CN114412421A - 一种海域天然气水合物开采方法 - Google Patents

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詹林森
王磊
卢鑫迪
丁言露
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Abstract

本发明公开了一种海域天然气水合物开采方法，包括以下步骤：通过勘探寻找包括天然气水合物层和游离气层的天然气水合物系统，游离气层位于天然气水合物层下方；向海底钻井，使井孔向下穿过游离气层；在井孔内下套管至井底，在套管的外壁与井孔之间灌筑混凝土，套管和混凝土层形成井筒；井筒位于天然气水合物层的区段、位于游离气层的区段和位于游离气层下方的区段分别为第一井段、第二井段和第三井段；在第二井段处射孔，使第二井段与游离气层连通；在第一井段内通过电潜泵抽取流体。相比于现有技术，本发明通过抽取地层流体，实现对天然气水合物相态变化的控制，从而高效、长期、安全地开发天然气水合物。

Description

一种海域天然气水合物开采方法
技术领域
本发明涉及能源开采技术领域，特别是涉及一种海域天然气水合物开采方法。
背景技术
天然气水合物(俗称可燃冰)已经在深海大陆坡和永久冻土带中被广泛发现，据估计其碳当量相当于已发现的化石燃料的碳当量的两倍。只要有合适的开发技术，天然气水合物就能作为一种能源而得到利用。
目前提出的关于天然气水合物的开发方法主要有1)加热法：向天然气水合物层注入热水，使天然气水合物分解而释放出天然气；2)减压法：降低天然气水合物层的压力，使天然气水合物不稳定而释放出气体；3)注剂法：向天然气水合物层注入化学试剂，使天然气水合物不稳定而释放出气体；4)二氧化碳置换法：向天然气水合物层注入二氧化碳，用二氧化碳替代天然气水合物中的甲烷，从而生产天然气。
已有技术和实践证实，在天然气水合物的开采方法中，注剂法开发成本高，并对环境有潜在的威胁；加热法生产效率低，开发成本高；二氧化碳置换法生产效率低下，开发天然气后续利用困难并成本极高。目前只有降压法被证实为可行的开采方法。
通过降压法的几次实践发现，简单通过降低天然气水合物层压力来迫使天然气水合物分解产出的降压法，主要存在以下三点缺陷：
(1)由于天然气水合物层(含天然气水合物的沉积物层)的孔隙空间被天然气水合物堵塞，因此天然气水合物层的渗透率极低，降压过程中井筒的降压范围仅局限于井筒周围，很难延伸至储层深处，导致由于降压引起的天然气水合物分解范围很小，产量很低；
(2)由于天然气水合物层的成岩作用弱，天然气水合物分解会导致沉积物破碎成砂状，随着天然气水合物的分解，气和水进入井筒，导致井筒堵塞，引起生产事故；
(3)由于水合物分解过程为吸热过程，随着天然气水合物的分解，储层温度降低，天然气水合物分解需要的压降增加，导致到达某一时刻后，天然气水合物分解需要的压降超过了水泵所能提供的压降，天然气水合物分解停止，直到足够的热量传递到天然气水合物层，使天然气水合物分解需要的压降低于水泵提供的压降后，天然气水合物才会继续分解。该过程显著降低了产量。
发明内容
本发明的目的是提供一种海域天然气水合物开采方法，通过抽取地层流体，实现对天然气水合物相态变化的控制，从而高效、长期、安全地开发天然气水合物。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种海域天然气水合物开采方法，包括以下步骤：
通过勘探寻找包括天然气水合物层和游离气层的天然气水合物系统，游离气层位于天然气水合物层下方；
向海底钻井，使井孔向下穿过游离气层；
在井孔内下套管至井底，在套管的外壁与井孔之间灌筑混凝土形成混凝土层，套管和混凝土层形成井筒；井筒位于天然气水合物层的区段、位于游离气层的区段和位于游离气层下方的区段分别为第一井段、第二井段和第三井段；
在第二井段处射孔，使第二井段与游离气层连通；
在第一井段内通过电潜泵抽取流体。
优选地，第三井段的竖向长度为50m～100m。
优选地，射孔位置与第二井段上端的竖向距离为0～50m。
优选地，天然气水合物层与游离气层的界面与电潜泵的竖向距离为10m～50m。
优选地，基于深水钻井平台向海底钻井。
优选地，基于钻井船向海底钻井。
优选地，基于水下生产系统向海底钻井。
优选地，还包括防砂工序，防砂工序对第二井段进行防砂处理。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明在位于游离气层的第二井段处射孔，利用游离气层的渗透率远高于天然气水合物层的特点，扩大井筒内压降的影响范围，减少进入井筒内泥沙的量，提高天然气水合物分解区域的温度，从而保证持续的稳产。
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为本实施例海域天然气水合物开采方法对应的开采装置的示意图；
附图标记说明：2-天然气水合物层；3-游离气层；10-施工平台；20-井筒；23-界面；220-第一井段；230-第二井段；240-第三井段。
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海域天然气水合物开采方法，通过抽取地层流体，实现对天然气水合物相态变化的控制，从而高效、长期、安全地开发天然气水合物。
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。
参照图1，本实施例提供一种海域天然气水合物开采方法，包括以下步骤：
S1、通过勘探寻找包括天然气水合物层2和游离气层3的天然气水合物系统，游离气层3位于天然气水合物层2下方。
自然界的天然气水合物系统有的发育有游离气层3，有的没有发育游离气层3。有游离气层3的天然气水合物气藏的BSR(似海底反射层，是天然气水合物底界的地球物理特征)更加明显，更容易被勘探发现，因此达到开采丰度的天然气水合物气藏绝大多数发育有下伏的游离气层3，但仍需勘探确认。
S2、向海底钻井，使井孔向下穿过游离气层3。
本实施例中，钻井得到的是直井。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择多从支井、对接井等其它复杂井型。钻井时的施工平台10可以是深水钻井平台、钻井船或水下生产系统，基于施工平台10进行钻井作业。
S3、在井内下套管至井底，在套管的外壁与井孔之间灌筑混凝土形成混凝土层，套管和混凝土层形成井筒20。井筒20位于天然气水合物层2的区段、位于游离气层3的区段和位于游离气层3下方的区段分别为第一井段220、第二井段230和第三井段240。
通过下套管和灌筑混凝土工序，完成固井作业。第三井段240用于承接第二井段230处产出的泥沙，泥沙量超过第三井段240的井内空间后，可以采取冲洗措施进行清理。通过第三井段240对泥沙的存储，可以极大延长冲洗施工的间隔时间，节省施工费用。
S4、在第二井段230处射孔，使第二井段230与游离气层3连通。
此处的射孔是指采用特殊聚能器材(例如水流射孔器)进入井筒20内预定位置进行爆炸开孔，让地层内流体进入井筒20的作业过程。
S5、在第一井段220内通过电潜泵抽取流体。
电潜泵布置于第一井段220，能够避免第二井段230处产出的泥沙损坏电潜泵。电潜泵工作时，井筒20内的压力下降。压力降通过射孔传递到游离气层3中距离射孔较远的范围，导致游离气层3整体压力降低，引起天然气水合物层2与游离气层3之间的界面23处的压力低于天然气水合物平衡压力，天然气水合物在界面23处开始分解，分解得到的天然气和水进入游离气层3，通过游离气层3后进入井筒20，完成天然气水合物的开采。随着界面23处天然气水合物的逐渐分解，界面23逐渐向上移动，天然气水合物层2中的天然气水合物持续稳定分解。
需要说明的是，现有技术通常直接在天然气水合物层2处射孔并开采。由于天然气水合物层2的孔隙被天然气水合物堵塞，渗透率极低。若采用直接在天然气水合物层2处射孔并开采的方法，降压过程中井筒20内的压降仅影响到射孔附近的小范围区域，很难延伸至储层深处，导致产量很低。而游离气层3中由于没有天然气水合物，因此渗透率远高于天然气水合物层2，井筒20内压降的影响范围可以延伸到很远的位置，从而提高产量。
另一方面，由于天然气水合物层2的成岩作用弱，一旦沉积物中的天然气水合物分解，会导致沉积物破碎成泥沙。若采用直接在天然气水合物层2处射孔并开采的方式，随着天然气水合物的分解，泥沙随着天然气水合物的分解产物进入井筒20，导致井筒20堵塞，引起生产事故。而本实施例在第二井段230处降压，界面23处的天然气水合物先分解，分解产生的泥沙进入渗透率高的游离气层3，经过游离气层3的过滤，进入到第二井段230内的泥沙量大幅降低，保证了持续的稳产。
而且，在地层中抽取流体后，远处的流体会向抽水处流动补充。游离气层3渗透率高，相同条件下可以抽出的流体的量远高于天然气水合物层2，因此远处流体的补充速度远高于传统开采方法。由于天然气水合物的分解过程吸热，随着分解过程的进行，井筒20周围温度下降，影响水合物持续分解。本实施例中，远端常温水的补充速度更高，有助于提高天然气水合物分解区域的温度，使天然气水合物可以持续分解。
本实施例中，第三井段240的竖向长度为50m～100m，射孔位置与第二井段230上端的竖向距离为0～50m，天然气水合物层2与游离气层3的界面23与电潜泵的竖向距离为10m～50m。根据实际需要的不同，上述数值可以灵活选择。
本实施例中，还包括防砂工序，防砂工序对第二井段230进行防砂处理。防砂工序可以是现有技术中的常规防砂工序，例如通过设置过滤网对泥沙进行过滤的物理防砂工序。防砂工序可以在射孔前，也可以在射孔后。
本说明书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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种海域天然气水合物开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过勘探寻找包括天然气水合物层和游离气层的天然气水合物系统，游离气层位于天然气水合物层下方；
向海底钻井，使井孔向下穿过游离气层；
在井孔内下套管至井底，在套管的外壁与井孔之间灌筑混凝土形成混凝土层，套管和混凝土层形成井筒；井筒位于天然气水合物层的区段、位于游离气层的区段和位于游离气层下方的区段分别为第一井段、第二井段和第三井段；
在第二井段处射孔，使第二井段与游离气层连通；
在第一井段内通过电潜泵抽取流体。
2.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，第三井段的竖向长度为50m～100m。
3.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，射孔位置与第二井段上端的竖向距离为0～50m。
4.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，天然气水合物层与游离气层的界面与电潜泵的竖向距离为10m～50m。
5.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，基于深水钻井平台向海底钻井。
6.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，基于钻井船向海底钻井。
7.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，基于水下生产系统向海底钻井。
8.根据权利要求1所述的海域天然气水合物开采方法，其特征在于，还包括防砂工序，防砂工序对第二井段进行防砂处理。
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