CN114592831A - 一种深海天然气水合物长臂增效开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，采用水平井和立井联合布置方式，以主力井为中心建立长臂开采区；开采时根据开采立井开采效率降低情况，逐步向主立井方向重新开掘开采立井，为保证生成效率，在主立井两侧对称布置两个开采块区交替进行开采立井钻进和天然气水合物开采工作；且本方法设计思路明确，施工方法简单易操作，可以有效提高深海天然气水合物开采效率，保证单井产气效能。
Description
技术领域
本发明涉及了一种深海水合物开采方法，尤其涉及一种深海天然气水合物长臂增效开采方法。
背景技术
天然气水合物是一种由天然气和水在低温和高压条件下形成的似冰状笼型结晶化合物，广泛分布于高纬度极地冻土地层和海洋湖泊等深水地层中，具有储量大和能量密度高等特点，被认为是一种潜在能源。其中，甲烷的能源密度(在标准状况下每单位岩石体积中的甲烷体积)很大，是煤和黑色页岩的10倍，天然气的2.5倍。
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。天然气水合物的形成条件：低温，温度一般低于10℃；高压，压力一般高于10MPa；充足的天然气(烃类，以甲烷为主)气体来源；有利的水合物赋存空间。
由于天然气水合物主要分布在海底弱胶结未成岩的渗透系数较小的松散颗粒孔隙中，通过已有的试开采报道可以得出，目前已有的开采方法开采效率过低，尚不能达到商业化开采的生产条件，开采效率的提高需要改变已有的开采井的布置，同时，还要考虑尽量降低井网布置的费用，在天然气水合物赋存地层地质条件优良，地层稳定性较好时，需要通过合理的井网优化布置，减小主立井的数目，增加天然气产量。因此，亟需一种突破现有油气开采思路且行之有效的可以提高深海天然气水合物开采效率并经济可行的工业开采方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，以解决海域天然气水合物开采效率低的问题，提高深海天然气水合物开采效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种深海天然气水合物长臂增效开采方法包括以下步骤：
S1：确定天然气水合物所在区域，分析所述区域内天然气水合物地层渗透系数、地层温度及颗粒级配地质参数；
S2：确定所述区域内的钻井位置，并搭设海上开采平台；所述海上开采平台通过主立井贯穿覆盖层并伸入所述区域内；
S3：确定开采推进方式及开采区块的长度，以所述主立井为中心，在所述区域内对称开设有长臂开采区；
S4：在所述长臂开采区中完成开采立井施工工序并安装开采装置、防砂装置及管道；
S5：确定所述长臂开采区开采顺序，并选用开采方式；
S6：当所述长臂开采区先开采区域开采立井产气量降低时，在所述长臂开采区先开采区域内重新钻进施工开采立井，且同时对与另一开采区域生产作业；所述另一开采区域与所述先开采区域关于所述主立井对称；
S7：完成对所述长臂开采区内的上述两个开采区域首轮交替作业后，对称的两个所述开采区域交替进行天然气水合物分解和钻进工作，实现所述长臂开采区的稳定生产。
步骤二中所述覆盖层处于海水层下方；所述主立井贯穿所述覆盖层并置于所述设计层位。
所述设计层位为所述天然气水合物储层上下边界位置。
所述长臂开采区包括上回收水平井、下供能水平井、第一开采立井和第二开采立井；所述上回收水平井、下供能水平井、第一开采立井和第二开采立井形成一截面为矩形的区域；所述上回收水平井和下供能水平井分别置于所述天然气水合物储层上下边界；
所述第一开采立井和第二开采立井分别与所述上回收水平井和下供能水平井端部相接，且关于所述主立井对称设置。
步骤五中所述开采顺序为后退式开采或前进式开采；所述开采方式为降压开采或注热开采。
所述降压开采具体为通过所述下供能水平井对所述第一开采立井与主立井形成的范围进行降压，分解产生的天然气通过所述上回收水平井及立井输送到所述海上开采平台。
所述注热开采方式具体为过所述下供能水平井向所述第一开采立井与主立井形成的范围进行注入高温流体，进行闷井；分解产生的天然气通过所述上回收水平井及立井输送到所述海上开采平台。
所述后退式开采为从所述第一开采立井和第二开采立井逐步向靠近所述主立井的方向依次钻进。
所述前进式开采为从所述第一开采立井和第二开采立井逐步向远离所述主立井的方向依次钻进。
所述长臂开采区的开采长度不小于20m。
本发明具有如下技术效果：本发明通过采用多个水平井和立井联合布置方式，以主立井为中心构筑长臂开采区，所述长臂开采区由下供能水平井、开采立井、上回收水平井和主立井组成，开采时根据开采立井开采效率降低情况，逐步向主立井方向重新开掘开采立井，为保证生成效率，在主立井左右对称布置两个开采块区交替进行开采立井钻进和天然气水合物开采工作。该深海天然气水合物长臂增效开采方法，设计思路明确，施工方法简单易操作，可以有效提高深海天然气水合物开采效率，保证单井产气效能，可为我国早日实现深海天然气水合物商业化开采提供有益的技术参考和指导，在本技术领域具有广泛的推广和应用价值。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明施工示意图；
图2为本发明后退开采示意图；
图3为本发明前进开采示意图。
其中，1-海上开采平台；2-海水层；3-主立井；4-覆盖层；5-上回收水平井；6-第一开采立井；6’-第二开采立井；7-下供能水平井；8-天然气水合物储层；9-开采分解区域；10-下部地层。
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。
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。
一种深海天然气水合物长臂增效开采方法包括以下步骤：
S1：确定天然气水合物所在区域，分析区域内天然气水合物地层渗透系数、地层温度及颗粒级配地质参数；
S2：确定区域内的钻井位置，并搭设海上开采平台1；海上开采平台1通过主力3井贯穿覆盖层并伸入区域内；
S3：确定开采推进方式及开采区块的长度，以主立井3为中心，在区域内对称开设有长臂开采区；
S4：在长臂开采区中完成开采立井施工工序并安装开采装置、防砂装置及管道；
S5：确定长臂开采区开采顺序，并选用开采方式；
S6：当所述长臂开采区先开采区域开采立井产气量降低时，在所述长臂开采区先开采区域内重新钻进施工开采立井，且同时对与另一开采区域生产作业；所述另一开采区域与所述先开采区域关于所述主立井对称；
S7：完成对长臂开采区内的上述两个开采区域首轮交替作业后，对称的两个开采区域交替进行天然气水合物分解和钻进工作，实现长臂开采区的稳定生产。
步骤二中覆盖层4处于海水层2下方；主立井3贯穿覆盖层并置于设计层位。
设计层位为天然气水合物储层8上下边界位置。
长臂开采区包括上回收水平井5、下供能水平井7、第一开采立井6和第二开采立井6’；上回收水平井5、下供能水平井7、第一开采立井6和第二开采立井6’形成一截面为矩形的区域；上回收水平井5、下供能水平井7分别置于天然气水合物储层8上下边界；
第一开采立井6和第二开采立井6’立井分别与上回收水平井5和下供能水平井7端部相接，且关于主立井3对称设置。
步骤五中开采顺序为后退式开采或前进式开采；开采方式为降压开采或注热开采。
降压开采具体为通过下供能水平井7对第一开采立井6与主立井3形成的范围进行降压，分解产生的天然气通过上回收水平井5及主立井3输送到海上开采平台1。
注热开采方式具体为过下供能水平井向第一开采立井6与主立井3形成的范围进行注入高温流体，进行闷井；分解产生的天然气通过上回收水平井5及主立井3输送到海上开采平台。
后退式开采为从第一开采立井6和第二开采立井6’逐步向靠近主立井3的方向依次钻进。
前进式开采为从第一开采立井6和第二开采立井6’逐步向远离主立井3的方向依次钻进。
长臂开采区的开采长度不小于20m。
在本发明的一个实施例中，天然气水合物所在区域一般会赋存在海洋区域的地底，在海水层2与天然气水合物储层8之间混杂有海水与颗粒孔隙混杂的覆盖层4，天然气水合物储层8底部为更深层次的下部地层10；
进一步的，本发明与现有技术中不同的是，本发明中的长臂开采区实际为关于主立井3对称的两个开采区域；两个开采区域分别由第一开采立井6，第二开采立井6’和其顶部和底部的上回收水平井5和下供能水平井7分别相连；上回收水平井5和下供能水平井7的作用分别用于回收和功能；与现有技术中仅开设一个水平井的方式不同，通过功能划分使开采效率更高，保证产气效能。
进一步的，上回收水平井5处还安装有防砂装置；减缓由于天然气水合物开采引起的海底地层变形沉降，可以有效提高深海天然气水合物开采过程海底地层稳定性，减轻开采产水造成的井筒出砂事故发生。
进一步的，本发明在实际开采施工长臂开采区之前，先选定单侧的一个开采立井进行开采，以第一开采立井为例，当第一开采立井6产气率降低到峰值产气率的20％左右时，根据天然气水合物已分解范围向主立井方向重新钻进第二开采立井6’，同时为保证生成效率，开启对侧开采区块生产作业。
完成第一开采立井6和第二开采立井6’首轮交替作业后，对称两个开采区块交替进行天然气水合物分解和开采立井钻进工作，实现整个开采区域的稳定生成。
实施例一：
分析天然气水合物所在区域地层渗透系数、地层温度及颗粒级配地质参数，确定海水层高度，适宜搭建立井3的位置，覆盖层4存在厚度，长臂开采区关于立井3对称的长度范围；具体数据为海水深度800m，覆盖层厚度200m，地层渗透系数为1.2×10-6cm/s，地层压力12MPa，地层温度4℃，地层颗粒平均粒径100μm；立井3直径2m，上回收水平井5和下供能水平井7直径0.5m，水平钻进长度20m；；
根据上述参数搭建海上开采平台1和立井3；将立井3修建贯穿覆盖层4至覆盖层4与天然气水合物储层8相接的高度，并向下延伸修建至天然气水合物储层8；根据上述参数施工第一开采立井6；
进一步，通过第一开采立井6内的开采装置对长臂开采区进行开采；确定开采方向为前进式开采，开采方式为降压开采；其具体开采步骤为在立井3置于天然气水合物储层8内区域先沿长臂开采区搭建上回收水平井5和下供能水平井7；
进一步，由于为前进式开采，在以主立井3为中心在靠近立井3位置的两侧先搭建第一开采立井6，通过下供能水平井7对第一开采立井6与主立井3形成的范围进行降压，分解产生的天然气通过上回收水平井5及主立井3输送到海上开采平台1。
进一步，当第一开采立井6产能降低不能满足商业开采效益时，计算天然气水合物储层8已分解区域宽度，在远离主立井3的一侧重新施工第二开采立井6’；再对第二开采立井6’进行降压开采；
进一步，在不能保持第一开采立井6和第二开采立井6’产能的情况下，依次沿远离立井3的方向钻进开采立井，以保证产能；直至达到长臂开采区边界。
在本实施例中，前进式开采的优点为可以最大程度的节省开采井产气的时间，尽快的实现商业盈利。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别仅在于，通过第一开采立井6内的开采装置对长臂开采区进行开采；确定开采方向为后退式开采，开采方式为降压开采；其具体开采步骤为在立井3置于天然气水合物储层8内区域先沿长臂开采区搭建上回收水平井5和下供能水平井7；
进一步，由于为后退式开采，在远离立井3位置且靠近长臂开采区边沿位置的两侧先搭建第一开采立井6，通过下供能水平井7对第一开采立井6与主立井3形成的范围进行降压，分解产生的天然气通过上回收水平井5及主立井3输送到海上开采平台1。
进一步，当第一开采立井6产能降低不能满足商业开采效益时，计算天然气水合物储层8已分解区域宽度，在靠近主立井3的一侧重新施工第二开采立井6’；再对第二开采立井6’进行降压开采；
进一步，在不能保持第一开采立井6和第二开采立井6’产能的情况下，依次沿靠近立井3的方向钻进开采立井，以保证产能，直至立井3。
在本实施例中，后退式开采的优点为可以在整个开采周期中最大程度的保持开采立井3的稳定性，减小重复施工采动对井筒的影响。
在本实施例中，相比实施例1本实施例适用于地层结构稳定性较好的状况。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平井”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定天然气水合物所在区域，分析所述区域内天然气水合物地层渗透系数、地层温度及颗粒级配地质参数；
S2：确定所述区域内的钻井位置，并搭设海上开采平台；所述海上开采平台通过主立井贯穿覆盖层并伸入所述区域内；
S3：确定开采推进方式及开采区块的长度，以所述主立井为中心，在所述区域内对称开设有长臂开采区；
S4：在所述长臂开采区中完成开采立井施工工序并安装开采装置、防砂装置及管道；
S5：确定所述长臂开采区开采顺序，并选用开采方式；
S6：当所述长臂开采区先开采区域开采立井产气量降低时，在所述长臂开采区先开采区域内重新钻进施工开采立井，且同时对另一开采区域生产作业；所述另一开采区域与所述先开采区域关于所述主立井对称；
S7：完成对所述长臂开采区内的上述两个开采区域首轮交替作业后，对称的两个所述开采区域交替进行天然气水合物分解和钻进工作，实现所述长臂开采区的稳定生产。
2.根据权利要求1所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：步骤二中所述覆盖层处于海水层下方；所述主立井贯穿所述覆盖层并置于所述设计层位。
3.根据权利要求2所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述设计层位为所述天然气水合物储层上下边界位置。
4.根据权利要求1所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述长臂开采区包括上回收水平井、下供能水平井、第一开采立井和第二开采立井；所述上回收水平井、下供能水平井、第一开采立井和第二开采立井形成一截面为矩形的区域；所述上回收水平井和下供能水平井分别置于所述天然气水合物储层上下边界；
所述第一开采立井和第二开采立井分别与所述上回收水平井和下供能水平井端部相接，且关于所述主立井对称设置。
5.根据权利要求4所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：步骤五中所述开采顺序为后退式开采或前进式开采；所述开采方式为降压开采或注热开采。
6.根据权利要求5所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述降压开采具体为通过所述下供能水平井对所述第一开采立井与主立井形成的范围进行降压，分解产生的天然气通过所述上回收水平井及主立井输送到所述海上开采平台。
7.根据权利要求5所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述注热开采方式具体为过所述下供能水平井向所述第一开采立井与主立井形成的范围进行注入高温流体，进行闷井；分解产生的天然气通过所述上回收水平井及主立井输送到所述海上开采平台。
8.根据权利要求5所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述后退式开采为从所述第一开采立井和第二开采立井逐步向靠近所述主立井的方向依次钻进。
9.根据权利要求8所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述前进式开采为从所述第一开采立井和第二开采立井逐步向远离所述主立井的方向依次钻进。
10.根据权利要求4所述的一种深海天然气水合物长臂增效开采方法，其特征在于：所述长臂开采区的开采长度不小于20m。
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