CN113137219A - 一种注空气开发天然气水合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注空气开发天然气水合物的方法。该方法通过高压注空气火烧的开发方式：注入井把空气注入目标储层，利用气驱效应、氧化生热效应，直接快速加热储层提高水合物稳定区内的温度，从而使可燃冰溶解，实现有效开采。该技术通过进行注气井高温点火，在储层内注气井附近点燃天然气水合物，合理利用空气氧化释放能量，形成具有一定面积的燃烧带，从而使燃烧前缘处的可燃冰溶解，并逐渐形成一个较为稳定的低压带，可燃冰不稳定分解为水和甲烷。实现低压环境的同时，持续提供热量，对实现天然气水合物在大规模开发具有重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种注空气开发天然气水合物的方法。
背景技术
固体状的天然气水合物往往分布于水深大于300m以上的海底沉积物或寒冷的永久冻土中。海底天然气水合物依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态，其分布可以从海底到海底之下1000m的范围以内，再往深处则由于地温升高其固体状态遭到破坏而难以存在。从目前已经从自然界获取的水合物样品分析来看，其形态、储层特性呈现多样性，有砂岩型、砂岩裂隙型、粉质泥岩或细粒型，还有一些分散型。水合物具有极强的储载气体能力，一个单位体积的天然气水合物可储载100～200倍于该体积的气体量。因此1m3的地下可燃冰分解后可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气。可以看出，可燃冰最大的优势是高资源丰度。
根据可燃冰的形成条件(低温(-10℃～28℃)、高压(1～9MPa))，海底形成的可燃冰是深水浅层储层条件，海底下的砂岩型天然气水合物储层，开采方法应该主要有热激发法、减压法、化学试剂注入法、固体开采法、二氧化碳致换法以及多种开发模式组合，但这些方法还存在生产效率低、开采条件要求高、所有材料昂贵和环境风险大的问题，需要进一步完善。
细致分析可以得出，开采可燃冰的首要任务是降压或者是升温，如果地下有可动水，可以直接排水降压来开采可燃冰，但是有可动水也往往说明可燃冰饱和度不够，初始气源不充足，不是优质的可燃冰储层；如果没有可动水，全是纯可燃冰与泥砂储层结合在一起，单纯用降压法就无法有效开采，因为可燃冰为固体，储层中没有可流动的液态水，很难直接通过排水降压来开采可燃冰。没有可动水的情况下，如果应用普通升温法开采，能耗也太大，太不经济。目前试采技术是通过携砂开采(类似于出砂冷采)，通过出砂或者排出少量的水，来降低井筒周围储层压力，达到井筒周围小范围试采的目的。
发明内容
基于以上背景技术，本发明提供一种注空气开发天然气水合物的方法，通过注入井把空气注入目标储层，进行注气井高温点火，合理利用空气氧化释放的能量，直接快速加热储层提高水合物稳定区内的温度，从而使可燃冰溶解而采出。当注采体系一旦形成，逐渐形成一个较为稳定的低压带，可燃冰不稳定大量分解为水和甲烷，大幅度提高采出面积。该开发方法结合升温与降压，不仅实现低压环境，并且采用地下放热，具有热效率高、节能减排的优势，持续提供热量，解决了地层中的结冰现象，增大单井有效控制面积，增大累产量，节约了开发成本，实现经济有效开发。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种注空气开发天然气水合物的方法，包括以下步骤：
S100、选择砂岩可燃冰储层；
S200、在储层中部署作业井；
S300、通过作业井注入空气点燃可燃冰储层，然后吞吐回采；直到井筒周围形成一个高温低压区，地下可燃冰不断降压流向井筒周围采出。
该方法通过部署的作业井实现可燃冰就地回采，在井筒周围形成稳定的高温低压区，地下可燃冰能够通过不断降压，源源不断地流向井筒周围采出。
以下针对每一步骤进行详细说明：
步骤S100、选择砂岩可燃冰储层。
所选砂岩可燃冰储层具有一定的渗透性，渗透率大于5md。
若渗透率太小，即使点火成功后，后续注入气体难度大，火线难以向井周围持续扩展，无法形成稳定的高温低压区域。
步骤S200、在储层中部署作业井；
本发明的方法属于单井作业。根据储层发育条件选择部署作业井，所述作业井为水平井或直井；常规条件部署直井，薄层或储层平面展布较好的情况，可选择部署水平井；完井需要满足高压作业条件。
步骤S300、通过作业井注入空气点燃可燃冰储层，然后吞吐回采；直到井筒周围形成一个高温低压区，地下可燃冰不断降压流向井筒周围采出。
此步骤通过注入空气点燃可燃冰储层，然后采用吞吐回采的方法来实现井筒周围的升温和降压，达到经济有效开采天然气水合物的目的。具体操作过程如下：
在井筒中下入电加热器，通过电加热器将空气加热到400℃以上注入可燃冰储层，确认可燃冰储层被点燃后关闭电加热器，只注入常温空气，保证火线不断向周围扩展，释放大量热量融化可燃冰；
当可燃冰储层的空气注入速度达到(14)×104Sm3/d，停止注气，焖井后开井回采烟道气和甲烷气体，；注气回采进行多个轮次，直到井筒周围形成一个高温低压区，地下可燃冰能够通过不断降压，源源不断流到井筒周围采出为止。
其中，本领域技术人员容易理解的，注入空气的额压力高于实际地层压力，低于储层破裂压力，以确保空气能够顺利注入。注气回采时，当回采的烟道气和甲烷气体量较小时即可转入下一周期。
通过部署的直井或水平井可实现可燃冰就地回采，在井筒周围形成稳定的高温低压区，快速促进可燃冰的气化，提高生产井的甲烷气产量，模拟计算表明，该方法比常规热采法产量可提高3～5倍。
优选地，所述注气回采进行3～4个轮次。
优选地，每个轮次180～300d生产。
优选地，直到井筒周围形成一个半径30-40m的高温低压区。
优选地，将空气加热到400℃以上注入可燃冰储层，5-7d后确认可燃冰储层被点燃。
本发明的一个优选方案中，一种注空气开发天然气水合物的方法，包括以下步骤：
S100、选择渗透率大于5md的砂岩可燃冰储层；
S200、在储层中部署作业井；
S300、在井筒中下入电加热器，通过电加热器将空气加热到400℃以上注入可燃冰储层，5-7d后确认可燃冰储层被点燃，关闭电加热器，只注入常温空气，保证火线不断向周围扩展融化可燃冰；
当可燃冰储层的空气注入速度达到(1-4)×104Sm3/d时，停止注气，焖井后开井回采烟道气和甲烷气体，当回采烟道气和甲烷的气体量较小时，转入下一个周期；注气回采进行3～4个轮次，直到井筒周围形成一个半径30-40m的高温低压区，地下可燃冰不断降压流向井筒周围采出。
本发明针对海底沉积物或寒冷的永久冻土中固体状的天然气水合物开采过程中，通过高压注空气火烧的开发方式：注入井把空气注入目标储层，利用气驱效应、氧化生热效应，直接快速加热储层提高水合物稳定区内的温度，从而使可燃冰溶解，实现有效开采。该技术通过进行注气井高温点火，在储层内注气井附近点燃天然气水合物，合理利用空气氧化释放能量，形成具有一定面积的燃烧带，从而使燃烧前缘处的可燃冰溶解，并逐渐形成一个较为稳定的低压带，可燃冰不稳定分解为水和甲烷。实现低压环境的同时，持续提供热量，对实现天然气水合物在大规模开发具有重要的指导意义。
本发明具有以下有益效果：
(1)通过应用目前成熟的注空气火烧热采方法加热地层，在储层内注气井附近点燃天然气水合物，合理利用空气氧化释放能量，提高了热利用效率；
(3)针对形成了稳定的注采系统，逐步降低储层压力，改善高压环境，实现可燃冰降压开采，提供的热量同时缓解了降压开采过程中常见的结冰现象；
(3)适用范围扩大，考虑使用该新技术，经济成本低，实现可燃冰储量的有效动用。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明在此提供了天然气水合物储层的数值模拟研究试验。
(1)设计油藏基本参数：油藏埋深1200m，孔隙度30％，水合物饱和度50％，渗透率50md，油层厚度60m，压力15MPa。
(2)油藏设计参数，选择部署直井开发，预测井筒周围作用范围30～40m。
(3)模型采用高压注空气开发，在井筒中下入电加热器，注空气速度2000～15000Sm3/d增长，电加热器将空气加热到400℃以上，5～7d后通过井下检测确认可燃冰储层被点燃，关闭电加热器。
(4)持续注入常温空气，该过程可确保火线不断向周围扩展，释放大量热量融化可燃冰。注气速度到达15000Sm3/d时，停注焖井3～5天，单轮次空气注入量约60～100×104Sm3。
(5)开井回采烟道气和甲烷气体，按每轮次180～300d生产，当回采烟道气和甲烷的气体量较小时，转入下一个周期。
上述过程一般要进行3～4个轮次，燃烧半径逐次扩大，直到井筒周围形成一个半径为30～40m的高温低压区，地下可燃冰能够通过不断降压，快速促进可燃冰的气化，提高生产井的甲烷气产量，源源不断流到井筒周围采出。
模拟计算表明，该方法比常规热采法产量可提高3～5倍，实现经济有效开采，解决目前天然气水合物储层无法动用的难题。
本发明针对开采过程中，通过高压注空气火烧的开发方式开采海底沉积物或寒冷的永久冻土中固体状的天然气水合物，该方式同时结合了注热开发与降压开发的机理，通过火烧提供持续高效的热能，直接加热储层提高水合物稳定区的温度，溶解可燃冰，又能抑制地层中出现结冰现象，形成的稳定注采系统，创造适合降压开采的低压环境，逐步扩大开采面积，降低经济成本。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S100、选择砂岩可燃冰储层；
S200、在储层中部署作业井；
S300、通过作业井注入空气点燃可燃冰储层，然后吞吐回采；直到井筒周围形成一个高温低压区，地下可燃冰不断降压流向井筒周围采出。
2.根据权利要求1所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，所选砂岩可燃冰储层的渗透率大于5md。
3.根据权利要求1所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，所述作业井为直井或水平井。
4.根据权利要求1所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，S300具体操作过程如下：
在井筒中下入电加热器，通过电加热器将空气加热到400℃以上注入可燃冰储层，确认可燃冰储层被点燃后关闭电加热器，只注入常温空气；
当可燃冰储层的空气注入速度达到(1-4)×104Sm3/d时，停止注气，焖井后开井回采烟道气和甲烷气体；注气回采进行多个轮次，直到井筒周围形成一个高温低压区，地下可燃冰不断降压流向井筒周围采出。
5.根据权利要求4所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，所述注气回采进行3～4个轮次。
6.根据权利要求5所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，每个轮次180～300d生产。
7.根据权利要求4所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，直到井筒周围形成一个半径30-40m的高温低压区。
8.根据权利要求4所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，将空气加热到400℃以上注入可燃冰储层，5-7d后确认可燃冰储层被点燃。
9.根据权利要求4所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，停止注气，焖井3-5d。
10.根据权利要求1所述注空气开发天然气水合物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S100、选择渗透率大于5md的砂岩可燃冰储层；
S200、在储层中部署作业井；
S300、在井筒中下入电加热器，通过电加热器将空气加热到400℃以上注入可燃冰储层，5-7d后确认可燃冰储层被点燃，关闭电加热器，只注入常温空气；
当可燃冰储层的空气注入速度达到(1-4)×104Sm3/d时，停止注气，焖井3-5d后开井回采烟道气和甲烷气体，当回采烟道气和甲烷的气体量较小时，转入下一个周期；注气回采进行3～4个轮次，直到井筒周围形成一个半径30-40m的高温低压区，地下可燃冰不断降压流向井筒周围采出。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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