CN113187449A - 一种天然气水合物的开采方法及管柱 - Google Patents

一种天然气水合物的开采方法及管柱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然气水合物的开采方法及管柱，其中，管柱包括钻具和管柱本体。钻具带动管柱本体在地层内运动至钻设深度后，钻机的柔性钻杆与管柱本体分离，将管柱留置在井筒内，作为生产管柱。浅层天然气水合物地层中的天然气水合物通过管柱本体的柔性筛管进入柔性筛管与柔性内管之间的空间，然后向上进入柔性外管与柔性内管之间的空间，经过柔性外管与柔性内管之间的高渗透填充层对天然气水合物分解出的砂砾进行滤除。本方案中管柱本体由柔性内管、柔性外管和柔性筛管组成，管柱本体为柔性管柱本体，能够钻入浅层天然气水合物地层，且直径相对较小，适合钻设小井眼，相对于现有技术中利用直径较大的管柱本体钻设大井眼的方式，成本相对降低。

Description

一种天然气水合物的开采方法及管柱
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采技术领域，特别涉及一种天然气水合物的开采方法及管柱。
背景技术
天然气水合物是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，不能在地层空隙或者裂缝中流动。
现有技术中天然气水合物的开采一般是采用具有流动性的油和气的开采方法和开采设备，需要采用大平台、大管串，导致天然气水合物的开采成本高，影响天然气水合物开采的经济可行性。
因此，如何降低天然气水合物的开采成本，提高天然气水合物开采的经济可行性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种管柱，以降低天然气水合物的开采成本，提高天然气水合物开采的经济可行性。本发明还提供了一种天然气水合物的开采方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种管柱，包括：
钻具，包括井底动力钻具和旋转喷射钻头，所述旋转喷射钻头与所述井底动力钻具的下端连接；
管柱本体，所述管柱本体包括柔性内管、柔性外管和柔性筛管，所述柔性外管与所述柔性筛管连接，所述柔性筛管与所述井底动力钻具的外壳连接，所述柔性内管位于所述柔性外管和所述柔性筛管内，所述柔性内管的下端与所述井底动力钻具的高压流体入口连通，所述柔性内管通过所述柔性钻杆注入流体，所述高压流体驱动所述旋转喷射钻头旋转，所述柔性内管的上端能够与所述柔性钻杆连接，所述柔性内管与所述柔性外管和所述柔性筛管之间设置有高渗透填充层，所述柔性内管与所述柔性外管和所述柔性筛管通过所述高渗透填充层连接，所述高渗透填充层用于滤除天然气水合物分解出的砂粒。
优选的，在上述管柱中，所述柔性筛管与所述柔性内管之间设置有电加热器，用于为所述天然气水合物的分解提供热量，所述电加热器通过加热电缆与电源连接，所述加热电缆预埋在所述高渗透填充层内。
优选的，在上述管柱中，所述电加热器为伴热带。
优选的，在上述管柱中，所述柔性外管为连续柔性外管，所述柔性内管为连续柔性内管，所述柔性筛管与所述柔性外管一体成型。
优选的，在上述管柱中，所述柔性内管能够通过丢手与所述柔性钻杆连接。
一种天然气水合物的开采方法，所述天然气水合物的开采方法利用上述任意一项记载的所述管柱，
所述天然气水合物的开采方法包括步骤：
1)钻机的柔性钻杆向管柱的管柱本体的柔性内管内注入高压流体，高压流体通过所述柔性内管进入井底动力钻具，推动旋转喷射钻头转动，所述旋转喷射钻头在浅层天然气水合物地层内钻设井筒，同时钻具带动所述管柱本体进入所述井筒；
2)钻具钻至预设深度后，所述管柱本体通过与所述柔性钻杆连接的丢手留置在所述井筒内，作为生产井筒，
留置所述井筒的所述柔性内管可以作为向地层注入高温流体和化学剂的通道，生产时根据生产需要向需要调节水合物分解速率的一个或者至少两个区域内的所述柔性内管内注入所述高温流体和所述化学剂，调节对应水合物地层的分解速率。
优选的，在上述天然气水合物的开采方法中，还包括步骤3)开启所述管柱的电加热器，对所述天然气水合物地层加热，促进所述天然气水合物的分解。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的管柱包括钻具和管柱本体，管柱本体为由柔性内管、柔性外管和柔性筛管组成的柔性管柱本体，钻机的柔性钻杆向柔性内管内注入流体，流体通过柔性内管供入井底动力钻具，推动旋转喷射钻头在浅层天然气水合物地层内进行钻进。随着钻具在浅层天然气水合物地层内钻进，钻具带动管柱本体在地层内运动。在钻具带动管柱本体达到钻设深度后，钻机的柔性钻杆与管柱本体分离，将本方案公开的管柱留置在井筒内，作为生产管柱。浅层天然气水合物地层中的天然气水合物通过管柱本体的柔性筛管进入柔性筛管与柔性内管之间的空间，然后向上进入柔性外管与柔性内管之间的空间，经过柔性外管与柔性内管之间的高渗透填充层对天然气水合物分解出的砂砾进行滤除。柔性内管可以作为注入高温流体和化学剂的通道，用于对需要调节分解速度的水合物地层的井筒内注入高温流体和化学剂。本方案中管柱本体由柔性内管、柔性外管和柔性筛管组成，管柱本体为柔性管柱本体，能够钻入浅层天然气水合物地层，且直径相对较小，适合钻设小井眼，相对于现有技术中利用直径较大的管柱本体钻设大井眼的方式，成本相对降低。
本方案还公开了一种天然气水合物的开采方法，天然气水合物的开采方法利用上述任意一个方案中记载的管柱。由于管柱具有上述技术效果，利用该管柱实施的天然气水合物的开采方法也具有同样的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的管柱的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为图1中B-B的剖视图；
图4为本发明实施例提供的天然气水合物的开采方法的流程图。
其中，
1、钻具，11、井底动力钻具，12、旋转喷射钻头，
2、管柱本体，21、柔性内管，22、柔性外管，23、柔性筛管，24、高渗透填充层，25、电加热器。
具体实施方式
本发明公开了一种管柱，以降低天然气水合物的开采成本，提高天然气水合物开采的经济可行性。本发明还提供了一种天然气水合物的开采方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4。
本发明公开了一种管柱，包括钻具1和管柱本体2。
如图1所示，钻具1包括井底动力钻具11和旋转喷射钻头12，井底动力钻具11的下段与旋转喷射钻头12连接，井底动力钻具11为刚性井底动力钻具；
管柱本体2包括柔性内管21、柔性外管22和柔性筛管23，柔性内管21为连续柔性内管21，柔性外管22与柔性筛管23连接，且柔性外管22和柔性筛管23均位于柔性内管21外。
此处需要说明的是，连续柔性内管21为柔性内管21为中间无间断的柔性内管21，一根管柱本体2仅具有一根柔性内管21，不需要进行相邻柔性内管21的连接，柔性内管21的长度确定是根据天然气水合物的钻采深度进行裁剪；柔性外管22为连续柔性外管22，连续柔性外管22为中间无间断的柔性外管22，一根管柱本体2仅具有一根柔性外管22，不需要进行相邻柔性外管22的连接，柔性外管22的长度确定是根据天然气水合物的钻采深度进行裁剪；柔性筛管23与柔性外管22连接，柔性筛管23也为连续柔性筛管23，连续柔性筛管23为中间无间断的柔性筛管23，一根管柱本体2仅具有一个柔性筛管23，不需要进行相邻柔性筛管23的连接，仅需要进行柔性筛管23与柔性外管22中间的连接。
柔性外管22与柔性筛管23连接，具体的，柔性外管22与柔性筛管23的一端连接，柔性筛管23的另一端与井底动力钻具11连接。柔性内管21的一端与柔性钻杆连通，柔性内管21的另一端与井底动力钻具11连通，用于向井底动力钻具11内注入流体。
本方案中柔性内管21与柔性外管22之间形成天然气水合物的输送空间，天然气水合物中分解出的气体通过柔性筛管23进入柔性筛管23和柔性内管21、柔性外管22与柔性内管21之间的空间，柔性内管21与柔性外管22和柔性筛管23之间设置有高渗透填充层24，高渗透填充层24不仅实现了柔性内管21与柔性外管22和柔性筛管23的连接，而且能够对天然气水合物分解出的砂砾等进行滤除。
钻采时，钻机的柔性钻杆与柔性内管21连接，柔性钻杆向柔性内管21内注入流体，流体通过柔性内管21注入井底动力钻具11，带动旋转喷射钻头12在天然气水合物地层内旋转钻进，生产阶段柔性内管21可以作为注入高温流体和化学剂的通道，哪部分地层的分解速度需要调节，就向该地层的井筒内注入高温流体和化学剂。具体的，可以仅对一个位置的地层进行分解速度的调节，也可以同时对至少两个不同位置的地层进行分解速度的调节。天然气水合物地层中的天然气通过柔性筛管23的缝隙进入柔性筛管23与柔性内管21之间，然后通过柔性外管22与柔性内管21之间的高渗透填充层24向上传输。
本方案采用小直径+柔性的管柱本体2在浅层天然气水合物地层进行钻采，相对于现有技术采用大直径+刚性的管柱钻采的方式，能够降低对地层的影响，降低地层滑坡和坍塌的风险，避免造成试采终止甚至失败，降低经济损失。
由于本方案采用的管柱本体2对地层的伤害小，可以在目标浅层天然气水合物地层进行多点开采，以提高产能。此处需要对多点开采进行说明，多点开采为在目标浅层天然气水合物地层内合理钻设多个井筒，且井筒内均留置本方案公开的管柱。
本方案公开的管柱包括钻具1和管柱本体2，管柱本体2为由柔性内管21、柔性外管22和柔性筛管23组成的柔性管柱本体2，钻机的柔性钻杆向柔性内管21内注入流体，流体通过柔性内管21供入井底动力钻具11，推动旋转喷射钻头12转动在浅层天然气水合物地层内进行钻进。随着钻具1在浅层天然气水合物地层内钻进，钻具1带动管柱本体2在地层内运动。在钻具1带动管柱本体2达到钻设深度后，钻机的柔性钻杆与管柱本体2分离，将本方案公开的管柱留置在井筒内，作为生产管柱。柔性内管还作为注入高温流体和化学剂的通道，哪部分地层的分解速度需要调节，就向该地层的井筒内注入高温流体和化学剂。具体的，可以仅对一个位置的地层进行分解速度的调节，也可以同时对至少两个不同位置的地层进行分解速度的调节。浅层天然气水合物地层中的天然气水合物通过管柱本体2的柔性筛管23进入柔性筛管23与柔性内管21之间的空间，然后向上进入柔性外管22与柔性内管21之间的空间，经过柔性外管22与柔性内管21之间的高渗透填充层24对天然气水合物分解出的砂砾进行滤除。本方案中管柱本体2由柔性内管21、柔性外管22和柔性筛管23组成，管柱本体2为柔性管柱本体2，能够钻入浅层天然气水合物地层，且直径相对较小，适合钻设小井眼，相对于现有技术中利用直径较大的管柱本体2钻设大井眼的方式，成本相对降低。
本方案公开的管柱本体2为双层管柱本体2，在钻具1的一次钻进过程中实现双层管柱本体2的柔性外管22+柔性筛管23与柔性内管21的同步下入，钻井和完井一次完成，相对于现有技术中外管和内管分别下入的过程，省去了下导管、下套管、起下钻、接单根、下完井管柱、防砂等工序，施工工序大大简化。
本方案公开的管柱施工费用低，钻采过程简单，对天然气水合物储层的类型、岩性和地层的颗粒大小等没有严格要求，大大提高了天然气水合物开采的储层适应范围。
为了进一步优化上述技术方案，本方案公开的管柱，柔性筛管23与柔性内管21之间设置有电加热器25，电加热器25通过电缆与地面电源连接，电加热器25预埋在高渗透填充层24内。
电加热器25用于对天然气水合物地层加热，促进天然气水合物的分解，提高生产效率。
优选的，电加热器25沿着柔性筛管23与柔性内管21之间的环形空间呈螺旋形绕设，尽可能延长电加热器25在管柱上长度，增大电加热器25对天然气水合物地层的加热面积，加快天然气水合物的分解速度，提高生产效率。
在本方案的一个具体实施例中，电加热器25为伴热带。
伴热带为柔性加热装置，能够降低伴热带与管柱的连接难度。优选的，伴热带为温控伴热带，温控伴热带可以任意截短或在一定范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温热点及烧毁之虑。
本方案中柔性外管22、柔性内管21和柔性筛管23均为柔性管，能够根据钻具1在浅层天然气水合物地层内钻出的井筒的弯曲形状等发生弯曲，且随钻具1的运动进入井筒，不需要单独进行下入；同时柔性外管22、柔性内管21和柔性筛管23为连续管路，管路在长度延伸方向上没有接缝，从而有效避免发生渗漏。
优选的，柔性外管22与柔性筛管23一体成型，省去了柔性外管22与柔性筛管23连接的过程，且柔性外管22与柔性筛管23的连接位置直径不会明显增大，使得管柱外周各处的直径相等，进一步降低管柱下入井筒的难度。
一体成型的连接方式不需要对柔性外管22与柔性筛管23的连接位置进行密封，降低了管柱的组装难度。
本方案中柔性内管21上设置有丢手，柔性内管21通过丢手与柔性钻杆连接。在钻具1钻进至预设深度之后，通过丢手实现柔性钻杆与管柱本体2的分离，将管柱留置在井筒内作为生产管柱。
本方案还公开了一种天然气水合物的开采方法，天然气水合物的开采方法利用上述任意一个方案中记载的管柱。由于管柱具有上述技术效果，利用该管柱实施的天然气水合物的开采方法也具有同样的技术效果，在此不再赘述。
如图4所示，本方案公开的天然气水合物的开采方法包括如下步骤：
1)钻机的柔性钻杆向管柱的管柱本体2的柔性内管21内注入高压流体，高压流体通过柔性内管21进入井底动力钻具11，推动旋转喷射钻头12转动，旋转喷射钻头12在浅层天然气水合物地层内钻设井筒，同时钻具1带动管柱本体2进入井筒；
2)钻具1钻至预设深度后，柔性钻杆停止向管柱的管柱本体2的柔性内管21内注入高压流体，管柱本体2通过与柔性钻杆连接的丢手留置在井筒中，作为生产井筒，
留置所述井筒的柔性内管21可以作为向地层注入高温流体和化学剂的通道，生产时根据生产需要向需要调节水合物分解速率的一个或者至少两个区域内的柔性内管21内注入高温流体和化学剂，调节对应水合物地层的分解速率。
本方案中柔性内管21与柔性外管22之间形成天然气水合物的输送空间，天然气水合物中分解出的气体通过柔性筛管23进入柔性筛管23和柔性内管21、柔性外管22与柔性内管21之间的空间，柔性内管21与柔性外管22和柔性筛管23之间设置有高渗透填充层24，高渗透填充层24不仅实现了柔性内管21与柔性外管22和柔性筛管23的连接，而且能够对天然气水合物分解出的砂砾等进行滤除。
钻井时，柔性钻杆向柔性内管21内注入流体，流体通过柔性内管21注入井底动力钻具11，带动旋转喷射钻头12在天然气水合物地层内旋转钻进，天然气水合物地层中的天然气通过柔性筛管23的缝隙进入柔性筛管23与柔性内管21之间，然后通过柔性外管22与柔性内管21之间的高渗透填充层24向上传输。
本方案公开的天然气水合物的开采方法，还包括步骤3)开启管柱的电加热器25，对天然气水合物地层加热，促进天然气水合物的分解。
电加热器25用于对天然气水合物地层加热，促进天然气水合物的分解，提高生产效率。
优选的，电加热器25沿着柔性筛管23与柔性内管21之间的环形空间呈螺旋形绕设，尽可能延长电加热器25在管柱上长度，增大电加热器25对天然气水合物地层的加热面积，加快天然气水合物的分解速度，提高生产效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种管柱，其特征在于，包括：
钻具(1)，包括井底动力钻具(11)和旋转喷射钻头(12)，所述旋转喷射钻头(12)与所述井底动力钻具(11)的下端连接；
管柱本体(2)，所述管柱本体(2)包括柔性内管(21)、柔性外管(22)和柔性筛管(23)，所述柔性外管(22)与所述柔性筛管(23)连接，所述柔性筛管(23)与所述井底动力钻具(11)的外壳连接，所述柔性内管(21)位于所述柔性外管(22)和所述柔性筛管(23)内，所述柔性内管(21)的下端与所述井底动力钻具(11)的高压流体入口连通，所述柔性内管(21)通过所述柔性钻杆注入流体，所述高压流体驱动所述旋转喷射钻头(12)旋转，所述柔性内管(21)的上端能够与所述柔性钻杆连接，所述柔性内管(21)与所述柔性外管(22)和所述柔性筛管(23)之间设置有高渗透填充层(24)，所述柔性内管(21)与所述柔性外管(22)之间、以及所述柔性内管(21)与所述柔性筛管(23)之间通过所述高渗透填充层(24)连接，所述高渗透填充层(24)用于滤除天然气水合物分解出的砂粒。
2.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述柔性筛管(23)与所述柔性内管(21)之间设置有电加热器(25)，所述电加热器(25)用于为所述天然气水合物的分解提供热量，所述电加热器(25)通过加热电缆与电源连接，所述加热电缆预埋在所述高渗透填充层(24)内。
3.根据权利要求2所述的管柱，其特征在于，所述电加热器(25)为伴热带。
4.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述柔性外管(22)为连续柔性外管(22)，所述柔性内管(21)为连续柔性内管(21)，所述柔性筛管(23)与所述柔性外管(22)一体成型。
5.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述柔性内管(21)能够通过丢手与所述柔性钻杆连接。
6.一种天然气水合物的开采方法，其特征在于，所述天然气水合物的开采方法利用权利要求1-5中任意一项所述的管柱，
所述天然气水合物的开采方法包括步骤：
1)钻机的柔性钻杆向管柱的管柱本体(2)的柔性内管(21)内注入高压流体，高压流体通过所述柔性内管(21)进入井底动力钻具(11)，推动旋转喷射钻头(12)转动，所述旋转喷射钻头(12)在浅层天然气水合物地层内钻设井筒，同时钻具(1)带动所述管柱本体(2)进入所述井筒；
2)钻具(1)钻至预设深度后，所述管柱本体(2)通过与所述柔性钻杆连接的丢手留置在所述井筒内，作为生产井筒，
留置所述井筒的所述柔性内管(21)可以作为向地层注入高温流体和化学剂的通道，生产时根据生产需要向需要调节水合物分解速率的一个或者至少两个区域内的所述柔性内管(21)内注入所述高温流体和所述化学剂，调节对应水合物地层的分解速率。
7.根据权利要求6所述的天然气水合物的开采方法，其特征在于，还包括步骤3)开启所述管柱的电加热器(25)，对所述天然气水合物地层加热，促进所述天然气水合物的分解。
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