CN113107437A - 一种泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂装置方法，包括下列步骤：在泥质粉砂天然气水合物储层置入套管；在套管内放入基管筛管，将生产管道与基管筛管连通，在套管上方放置环形分隔器；在粗细砾石层之间设置金属纤维层，金属纤维层的顶部连接到环形分隔器；在套管与金属纤维层之间泵入含有细砾石的携砂液，使得细砾石充填于套管和金属纤维层之间；形成细砾石层；在金属纤维层与基管筛管之间泵入含有粗砾石的携砂液，使得粗砾石充填于金属纤维层和基管筛管之间；从生产管道向基管筛管中通入絮凝剂。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物储层开采的防砂方法的技术领域。
背景技术
天然气水合物被公认为是具有良好前景的重要后续清洁能源，因此天然气水合物的开采受到全世界的高度重视。天然气水合物储层一般位于海底浅层区域，成藏沉积物疏松。降压开采时，储层内部随着水合物的分解形成气、液、固三相后，液体会携带储层中的颗粒进入套管，如不对其进行适当的防控，随着开采时间增加，储层出砂问题还会变严重，储层稳定性也将大大降低，甚至造成地层坍塌、海底滑坡和海啸等地质灾害。目前已开展短期降压试采工作的地区包括加拿大麦肯齐、美国阿拉斯加北坡、日本爱之海和南海海槽以及中国南海神狐海域，其中日本水合物试采由于出砂被迫终止，其他大部分地区的开采过程中均出现不同程度的出砂现象。因此，降压开采中的出砂问题是目前制约水合物商业化生产的关键障碍，开采过程中的出砂防砂问题亟待解决。
我国南海的天然气水合物储层是非成岩泥质粉砂沉积物，储层颗粒较细，中值粒径大多在20μm以下，若按照适度出砂理论:40μm以下的颗粒不防，出砂量可能会很大。且储层泥质含量高达30％以上，而泥质细颗粒正是造成滤网、充填砾石等防砂充填层堵塞的主要原因。因此，泥质粉砂储层的防砂更为困难，既要使大部分泥质细颗粒能够通过防砂充填层，又要清除天然气输送管道中的黏粒。
目前应用于泥质粉砂储层开采的防砂方法为砾石充填+筛管复合防砂，但其无法完全阻挡细小颗粒的通过。普通的多级砾石充填中，外层的粗砂砾层或金属纤维层只能过滤粒径较大的颗粒，无法阻止中等粒径以下颗粒会进入，从而会导致内部细砾石层发生堵塞，且储层砂粒流失会引起地层坍塌。在油气井中的实验中发现，反滤砾石充填层可以实现外层挡砂、内层疏导，同时具有良好的防砂效果和渗透率，其渗透率和抗堵塞性能优于细砾石充填层，挡砂性能高于粗砾石充填层。
发明内容
本发明提供一种能够有效解决砾石充填层防砂过程中的堵塞问题，并能完全清除储层砂中的泥质细颗粒，减少出砂量，并能提高开采效率的泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂方法，采用反滤砾石充填+筛管+絮凝剂的复合防砂方案。技术方案如下：
一种泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂装置方法，包括下列步骤：
1)准备带有射孔的套管、金属纤维层、生产管道、絮凝剂、分隔器、细砾石和粗砾石，方法如下：
絮凝剂用于静电吸附表面带有负电荷的黏粒并形成絮团沉降，基管筛管的挡砂精度根据表面带有负电荷的黏粒的尺寸而确定；
根据泥质粉砂储层的粒径分布曲线，确定细砾石层的挡砂精度D1＝d85/0.8，即，粒径小于D1的颗粒质量占颗粒总质量的85％；
对剩余15％颗粒重新绘制粒径分布曲线，确定金属纤维层挡砂精度D2＝d85’/0.8，即粒径小于D2的颗粒质量占剩余颗粒总质量的85％；
确定粗砾石层的挡砂精度D3＝6d50’，即粒径小于D3的颗粒质量占剩余颗粒总质量的50％。
2)在泥质粉砂天然气水合物储层置入套管；
3)在套管内放入基管筛管，将生产管道与基管筛管连通，在套管上方放置环形分隔器；
4)在粗细砾石层之间设置金属纤维层，金属纤维层的顶部连接到环形分隔器；
5)在套管与金属纤维层之间泵入含有细砾石的携砂液，使得细砾石充填于套管和金属纤维层之间；形成细砾石层；携砂液从金属纤维层和基管筛管之间泵出；
6)在金属纤维层与基管筛管之间泵入含有粗砾石的携砂液，使得粗砾石充填于金属纤维层和基管筛管之间；携砂液从基管筛管内泵出；
7)从生产管道向基管筛管中通入絮凝剂；
8)生产过程中絮凝剂的浓度会不断降低，通过絮凝剂检测仪检测絮凝剂浓度的变化，如浓度不满足，从絮凝剂管道向基管筛管内及时补充絮凝剂。
进一步地，基管筛管的挡砂精度为5μm。
与现有技术相比本发明的有益效果为：普通的多级砾石充填中，外层的粗砾石层只能过滤粒径较大的颗粒，无法过滤泥质细颗粒，从而会导致内部细砾石层孔径不断减小，且储层砂粒流失会引起地层坍塌。本发明采用反滤砾石充填+筛管+絮凝剂的复合防砂方案，近套管采用细砾石，内部加设粗砾石层，基管筛管内设絮凝剂。储层中的砂粒在渗透力作用下进入套管，反滤砾石充填层可以起到“防粗疏细”的作用，外层的细砾石层挡砂精度D1＝d85/0.8，可以将多数粒径较大的颗粒阻挡在套管外，防止地层砂粒大量流失，通过细砾石层的携砂流体中的颗粒分选系数降低，分选更好；内设金属纤维层和粗砾石层，剩余颗粒重新绘制粒径分布曲线，金属纤维层挡砂精度D2＝d85’/0.8，金属纤维层具有弹性，开采过程中在渗透力作用下，细小颗粒可通过该层，同时用于防止粗细砾石混砂发生自身堵塞；粗砾石层挡砂精度D3＝6d50’，具有较高的渗透率；基管筛管挡砂精度D4为5μm，带有较细颗粒的流体经过基管筛管的过滤，最后仅剩下粒径5μm以下的黏粒，与絮凝剂电性中和沉降。该方案可以使储层细粒组分通过反滤砾石充填层从而防止堵塞，同时可以保证储层粗粒组分不从储层中流失，利用基管筛管中的絮凝剂清除粒径5μm以下的黏粒，既可以保证产能，又能防止储层大量出砂造成地层坍塌。
附图说明
图1是本发明的纵剖面结构示意图；
图2是本发明的Ⅰ-Ⅰ横剖面结构示意图；
图3是本发明的Ⅱ-Ⅱ横剖面结构示意图；
附图中标记：套管1、细砾石层2、金属纤维层3、粗砾石层4、基管筛管5、絮凝剂6、分隔器7、生产管道8、储层9、絮团10、絮凝剂管道11、絮凝剂浓度检测仪12、射孔13。
具体实施方案
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图所示，本发明为一种泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂方法，采用反滤砾石充填+筛管+絮凝剂的复合防砂方案，包括套管1、细砾石层2、金属纤维层3、粗砾石层4、基管筛管5、絮凝剂6、分隔器7。采用双层反滤砾石充填防砂结构，近套管1为细砾石层2，近基管筛管5为粗砾石层4，粗细砾石层之间有金属纤维层3，挡砂的同时可以防止粗细砾石发生自身堵塞；内层为基管筛管5，筛管内絮凝剂6用于吸附沉降粒径较小的黏粒。当储层中的多相流体进入套管后，流体携带颗粒先通过细砾石层2，大部分颗粒被阻拦在外部，防止储层颗粒大量流失，而后流体携带较小粒径的颗粒通过金属纤维层3、粗砾石层4及内层的基管筛管5，剩余粒径小于5μm的黏粒，与基管筛管5中的絮凝剂6静电中和形成絮团10沉降到井底，可以有效防控储层颗粒进入生产管道8。本发明在减少出砂量的同时能够维持砾石充填层的渗透性以满足生产需求，可以延长生产时间，提高生产效率。
本发明所述的基管筛管5可为割缝筛管、绕丝筛管、CMS筛管、MGC筛管等，挡砂精度为5μm，可以保证进入基管筛管内的是可被絮凝剂沉降的黏粒；基管筛管5的上端连接天然气生产管道8。
本发明所述絮凝剂可以为聚丙烯酰铵(以下简称PAM)、聚合氯化铝(以下简称PAC)、聚合硫酸氯化铁铝(以下简称PAFC)等，与进入筛管内部的粒径小于5μm的带电黏粒电性中和，静电吸附形成絮团沉降。
粗细砾石层挡砂精度的设计为：外层细砾石层挡砂精度D1＝d85/0.8，可以过滤粒径大于D1的颗粒；将粒径大于D1的颗粒从粒径分布曲线上删去，剩余颗粒重新绘制粒径分布曲线；金属纤维层3为预充填结构，固定在分隔器7上，由具有弹性的不锈钢金属棉丝组成，金属纤维层挡砂精度D2＝d85’/0.8，挡下粒径大于D2的颗粒的同时还可以防止粗细砾石混砂发生自身堵塞，开采过程中在渗透力作用下，细小颗粒可通过金属纤维层3；粗砾石层挡砂精度D3＝6d50’，具有较高的渗透率。
本发明的实施方法为：在套管1内放入基管筛管5、生产管道8、分隔器7和金属纤维层3，通过分隔器7分隔出储层9。先泵入含有细砾石的携砂液，充填于金属纤维层3和套管1之间，液体从金属纤维层进入粗砾石层4，然后从粗砾石层4泵出，形成细砾石层2，以阻止储层粗颗粒流入井内；然后泵入含有粗砾石的携砂液，粗砾石充填于金属纤维层3和基管筛管5之间，液体从基管筛管泵出，形成粗砾石层4，用以提高流通性和渗透率。最后从生产管道8向基管筛管5中通入絮凝剂，从而完成全部的充填作业。生产过程中絮凝剂的浓度会不断降低，通过絮凝剂检测仪12检测絮凝剂浓度的变化，如浓度不满足，可以从絮凝剂管道11向基管筛管内及时补充絮凝剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明技术原理的前提下，相关人员可以做出若干改进和变型，如改变金属纤维层的材质、类型，更换絮凝剂类型、设置多层反滤砾石充填等，这些改进和变型也视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂装置方法，包括下列步骤：
1)准备带有射孔的套管、金属纤维层、生产管道、絮凝剂、分隔器、细砾石和粗砾石，方法如下：
絮凝剂用于静电吸附表面带有负电荷的黏粒并形成絮团沉降，基管筛管的挡砂精度根据表面带有负电荷的黏粒的尺寸而确定；
根据泥质粉砂储层的粒径分布曲线，确定细砾石层的挡砂精度D1＝d85/0.8，即，粒径小于D1的颗粒质量占颗粒总质量的85％；
对剩余15％颗粒重新绘制粒径分布曲线，确定金属纤维层挡砂精度D2＝d85’/0.8，即粒径小于D2的颗粒质量占剩余颗粒总质量的85％；
确定粗砾石层的挡砂精度D3＝6d50’，即粒径小于D3的颗粒质量占剩余颗粒总质量的50％。
2)在泥质粉砂天然气水合物储层置入套管；
3)在套管内放入基管筛管，将生产管道与基管筛管连通，在套管上方放置环形分隔器；
4)在粗细砾石层之间设置金属纤维层，金属纤维层的顶部连接到环形分隔器；
5)在套管与金属纤维层之间泵入含有细砾石的携砂液，使得细砾石充填于套管和金属纤维层之间；形成细砾石层；携砂液从金属纤维层和基管筛管之间泵出；
6)在金属纤维层与基管筛管之间泵入含有粗砾石的携砂液，使得粗砾石充填于金属纤维层和基管筛管之间；携砂液从基管筛管内泵出；
7)从生产管道向基管筛管中通入絮凝剂；
8)生产过程中絮凝剂的浓度会不断降低，通过絮凝剂检测仪检测絮凝剂浓度的变化，如浓度不满足，从絮凝剂管道向基管筛管内及时补充絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的多级防砂装置方法，其特征在于，基管筛管的挡砂精度为5μm。
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| CN114135268A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-04 | 中国石油大学(华东) | 一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法 |
| CN114135268B (zh) * | 2021-12-01 | 2024-04-16 | 中国石油大学(华东) | 一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法 |
| CN116220622A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-06-06 | 四川申和新材料科技有限公司 | 利用人工储层开发水合物的开采系统及方法 |
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