰度非常规天然气所处地层(1)的渗透率,则在人工基坑(5)外沿采用水泥固井方式对其进行浇筑。
8.根据权利要求5所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,其特征在于:所述砂砾(6)填埋在人工基坑(5)内部形成多孔介质,砂砾(6)为均匀砂颗粒,其不均匀系数小于等于5,分选系数小于等于1。
9.根据权利要求5所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,其特征在于:所述多分支开采井包括主井眼(9)和分支井(8),分支井(8)由控砂机械筛管构成,所述控砂机械筛管的挡砂精度不小于砂砾的粒度中值的1/3且不大于砂砾的粒度中值的2/3。
10.根据权利要求5所述的人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所钻设的定向联通井(2)在深水浅层低丰度非常规天然气上覆地层(4)中采用套管完井、水泥固井,在深水浅层低丰度非常规天然气所处地层(1)中为裸眼。
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2-D electrical resistivity tomography assessment of hydrate formation in sandy sediments;Yanlong Li等;《Natural Gas Industry B》;20200603(第7期);第278-284页 * |
An integrated experimental system for gas hydrate drilling and production and a preliminary experiment of the depressurization method;Changling Liu等;《Natural Gas Industry B》;20200213(第7期);第56-63页 * |
Evaluation and comparison of gas production potential of the typical four gas hydrate deposits in Shenhu area, South China sea;Li Huang等;《Energy》;20200528;第1-17页 * |
Hydrate growth in quartzitic sands and implication of pore fractal characteristics to hydraulic, mechanical, and electrical properties of hydrate-bearing sediments;Lele Liu等;《Journal of Natural Gas Science and Engineering》;20191217(第75期);第1-10页 * |
Unlocking the deepwater natural gas hydrate’s commercial potential with extended reach wells from shallow water: Review and an innovative method;Xuyue Chen 等;《Renewable and Sustainable Energy Reviews》;20200930(第134期);第1-20页 * |
Wellbore stability analysis during drilling through marine gas hydrate-bearing sediments in Shenhu area: A case study;Jiaxin Sun等;《Journal of Petroleum Science and Engineering》;20180615;第345-367页 * |
天然气水合物储层颗粒级尺度微观出砂数值模拟;董长银等;《中国石油大学学报( 自然科学版)》;20191231;第43卷(第6期);第77-87页 * |
海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望;吴能友 等;《天然气工业》;20200831;第40卷(第8期);第100-115页 * |
海域天然气水合物资源开采新技术展望;陈强 等;《海洋地质前沿》;20200923;第36卷(第9期);第44-55页 * |
青海祁连山冻土区天然气水合物研究进展综述;王平康 等;《中国科学: 物理学力学天文学》;20181025;第49卷(第3期);第1-20页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN112253058A (zh) | 2021-01-22 |
US11286753B1 (en) | 2022-03-29 |
US20220120162A1 (en) | 2022-04-21 |
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