CN114135268A - 一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法，包括底座以及过滤装置、防砂装置和净化装置，过滤装置包括连接槽、堵头、分支井口、连接块、过滤框、第一过滤网、第一砾石和加固管，底座的底部套接有堵头，底座的顶端固定连接加固管。通过第一砾石和过滤框进一步的过滤，天然气水合物经过加固管进入固定管内，通过固定管内部的隔网以及隔网包裹的第二砾石再次过滤，过滤后的天然气水合物穿过输送头进入筛管的内部，通过筛管内部的分隔框和第二过滤网对天然气水合物进行精细过滤，精细过滤后的天然气水合物沿着分隔框进入内槽内。
Description
技术领域
本申请涉及天然气水合物开采技术领域，尤其是一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法。
背景技术
天然气水合物即可燃冰，是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”(Combustible ice)、“固体瓦斯”和“汽冰”，化学式为CH4·nH2O。天然气水合物常见于深海沉积物或陆上永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。由于分布浅、分布广泛、总量巨大、能量密度高，而成为未来主要替代能源。
天然气水合物存在于陆上多年冻土带以及深海浅部沉积层中，近年来，国内外实施了多次水合物的试采作业，几乎所有失败的天然气水合物试采都是由于出砂严重而被迫提前终止，因此，开采水合物时的储层出砂问题已经成为影响水合物持续有效开采的主要因素。因此，针对上述问题提出一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法。
发明内容
在本实施例中提供了一种天然气水合物储层多级防砂装置及使用方法用于解决天然气水合物存在于陆上多年冻土带以及深海浅部沉积层中，近年来，国内外实施了多次水合物的试采作业，几乎所有失败的天然气水合物试采都是由于出砂严重而被迫提前终止，因此，开采水合物时的储层出砂问题已经成为影响水合物持续有效开采的主要因素的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种天然气水合物储层多级防砂装置，包括底座以及过滤装置、防砂装置和净化装置；
所述过滤装置包括连接槽、堵头、分支井口、连接块、过滤框、第一过滤网、第一砾石和加固管，所述底座的底部套接有堵头，所述底座的顶端固定连接加固管；
所述防砂装置包括第二砾石、隔网、输送头、固定管、连接座和筛管，所述加固管的内部固定连接隔网，所述加固管的顶端固定连接筛管，所述筛管的底部固定连接连接座；
所述净化装置包括分隔框、第二过滤网、内管、顶板、内槽、密封套、第三过滤网和抽管，所述筛管的内部固定连接分隔框，所述筛管的顶端螺纹连接顶板，所述筛管的顶部开设有内槽，所述顶板的内部固定连接密封套，所述密封套的内部套接有抽管。
进一步地，所述底座的底部外侧壁开设有环绕的连接槽，所述连接槽呈螺旋状，所述底座的内部固定连接连接块，所述连接块螺纹连接堵头的一端。
进一步地，所述底座的两端侧壁均连通分支井口，所述分支进口的一端连通底座的内部，所述分支井口与底座的连接处设置有第一过滤网。
进一步地，所述底座的内部固定连接过滤框，所述过滤框的内部填充有第一砾石，所述过滤框的侧壁内部开设有微孔。
进一步地，所述隔网呈环状，所述隔网的内部设置有第二砾石，所述隔网位于加固管的内部中心。
进一步地，所述隔网的顶部连通输送头的一端，所述输送头套接在连接座的内部，所述输送头的一端贯穿连接座并延伸至筛管的内部。
进一步地，所述分隔框的侧壁内部开设有微孔，所述分隔框的内部开设有空腔，所述空腔的内部填充有第二过滤网，所述第二过滤网为不锈钢金属棉丝。
进一步地，所述分隔框的顶部连通内槽的底部，所述内槽的内部设置有第三过滤网，所述第三过滤网包裹在内管的顶部。
进一步地，所述筛管的内部固定连接内管，所述内管的顶端与第三过滤网的顶部平齐，所述内管的内部设置有抽管的一端。
一种天然气水合物储层多级防砂装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：
(1)安装、将本装置中的结构依次安装固定，并将底座通过连接槽与井下进行固定，底座两侧的分支井口与储层连通；
(2)初过滤、储层内部的天然气水合物以及砂砾经过分支井口进入底座，通过底座内部的第一过滤网对砂石进行初步过滤；
(3)再过滤、通过第一砾石和过滤框进一步的过滤，天然气水合物经过加固管进入固定管内，通过固定管内部的隔网以及隔网包裹的第二砾石再次过滤；
(4)粗过滤、过滤后的天然气水合物穿过输送头进入筛管的内部，通过筛管内部的分隔框和第二过滤网对天然气水合物进行精细过滤，精细过滤后的天然气水合物沿着分隔框进入内槽内：
(5)净化、通过内槽内部的第三过滤网对天然气水合物中的沙砾进行彻底的净化，净化后的天然气水合物穿过第二过滤网并漫入内管内，通过内管内部的抽管将天然气水合物抽出，方便对天然气水合物中的沙砾进行阻隔，增强对天然气水合物的防砂能力。
通过本申请上述实施例，采用了过滤装置、防砂装置和净化装置，解决了天然气水合物存在于陆上多年冻土带以及深海浅部沉积层中，近年来，国内外实施了多次水合物的试采作业，几乎所有失败的天然气水合物试采都是由于出砂严重而被迫提前终止，因此，开采水合物时的储层出砂问题已经成为影响水合物持续有效开采的主要因素的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一种实施例的整体的立体结构示意图；
图2为本申请一种实施例的整体的结构示意图；
图3为本申请一种实施例的整体俯视图；
图4为本申请一种实施例的输送头、连接座和筛管的位置示意图；
图5为本申请一种实施例的隔网、输送头和固定管的位置示意图；
图6为本申请一种实施例的过滤框、第一过滤网和第一砾石的结构示意图。
图中：1、底座，2、连接槽，3、堵头，4、分支井口，5、连接块，6、过滤框，7、第一过滤网，8、第一砾石，9、加固管，10、第二砾石，11、隔网，12、输送头，13、固定管，14、连接座，15、筛管，16、分隔框，17、第二过滤网，18、内管，19、顶板，20、内槽，21、密封套，22、第三过滤网，23、抽管。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本实施例中的储层多级防砂装置可以适用于各种天然气水合物储层，例如，在本实施例提供了如下多级防砂装置，本实施例中的多级防砂装置可以用来进行如下天然气水合物多分支井使用。
一种天然气水合物多分支井微波加热装置，旨在降低天然气水合物开采过程中的输热损失以及提高热利用效率。
所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层的开采井，所述开采井包括垂直井段和位于天然气水合物储层中的水平井段；所述水平井段内安装有套管，所述套管包括微波加热套管，所述微波加热套管内嵌装有用于产生微波的微波加热器，所述微波加热套管具有可供微波穿透的穿透区。本发明通过将微波加热器嵌装在微波加热套管中，且在微波加热套管设置可供微波穿透的穿透区，进而使微波加热器的热量集中从该穿透区到达天然气水合物储层，充分利用微波加热器的热量，降低输热损失进而提高开采效率。
具体地，本实施例中，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层的开采井，该开采井可根据需要设置多个分支井眼，多个所述分支井眼并列地错开设置。以所述分支井眼为一个为例进行说明，该开采井包括竖直延伸至天然气水合物储层中的水平井段，还包括与该水平井段垂直连接，并位于天然气水合物储层中的水平井段，其中该垂直井段处安装有电潜泵和扶正器，在开采井的井口位置安装有井口装置。通过在水平井段安装套管，该套管具体包括微波加热套管，且该微波加热套管内安装有微波加热器，通过该微波加热器产生微波以对天然气水合物储层进行加热，提高开采效率。为了使微波能够有效通过该微波加热套管，本实施例在该微波加热套管上设置穿透区，该穿透区用于使微波从该处穿过。具体地，该穿透区可以采用不同的实现方式实现，例如将该穿透区选用非金属套管，使得微波可从该部分的非金属套管处穿透。其中，所述非金属套管优选为石英玻璃材料。或者在其他实施例中还可以选用陶瓷、聚四氟乙烯等可被微波穿透的非金属套管。
微波加热器通过井上的电源系统通过电缆提供能量，电源系统利用钻井装置已有的电源供给系统，进而减小设备空间占用面积和经济成本。
需要说明的是，本实施例中所述水平井段的数量为两个，两个所述水平井段朝向相反的方向延伸设置，且两个所述水平井段在竖直方向上间隔设置，如图所示的，水平井段分别包括水平井分支一以及水平井分支二。通过在相反方向设置两个水平井段，延伸水平方向的开采范围，进一步通过将两个相反反向的水平井段在垂直方向上设置一定间距，进而加大竖直方向上的开采范围。参照图，左边的水平井段和右边的水平井段相反分布，其在水平方向上的扩展面积可知明显大于在同一方向分布两个水平井段的方式。
在另一实施例中，所述水平井段的数量为两个，两个所述水平井段朝相同的方向延伸设置，且两个所述水平井段在竖直方向上间隔设置。当然，在其他实施例中，所述水平井段的数量还可以为多个，可以根据实际需要设计水平井段的数量和设计的方向。
此外，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在所述水平井段的防砂装置，所述防砂装置设置在所述非微波加热套管处。由于防砂装置设置的位置需要下筛管，故设置有防砂装置的位置不能采用微波加热套管，所以本实施例中，在安装有防砂装置的位置的井筒处采用非微波加热套管，即非微波加热套管。在此情况下，所述微波加热套管与所述非微波加热套管间隔设置。微波加热套管提供能量，实现天然气水合物储层的分解，分解得到的流体通过防砂管柱进入井筒，在井筒内通过电潜泵排水采气。
本实施例中，该穿透区设置的数量为多个，且多个所述穿透区在微波加热套管上间隔分布。具体的分布方式可以根据实际需要进行设置。当然，在其他实施例中，所述穿透区还可以覆盖整个微波加热套管，即整个微波加热套管均采用非金属套管组成，当然需要说明的是，套管需要经过耐温、耐压性能测试以及强度校核，能够满足井下微波加热过程的复杂环境。
此外，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在水平井段内的温度监测器和井口压力监测器。进一步地，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在开采井的井上区域的智能控制系统，所述智能控制系统与所述温度监测器、压力监测器以及微波加热器连接。当然，可以理解的是，所述智能控制系统还与电潜泵、扶正器、井口装置以及井口的一些监测器连接，如流量计，以获取这些设备的运行参数，根据运行参数调整开采进度。
所述智能控制系统通过获取温度监测器、压力监测器等监测器采集的数据，对数据进行分析，并且可以根据电潜泵以及其他设备的处理能力，设计合理井下微波加热工作制度，进而控制微波加热器的工作状态。
当然本实施例也可以用于其他天然气水合物储层。在此不再一一赘述，下面对本申请实施例的多级防砂装置进行介绍。
请参阅图1-6所示，一种天然气水合物储层多级防砂装置，包括底座1 以及过滤装置、防砂装置和净化装置；
所述过滤装置包括连接槽2、堵头3、分支井口4、连接块5、过滤框6、第一过滤网7、第一砾石8和加固管9，所述底座1的底部套接有堵头3，所述底座1的顶端固定连接加固管9；
所述防砂装置包括第二砾石10、隔网11、输送头12、固定管13、连接座14和筛管15，所述加固管9的内部固定连接隔网11，所述加固管9的顶端固定连接筛管15，所述筛管15的底部固定连接连接座14；
所述净化装置包括分隔框16、第二过滤网17、内管18、顶板19、内槽 20、密封套21、第三过滤网22和抽管23，所述筛管15的内部固定连接分隔框16，所述筛管15的顶端螺纹连接顶板19，所述筛管15的顶部开设有内槽 20，所述顶板19的内部固定连接密封套21，所述密封套21的内部套接有抽管23。
将底座通过连接槽与井下进行固定，底座两侧的分支井口与储层连通，储层内部的天然气水合物以及砂砾经过分支井口进入底座，通过底座内部的第一过滤网对砂石进行初步过滤。
所述底座1的底部外侧壁开设有环绕的连接槽2，所述连接槽2呈螺旋状，所述底座1的内部固定连接连接块5，所述连接块5螺纹连接堵头3的一端。
所述底座1的两端侧壁均连通分支井口4，所述分支进口的一端连通底座 1的内部，所述分支井口4与底座1的连接处设置有第一过滤网7。
所述底座1的内部固定连接过滤框6，所述过滤框6的内部填充有第一砾石8，所述过滤框6的侧壁内部开设有微孔。
所述隔网11呈环状，所述隔网11的内部设置有第二砾石10，所述隔网 11位于加固管9的内部中心。
所述隔网11的顶部连通输送头12的一端，所述输送头12套接在连接座 14的内部，所述输送头12的一端贯穿连接座14并延伸至筛管15的内部。
所述分隔框16的侧壁内部开设有微孔，所述分隔框16的内部开设有空腔，所述空腔的内部填充有第二过滤网17，所述第二过滤网17为不锈钢金属棉丝。
所述分隔框16的顶部连通内槽20的底部，所述内槽20的内部设置有第三过滤网22，所述第三过滤网22包裹在内管18的顶部。
所述筛管15的内部固定连接内管18，所述内管18的顶端与第三过滤网 22的顶部平齐，所述内管18的内部设置有抽管23的一端。
一种天然气水合物储层多级防砂装置的使用方法，所述使用方法步骤如下：
(1)安装、将本装置中的结构依次安装固定，并将底座1通过连接槽2 与井下进行固定，底座1两侧的分支井口4与储层连通；
(2)初过滤、储层内部的天然气水合物以及砂砾经过分支井口4进入底座1，通过底座1内部的第一过滤网7对砂石进行初步过滤；
(3)再过滤、通过第一砾石8和过滤框6进一步的过滤，天然气水合物经过加固管9进入固定管13内，通过固定管13内部的隔网11以及隔网11 包裹的第二砾石10再次过滤；
(4)粗过滤、过滤后的天然气水合物穿过输送头12进入筛管15的内部，通过筛管15内部的分隔框16和第二过滤网17对天然气水合物进行精细过滤，精细过滤后的天然气水合物沿着分隔框16进入内槽20内：
(5)净化、通过内槽20内部的第三过滤网22对天然气水合物中的沙砾进行彻底的净化，净化后的天然气水合物穿过第二过滤网17并漫入内管18 内，通过内管18内部的抽管23将天然气水合物抽出，方便对天然气水合物中的沙砾进行阻隔，增强对天然气水合物的防砂能力。
本申请的有益之处在于：
1.本申请操作简单，将底座通过连接槽与井下进行固定，底座两侧的分支井口与储层连通，储层内部的天然气水合物以及砂砾经过分支井口进入底座，通过底座内部的第一过滤网对砂石进行初步过滤；
2.本申请结构合理，通过第一砾石和过滤框进一步的过滤，天然气水合物经过加固管进入固定管内，通过固定管内部的隔网以及隔网包裹的第二砾石再次过滤，过滤后的天然气水合物穿过输送头进入筛管的内部，通过筛管内部的分隔框和第二过滤网对天然气水合物进行精细过滤，精细过滤后的天然气水合物沿着分隔框进入内槽内；
3.本申请结构合理，通过内槽内部的第三过滤网对天然气水合物中的沙砾进行彻底的净化，净化后的天然气水合物穿过第二过滤网并漫入内管内，通过内管内部的抽管将天然气水合物抽出，方便对天然气水合物中的沙砾进行阻隔，增强对天然气水合物的防砂能力。
涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本申请保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：包括底座(1)以及过滤装置、防砂装置和净化装置；
所述过滤装置包括连接槽(2)、堵头(3)、分支井口(4)、连接块(5)、过滤框(6)、第一过滤网(7)、第一砾石(8)和加固管(9)，所述底座(1)的底部套接有堵头(3)，所述底座(1)的顶端固定连接加固管(9)；
所述防砂装置包括第二砾石(10)、隔网(11)、输送头(12)、固定管(13)、连接座(14)和筛管(15)，所述加固管(9)的内部固定连接隔网(11)，所述加固管(9)的顶端固定连接筛管(15)，所述筛管(15)的底部固定连接连接座(14)；
所述净化装置包括分隔框(16)、第二过滤网(17)、内管(18)、顶板(19)、内槽(20)、密封套(21)、第三过滤网(22)和抽管(23)，所述筛管(15)的内部固定连接分隔框(16)，所述筛管(15)的顶端螺纹连接顶板(19)，所述筛管(15)的顶部开设有内槽(20)，所述顶板(19)的内部固定连接密封套(21)，所述密封套(21)的内部套接有抽管(23)。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述底座(1)的底部外侧壁开设有环绕的连接槽(2)，所述连接槽(2)呈螺旋状，所述底座(1)的内部固定连接连接块(5)，所述连接块(5)螺纹连接堵头(3)的一端。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述底座(1)的两端侧壁均连通分支井口(4)，所述分支进口的一端连通底座(1)的内部，所述分支井口(4)与底座(1)的连接处设置有第一过滤网(7)。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述底座(1)的内部固定连接过滤框(6)，所述过滤框(6)的内部填充有第一砾石(8)，所述过滤框(6)的侧壁内部开设有微孔。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述隔网(11)呈环状，所述隔网(11)的内部设置有第二砾石(10)，所述隔网(11)位于加固管(9)的内部中心。
6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述隔网(11)的顶部连通输送头(12)的一端，所述输送头(12)套接在连接座(14)的内部，所述输送头(12)的一端贯穿连接座(14)并延伸至筛管(15)的内部。
7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述分隔框(16)的侧壁内部开设有微孔，所述分隔框(16)的内部开设有空腔，所述空腔的内部填充有第二过滤网(17)，所述第二过滤网(17)为不锈钢金属棉丝。
8.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述分隔框(16)的顶部连通内槽(20)的底部，所述内槽(20)的内部设置有第三过滤网(22)，所述第三过滤网(22)包裹在内管(18)的顶部。
9.根据权利要求1所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其特征在于：所述筛管(15)的内部固定连接内管(18)，所述内管(18)的顶端与第三过滤网(22)的顶部平齐，所述内管(18)的内部设置有抽管(23)的一端。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种天然气水合物储层多级防砂装置得出一种天然气水合物储层多级防砂装置的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括如下步骤：
(1)安装、将本装置中的结构依次安装固定，并将底座(1)通过连接槽(2)与井下进行固定，底座(1)两侧的分支井口(4)与储层连通；
(2)初过滤、储层内部的天然气水合物以及砂砾经过分支井口(4)进入底座(1)，通过底座(1)内部的第一过滤网(7)对砂石进行初步过滤；
(3)再过滤、通过第一砾石(8)和过滤框(6)进一步的过滤，天然气水合物经过加固管(9)进入固定管(13)内，通过固定管(13)内部的隔网(11)以及隔网(11)包裹的第二砾石(10)再次过滤；
(4)粗过滤、过滤后的天然气水合物穿过输送头(12)进入筛管(15)的内部，通过筛管(15)内部的分隔框(16)和第二过滤网(17)对天然气水合物进行精细过滤，精细过滤后的天然气水合物沿着分隔框(16)进入内槽(20)内：
(5)净化、通过内槽(20)内部的第三过滤网(22)对天然气水合物中的沙砾进行彻底的净化，净化后的天然气水合物穿过第二过滤网(17)并漫入内管(18)内，通过内管(18)内部的抽管(23)将天然气水合物抽出，方便对天然气水合物中的沙砾进行阻隔，增强对天然气水合物的防砂能力。
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