CN115110923A - 天然气水合物开采完井用复合防砂系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统和方法，其包括下部油管，所述下部油管连接在钻杆、油管或生产管柱的下端；设置在所述下部油管的上端的悬挂密封封隔器，所述悬挂密封封隔器将所述下部油管坐封到套管上；设置在所述下部油管上的若干复合防砂管，所述复合防砂管构造成能够过滤天然气水合物中的砂；其中，天然气水合物通过所述复合防砂管过滤砂后进入到所述下部油管中，通过所述下部油管进行生产。

Description

天然气水合物开采完井用复合防砂系统和方法
技术领域
本发明涉及一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统，属于天然气水合物开发开采技术领域；本发明还涉及一种天然气水合物防砂开采方法。
背景技术
全球目前有5个国家进行了8次天然气水合物试采工作，都存在出砂情况，其中2007年加拿大麦肯齐和2013年日本爱之海项目试采由于出砂严重被迫终止试采；国、内外试采经验表明，出砂问题是制约水合物资源有效开发的关键因素。
在发明专利“一种天然气水合物储层多级防砂方式及装置”(CN201910882553.7)中，在井下防治沉砂收集装置，同时通过砾石充填形成前置过滤，并定期取出清理达到防砂目的；在发明专利“一种海洋天然气水合物开采井除砂的装置和方法”(CN201410186558.3)中，通过砾石充填形成初级过滤，随后通过井内离心装置将细粉砂砾分离至井底的集砂箱内，通过二级分离理念实现防砂；在发明专利“一种海洋天然气水合物降压开采的多级防砂方法”(CN201610224449.5)中，通过井下砾石充填将地层砂过滤截留于近井带，通过不同过滤区的不同压降控制实现压降开采、多级防砂；在发明专利“海洋粉砂质储层天然气水合物多分支孔有限防砂开采方法”(CN 201611024784.7)中，通过井下多径向井井眼进行充填防砂，达到压裂防砂的效果，解决了浅海地层不能压裂防砂的缺陷；在发明专利“一种海洋天然气水合物砂浆置换开采方法及开采装置”(CN 201710941289.0)中，井壁进行筛管防砂，同时通过注入砂浆与地层形成动态循环生产实现高效开发。
目前我国发现的海洋水合物储层主要为粘土质粉砂储层，其平均粒径20μm～60μm，远远小于日本2013年水合物试采充填的砾石尺寸(平均粒径为450μm)，及其试采的出砂粒径(120μm左右)，现有常规的机械防砂和砾石充填防砂技术很难满足我国海洋水合物开发防砂的技术要求。本发明针对我国海洋天然气水合物粉砂储层特点，设计形成以SFFG复合防砂管为基础的复合防砂技术，为我国海洋天然气水合物粉砂储层高效开采提供了一种可靠的开采防砂系统和方法。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统和方法，为我国海洋天然气水合物粉砂储层高效开采提供了一种可靠的开采防砂系统和方法。
本发明的一个方面，提出了一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统，包括：
下部油管，所述下部油管连接在钻杆、油管或生产管柱的下端；
设置在所述下部油管的上端的悬挂密封封隔器，所述悬挂密封封隔器将所述下部油管坐封到套管上；
设置在所述下部油管上的若干复合防砂管，所述复合防砂管构造成能够过滤天然气水合物中的砂；
其中，天然气水合物通过所述复合防砂管过滤砂后进入到所述下部油管中，通过所述下部油管进行生产。
本发明的进一步改进在于，所述下部油管的上端设置有连接机构，所述连接机构用于钻杆或油管；
所述下部油管通过所述连接机构连接所述钻杆或油管下入到井下，并与所述钻杆或油管分离；在生产时，所述下部油管通过所述连接机构连接所述生产管柱。
本发明的进一步改进在于，所述连接机构包括液压丢手工具，通过油管或钻杆投入憋压球后，所述憋压球落入所述液压丢手工具上，使所述液压丢手工具上方憋压，在压力的作用下所述悬挂密封封隔器完成坐封，所述液压丢手工具完成丢手。
本发明的进一步改进在于，所述下部油管上设置有若干扶正器，所述扶正器分部在所述复合防砂管的两侧。
本发明的进一步改进在于，所述下部油管的下端设置有导向丝堵。
本发明的进一步改进在于，所述钻杆或油管的下部设置有洗井阀。
本发明的进一步改进在于，所述钻杆或油管的下部设置有洗井阀水力锚。
本发明的进一步改进在于，所述复合防砂管包括内层的内基管，以及套设在所述内基管的外部的外管；所述内基管和所述外管之间形成环形空间，所述环形空间内设置有过滤砂的过滤机构。
本发明的进一步改进在于，所述环形空间内设置有外基管，所述过滤机构包括设置在所述外基管与所述内基管之间的防砂筒，以及设置在所述外基管和所述外管之间的防砂过滤层。
本发明的另一个方面，提出了一种天然气水合物防砂开采方法，使用根据上述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统实现，其包括：
根据完井方式选择下入工具的尺寸，并组装并下入所述天然气水合物开采完井用复合防砂系统；
在油管或钻杆内部投入憋压球，使悬挂密封封隔器坐封、液压丢手工具脱手分离；
下入泵等生产管柱，安装好井口后，开井生产。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所述一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统和方法，通过水平段中心低位置处避免在上部射孔、仅在下部射孔降低出砂、砂埋风险。
本发明采用气举方式，通过气体在套管内的高速流动实现携砂，将地层出砂携带至井口处理；分离气液固后可将开采出的干气循环注入套管形成循环气举，减少对外部气源的依赖程度。
本发明的油管底部的单向喷嘴可强化冲砂效果，与气举开采配合有效降低砂埋风险。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的天然气水合物开采完井用复合防砂系统的结构示意图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：1、钻杆或油管，2、下部油管，11、洗井阀，12、水力锚，13、液压丢手工具，14、悬挂密封封隔器，21、复合防砂管，22、扶正器，23、导向丝堵，31、套管，32、人工井底，33、生产套管或裸眼井壁，34、天然气水合物储层。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统，包括下部油管2，所述下部油管2为管状的结构，所述下部油管2连接在钻杆、油管或生产管柱的下端。下部油管2的上端设置有悬挂密封封隔器14，所述悬挂密封封隔器14构造成能够膨胀并将所述下部油管2坐封到套管上。所述下部油管2上设置有若干复合防砂管21，天然水合物储层中的天然水合物通过所述复合防砂管21进入到油管内，并且在天然水合物进入的过程中，复合防砂管21过滤天然水合物中的砂。
在使用根据本实施例所述的复合防砂系统时，油管通过连接装置可以连接钻杆或油管1上，在下入所述复合防砂系统时将油管连接在钻杆上，随钻杆下入的到井下位置后，通过悬挂密封封隔器14坐封，再通过生产管柱与生产管柱相连。天然气水合物通过复合防砂管21进入油管中，并沿油管和生产管柱泵送到井口。
在一个实施例中，所述下部油管2的上端设置有连接机构，所述连接机构用于钻杆、油管或生产管柱。并且可以通过井口投球的方式控制连接或断开。所述下部油管2通过所述连接机构连接所述钻杆或油管1下入到井下，并与所述钻杆或油管1分离；在生产时，所述下部油管2通过所述连接机构连接所述生产管柱。
在一个优选的实施例中，所述连接机构包括液压丢手工具13，液压丢手工具13上设置有球座。通过油管或钻杆投入憋压球后，所述憋压球落入所述液压丢手工具13上，使所述液压丢手工具13上方憋压，在压力的作用下所述悬挂密封封隔器14完成坐封，所述液压丢手工具13完成丢手。
在一个优选的实施例中，所述下部油管2上设置有若干扶正器22，所述扶正器22分部在所述复合防砂管21的两侧。通过设置扶正器22能够保证下部油管2在生产套管或裸眼井壁内始终处于居中的位置。
在一个优选的实施例中，所述下部油管2的下端设置有导向丝堵23。导向丝堵23一方面在下入所述系统时起到导向的作用，另一方面还密封其端部，使进入下部油管2内的天然气水合物沿油管向上移动，避免从下部油管2的端部漏出。
在一个实施例中，所述钻杆或油管1的下部设置有洗井阀11和水力锚12。
在一个实施例中，所述一种复合防砂管21包括内基管，所述内基管连接在下部油管2上。所述内基管的外部套设有外管，所述外管与内基管同轴设置，并且在外管和内基管之间形成环形空间。环形空间内设置有过滤机构，过滤机构用于过滤天然气水合物中的砂、砾石或泥浆等杂质。
在使用根据本实施例所述的复合防砂管21时，含砂的天然气水合物从外管的外部进入到内基管的内部的过程中，所述过滤装置将天然气水合物中的砂。
在一个实施例中，所述环形空间内设置有外基管。外基管为圆筒形的结构，其截面的直径小于外管的直径并大于内基管的直径。过滤机构包括防砂筒和防砂过滤层，防砂筒设置在外基管和内基管之间的空间内；防砂过滤层设置在外基管和外管之间的空间内。
在根据本实施例所述的复合防砂管21中，含砂的天然气水合物通过防砂过滤层和防砂管，经过两层防砂装置能够彻底地过滤掉天然气水合物中的砂。
在一个实施例中，所述防砂筒为可膨胀聚合物防砂筒。
在一个实施例中，所述防砂过滤层为不锈钢微控复合防砂过滤层。
优选地，所述外管的表面设置有若干通孔，供天然气水合物通过。内基管和外基管上也设置有若干通孔，优选采用网状的孔。
在一个实施例中，所述外基管的上端通过螺纹连接有上接头，下端通过螺纹连接有下接头。上接头和下接头上均设置有用于连接在下部油管2的螺纹。外管的两个端部设置成锥形段，上端的锥形段与所述上接头固定连接，下端的锥形段与下接头固定连接，优选为焊接。
在制作所述复合防砂管21时，复合防砂管21组装完成后，把整个装置放入一个液体池中，池中液体是加入了专用活性剂的水溶液，该专用活性剂水溶液可以激活形状记忆聚合物，达到设定时间后，激活后的可膨胀聚合物防砂筒膨胀，全面贴合到API标准基管内壁，两端贴合到上接头端部和下接头端部。不锈钢微孔复合防砂过滤层和可膨胀聚合物防砂筒组合形成复合防砂过滤层。
所述复合防砂管21的防砂精度约40μm，工作温度85℃，适用于完井套管(或裸眼)尺寸≥51/2in。与砾石充填防砂工艺比较，系统下井更简单方便，不需要砾石充填要求的各种设备，节省更多人力物力；达到或超过了砾石充填的防砂效果，更适合粉砂水合物储层的防砂工艺中。
根据本实施例的另一个方面，还提出了一种天然气水合物开采的方法，所述方法采用上述实施例中的天然气水合物开采完井用复合防砂系统实现。所述方法包括以下步骤：
根据完井方式选择下入工具的尺寸，并组装并下入所述天然气水合物开采完井用复合防砂系统；
在油管或钻杆内部投入憋压球，使悬挂密封封隔器14坐封、液压丢手工具13脱手分离；
下入泵等生产管柱，安装好井口后，开井生产。
具体的方式如下：
钻完井工作完成后，如果是采用裸眼完井方式的井，根据储层裸眼段井径选用相应下入工具的尺寸；如果是套管固井射孔完井方式的井，根据储层段生产套管的尺寸选用相应下入工具的尺寸。
将各个组件组装成上述实施例中所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统(从上到下具体包括油管/钻杆、洗井阀11、油管/钻杆、水力锚12、液压丢手工具13、悬挂密封封隔器14、下部油管2、扶正器22、复合防砂管21、扶正器22、下部油管2……扶正器22、复合防砂管21、扶正器22、下部油管2以及导向丝堵23)。
天然气水合物开采完井用复合防砂系统下入到设计位置后，油管/钻杆内部投入钢球，钢球落入液压丢手工具13的密封座上，加液压实现悬挂密封封隔器14坐封密封油套环空、以及液压丢手工具13脱手分离；分离后，液压丢手工具13下部油管2及复合防砂管21留在井内，完成安装；起出上部管柱和工具。
下入泵等生产管柱，安装好井口后，开井生产。
在本发明中，“上”方为靠近井口的方向，“下”方为远离井口的方向。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，包括：
下部油管(2)，所述下部油管(2)连接在钻杆、油管或生产管柱的下端；
设置在所述下部油管(2)的上端的悬挂密封封隔器(14)，所述悬挂密封封隔器(14)将所述下部油管(2)坐封到套管上；
设置在所述下部油管(2)上的若干复合防砂管(21)，所述复合防砂管(21)构造成能够过滤天然气水合物中的砂；
其中，天然气水合物通过所述复合防砂管(21)过滤砂后进入到所述下部油管(2)中，通过所述下部油管(2)进行生产。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述下部油管(2)的上端设置有连接机构，所述连接机构用于钻杆或油管(1)；
所述下部油管(2)通过所述连接机构连接所述钻杆或油管(1)下入到井下，并与所述钻杆或油管(1)分离；在生产时，所述下部油管(2)通过所述连接机构连接所述生产管柱。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述连接机构包括液压丢手工具(13)，通过油管或钻杆投入憋压球后，所述憋压球落入所述液压丢手工具(13)上，使所述液压丢手工具(13)上方憋压，在压力的作用下所述悬挂密封封隔器(14)完成坐封，所述液压丢手工具(13)完成丢手。
4.根据权利要求3所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述下部油管(2)上设置有若干扶正器(22)，所述扶正器(22)分部在所述复合防砂管(21)的两侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述下部油管(2)的下端设置有导向丝堵(23)。
6.根据权利要求5所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述钻杆或油管(1)的下部设置有洗井阀(11)。
7.根据权利要求6所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述钻杆或油管(1)的下部设置有洗井阀(11)水力锚(12)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述复合防砂管(21)包括内层的内基管，以及套设在所述内基管的外部的外管；所述内基管和所述外管之间形成环形空间，所述环形空间内设置有过滤砂的过滤机构。
9.根据权利要求8所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统，其特征在于，所述环形空间内设置有外基管，所述过滤机构包括设置在所述外基管与所述内基管之间的防砂筒，以及设置在所述外基管和所述外管之间的防砂过滤层。
10.一种天然气水合物防砂开采方法，其特征在于，使用根据权利要求1至9中任一项所述的天然气水合物开采完井用复合防砂系统实现，其包括：
根据完井方式选择下入工具的尺寸，并组装并下入所述天然气水合物开采完井用复合防砂系统；
在油管或钻杆内部投入憋压球，使悬挂密封封隔器(14)坐封、液压丢手工具(13)脱手分离；
下入泵等生产管柱，安装好井口后，开井生产。
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CN115110922A (zh) * 2021-03-22 2022-09-27 中国石油化工股份有限公司 一种天然气水合物开采完井用复合防砂管

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