CN114198066A - 一种海洋天然气水合物除砂开采装置及其除砂开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海洋天然气水合物除砂开采装置及其除砂开采方法，其中除砂开采装置包括采气树井口头和井下开采器具，顺延至井下的采气树井口头包括除砂管、冲洗管、采气管和高压空气注入管，高压空气注入管嵌套在除砂管的内通径中，除砂管套装于冲洗管中，冲洗管套装于采气管中，冲洗管、采气管和高压空气注入管的顶部分别开设有高压水注入接口、采气管接口和压缩空气注入接口；井下开采器具包括沉砂高度传感器、除砂电机和除砂叶轮，除砂管的下端安装有沉砂高度传感器，位于除砂管底部的除砂电机的下端安装有除砂叶轮。本发明通过气举反循环和喷射清洗相结合的方式排砂、除砂，用以解决筛管砂堵等问题，确保海洋天然气水合物长期稳定高效开采。

Description

一种海洋天然气水合物除砂开采装置及其除砂开采方法
技术领域
本发明涉及海洋油气资源钻采技术领域，特别是涉及一种海洋天然气水合物除砂开采装置及其除砂开采方法。
背景技术
天然气水合物俗称“可燃冰”、“固体瓦斯”等，其特点是分布范围广、储量丰富、能量密度大和清洁高效。研究表明，世界大洋中天然气水合物的总量换算成甲烷气体高达2×1016立方米，其含碳量要比迄今为止世界上所有已知石油、天然气、煤炭矿产总和的2倍还多。经过近几年的勘探，在我国南海发现了储量巨大的天然气水合物资源，并分别于2017年和2020年进行了两次试开采，取得了巨大的成功。
但是在天然气水合物试开采过程中，随着水合物分解产生的天然气和水不断从地层向开采管道处流动，导致大量的砂子向开采管道处沉积，极易造成砂堵，进而导致天然气和水的流动阻力增大，降低水合物的开采效率，无法实现长期稳定的高效开采。
发明内容
本发明的目的是针对海洋天然气水合物在开采过程中出现砂堵等问题，提出了一种海洋天然气水合物除砂开采装置及除砂开采方法，通过气举反循环和喷射清洗相结合的方式排砂、除砂，用以解决筛管砂堵等问题，确保海洋天然气水合物长期稳定高效开采。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种海洋天然气水合物除砂开采装置，包括采气树井口头和井下开采器具，
顺延至井下的所述采气树井口头包括除砂管、冲洗管、采气管和高压空气注入管，所述高压空气注入管嵌套在除砂管的内通径中，所述除砂管套装于所述冲洗管中，所述冲洗管套装于所述采气管中，所述冲洗管、采气管和高压空气注入管的顶部分别开设有高压水注入接口、采气管接口和压缩空气注入接口；
所述井下开采器具包括沉砂高度传感器、除砂电机和除砂叶轮，所述除砂管的下端安装有所述沉砂高度传感器，位于除砂管底部的所述除砂电机的下端安装有所述除砂叶轮。
优选地，所述井下开采器具还包括有温压传感器，所述温压传感器集成于所述除砂电机的上部。
优选地，所述冲洗管的下端开设有喷射孔，所述采气管的下端设置有筛管，高压水经所述喷射孔喷射向所述筛管处并用于清洗筛管处的砂堵。
优选地，所述除砂管和冲洗管的之间的下端布置有密封环，所述密封环用于确保所述冲洗管中的高压水能从喷射孔流出。
本发明还提供一种海洋天然气水合物除砂开采方法，应用于上述的海洋天然气水合物除砂开采装置，包括以下步骤：
在水合物开采过程中，通过压缩空气注入接口向高压空气注入管注入压缩空气，并从高压空气注入管的底端出口排放到除砂管中，使得除砂管中的压力降低，在冲洗管和采气管环状间隙的液注压力下，除砂管中的水、沉砂、空气与天然气混合物开始上返，排出到井口的分离装置中；
与此同时，大量分解产生的天然气也会从冲洗管和采气管环状间隙内向上运移，最终从采气管接口排出。
优选地，井底布置的温压传感器用于监测井底的温度和压力变化情况，进而控制压缩空气的注入量使得井底的压力下降，间接控制天然气水合物的开采速度。
优选地，当沉砂堆积高度超过沉砂高度传感器的警戒数值时，开启除砂电机将沉砂扬起，随上返的液固气混合流排到井口。
优选地，当大量砂子堆积在筛管段堵塞天然气和水的渗流通道时，关闭压缩空气注入接口，停止向井内注入压缩空气，开启高压水注入接口，向冲洗管和除砂管之间的环状间隙注入高压水，然后通过喷射孔射出，清洗筛管堵塞的砂子，疏通天然气和水的渗流通道。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提出的海洋天然气水合物除砂开采方法，采用气举反循环的原理进行水合物的降压开采，无需在井内下放电潜泵等昂贵的抽水设备，开采时间不受电潜泵工作寿命的影响，极大地提高了天然气水合物的开采效率，同时将井底的沉砂一起排出井底，避免井底沉砂过多对水合物开采的影响。即使在试采过程中出现筛管砂堵的情况，也可通过高压水射流喷射清洗筛管，解除砂堵，实现海洋天然气水合物的长期稳定开采。
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为本发明的海洋天然气水合物除砂开采技术示意图；
图2为本发明的海洋天然气水合物除砂开采流道示意图；
图3为本发明的海洋天然气水合物水射流解除砂堵流道示意图；
其中，1除砂管、2冲洗管、2-1高压水注入接口、2-2采喷射孔、2-3密封环、3采气管、3-1气管接口、3-2筛管、4高压空气注入管、4-1压缩空气注入接口、5温压传感器、6沉砂高度传感器、7除砂电机、8除砂叶轮、9沉砂。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种提出了一种海洋天然气水合物除砂开采装置及除砂开采方法，通过气举反循环和喷射清洗相结合的方式排砂、除砂，用以解决筛管砂堵等问题，确保海洋天然气水合物长期稳定高效开采。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本实施例提供一种海洋天然气水合物除砂开采装置及除砂开采方法，除砂开采装置包括采气树井口头和井下开采器具，其中采气树井口头主要由除砂管1、冲洗管2、采气管3和高压空气注入管4，并顺延至井下。温压传感器5、沉砂高度传感器6、除砂电机7和除砂叶轮8构成井下开采器具。
具体地，高压空气注入管4嵌套在除砂管1内通径中，除砂管1套装于冲洗管2中，冲洗管2套装于采气管3中，并分别设置了高压水注入接口2-1、采气管接口3-1、压缩空气注入接口4-1。
于本实施例中，在除砂管1的下端安装了沉砂高度传感器6，用于测量沉砂9的堆积高度。温压传感器5集成于除砂电机7的上部，用于检测井底的温度和压力变化情况，除砂叶轮8安装于除砂电机7的下端，用于将沉砂扬起，排出井底。
为了防止砂堵，于本实施例中，冲洗管2的下端设置了喷射孔2-2，以水射流的方式将高压水喷射向筛管3-2，清洗筛管3-2附近的砂堵。采气管3的下端设置了筛管3-2，用于导流天然气水合物分解产生的天然气和水。在除砂管1和冲洗管2之间的下端布置了密封环2-3，确保冲洗管2中的高压水能从喷射孔2-2中流出。即使在试采过程中出现筛管砂堵的情况，也可通过高压水射流喷射清洗筛管，解除砂堵，实现海洋天然气水合物的长期稳定开采。
在水合物开采过程中，通过压缩空气注入接口4-1向高压空气注入管4注入压缩空气，并从高压空气注入管4的底端出口排放到除砂管1中，导致除砂管1中的压力降低，在冲洗管2和采气管3环状间隙的液注压力下，除砂管1中的水、沉砂、空气与天然气混合物开始上返，排出到井口的分离装置中。与此同时，大量分解产生的天然气也会从冲洗管2和采气管3环状间隙内向上运移，最终从采气管接口3-1排出。井底布置的温压传感器5监测井底的温度、压力变化情况，控制压缩空气的注入量，进而控制井底的压力降，间接控制天然气水合物的开采速度。采用气举反循环的原理进行水合物的降压开采，无需在井内下放电潜泵等昂贵的抽水设备，开采时间不受电潜泵工作寿命的影响，极大地提高了天然气水合物的开采效率，同时将井底的沉砂一起排出井底，避免井底沉砂过多对水合物开采的影响。
当沉砂9堆积高度超过沉砂高度传感器6的警戒数值时，开启除砂电机7将沉砂扬起，随上返的液固气混合流排到井口。当水合物开采一段时间后，大量砂子堆积在筛管3-2段堵塞天然气和水的渗流通道，降低了水合物的开采效率。此时，关闭压缩空气注入接口4-1，停止向井内注入压缩空气，开启高压水注入接口2-1，向冲洗管2和除砂管1之间的环状间隙注入高压水，然后通过喷射孔2-2射出，清洗筛管3-2堵塞的砂子，疏通天然气和水的渗流通道。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种海洋天然气水合物除砂开采装置，其特征在于：包括采气树井口头和井下开采器具，
顺延至井下的所述采气树井口头包括除砂管、冲洗管、采气管和高压空气注入管，所述高压空气注入管嵌套在除砂管的内通径中，所述除砂管套装于所述冲洗管中，所述冲洗管套装于所述采气管中，所述冲洗管、采气管和高压空气注入管的顶部分别开设有高压水注入接口、采气管接口和压缩空气注入接口；
所述井下开采器具包括沉砂高度传感器、除砂电机和除砂叶轮，所述除砂管的下端安装有所述沉砂高度传感器，位于除砂管底部的所述除砂电机的下端安装有所述除砂叶轮。
2.根据权利要求1所述的海洋天然气水合物除砂开采装置，其特征在于：所述井下开采器具还包括有温压传感器，所述温压传感器集成于所述除砂电机的上部。
3.根据权利要求1所述的海洋天然气水合物除砂开采装置，其特征在于：所述冲洗管的下端开设有喷射孔，所述采气管的下端设置有筛管，高压水经所述喷射孔喷射向所述筛管处并用于清洗筛管处的砂堵。
4.根据权利要求3所述的海洋天然气水合物除砂开采装置，其特征在于：所述除砂管和冲洗管的之间的下端布置有密封环，所述密封环用于确保所述冲洗管中的高压水能从喷射孔流出。
5.一种海洋天然气水合物除砂开采方法，应用于权利要求1-4中任一项所述的海洋天然气水合物除砂开采装置，其特征在于，包括以下步骤：
在水合物开采过程中，通过压缩空气注入接口向高压空气注入管注入压缩空气，并从高压空气注入管的底端出口排放到除砂管中，使得除砂管中的压力降低，在冲洗管和采气管环状间隙的液注压力下，除砂管中的水、沉砂、空气与天然气混合物开始上返，排出到井口的分离装置中；
与此同时，大量分解产生的天然气也会从冲洗管和采气管环状间隙内向上运移，最终从采气管接口排出。
6.根据权利要求5所述的海洋天然气水合物除砂开采方法，其特征在于：井底布置的温压传感器用于监测井底的温度和压力变化情况，进而控制压缩空气的注入量使得井底的压力下降，间接控制天然气水合物的开采速度。
7.根据权利要求5所述的海洋天然气水合物除砂开采方法，其特征在于：当沉砂堆积高度超过沉砂高度传感器的警戒数值时，开启除砂电机将沉砂扬起，随上返的液固气混合流排到井口。
8.根据权利要求5所述的海洋天然气水合物除砂开采方法，其特征在于：当大量砂子堆积在筛管段堵塞天然气和水的渗流通道时，关闭压缩空气注入接口，停止向井内注入压缩空气，开启高压水注入接口，向冲洗管和除砂管之间的环状间隙注入高压水，然后通过喷射孔射出，清洗筛管堵塞的砂子，疏通天然气和水的渗流通道。
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