CN115573690A - 一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统及方法，涉及天然气水合物开采领域；包括依次连接的二氧化碳存储罐、加热器和加压装置，加压装置通过井口连接器与位于二氧化碳注入井内的注入管连通，二氧化碳注入井下方设置有封隔器；二氧化碳注入井一侧设置有抽采井，抽采井内设置的抽采管一端与电潜泵连接，另一端与防喷器连接，防喷器连接有气水分离器，气水分离器的气体出口连接有二氧化碳与天然气分离器，二氧化碳与天然气分离器的天然气出口外接有输气管道，二氧化碳与天然气分离器的二氧化碳出口通过干燥器与二氧化碳存储罐连接。本发明基于上述系统的热采方法，开采效率高，且能够填充因天然气水合物分解产生的孔隙。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采技术领域，特别是涉及一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统及方法。
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。
目前天然气水合物常用的开采方式包括降压法、加热法、置换法以及抑制剂法等。现有开采方法效率低，且开采过后，因水合物分解而产生的孔隙，容易引起海底地层的沉降。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，开采效率高，且能够填充因天然气水合物分解产生的孔隙。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统，包括依次连接的二氧化碳存储罐、加热器和加压装置，所述加压装置通过井口连接器与位于二氧化碳注入井内的注入管连通，所述二氧化碳注入井下方设置有封隔器，所述封隔器密封设置于所述二氧化碳注入井的内壁和注入管之间；所述二氧化碳注入井一侧设置有抽采井，所述抽采井内设置有抽采管，所述抽采管一端与抽采井内的电潜泵连接，另一端与抽采井外的防喷器连接，所述防喷器连接有气水分离器，所述气水分离器的气体出口连接有二氧化碳与天然气分离器，所述二氧化碳与天然气分离器的天然气出口外接有输气管道，所述二氧化碳与天然气分离器的二氧化碳出口通过干燥器与所述二氧化碳存储罐连接。
可选的，所述注入管上设置有井下温度、压力传感器。
可选的，所述抽采井的竖直截面为L型结构；所述二氧化碳注入井包括竖直设置的主井，所述主井底部连通有水平辐射状的多个分支井；所述井下温度、压力传感器位于分支井内的注入管上。
本发明还提供一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采方法，包括如下步骤：
步骤一，通过钻井设备完成二氧化碳注入井和抽采井的钻井工作，并分别下入注入管和抽采管进行固井、试压，安装海底井口设备；
步骤二，向二氧化碳注入井中注入加热和加压后的二氧化碳进行焖井，将存储于二氧化碳存储罐中的二氧化碳先后经过加热和加压后通过注入管注入到二氧化碳注入井中，封隔器将二氧化碳封存于二氧化碳注入井的底部，关闭电潜泵，开启焖井状态，确保二氧化碳以热传导的方式将热量传递到周边的天然气水合物储层中，并与天然气水合物储层发生热交换，促使天然气水合物分解；井下温度、压力传感器实时监测井底二氧化碳的温度和压力，压力下降后，及时向二氧化碳注入井中注入加热和加压后的二氧化碳；
步骤三，开启天然气水合物降压和辅助加热的开采模式，电潜泵将分解后进入抽采管内的天然气水合物抽排沿着抽采管进入到气水分离器中，分离后的气体经过二氧化碳/天然气分离器将二氧化碳和天然气分开，天然气进入输气管道中，二氧化碳流经干燥器后再次进入二氧化碳存储罐中循环使用；
步骤四，天然气水合物开采完毕后，将二氧化碳通过二氧化碳注入井注入到天然气水合物储层中，填充因天然气水合物分解而产生的孔隙；直到注入二氧化碳的压力与该处地层的地层压力平衡后，停止注入，将二氧化碳注入井封闭，实现二氧化碳的封存。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明天然气水合物开采方法采用的是水平井开采模式，多分支注入井+ 抽采井可有效增加开采的辐射范围，同时通过二氧化碳的高压驱动增大了储层内流体的流动速度，大大提高了开采效率。本发明将高温、高压二氧化碳的方式向地下传输热量，相比于水蒸气加热法，不会因水蒸气冷凝而降低温度，热量损失小。并且在高压驱动下，高温二氧化碳的扩散速度更快，便于加热天然气水合物储层，加快水合物的分解。本发明采用的是二氧化碳存储的方式来开采天然气水合物，在天然气水合物开采过程中高压二氧化碳对天然气水合物储层起到支撑作用。在天然气水合物开采完毕后，再次大量注入二氧化碳，将其封存到因天然气水合物分解而产生的孔隙内，不仅能够有效防止海底地层的沉降，还能够降低碳排放。
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为本发明基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统布置示意图；
图2为本发明二氧化碳注入井俯视示意图；
附图标记说明：1-二氧化碳存储罐；2-加热器；3-加压装置；4-井口连接器；5-二氧化碳注入井；6-注入管；7-天然气水合物储层；8-封隔器；9-井下温度、压力传感器；10-电潜泵；11-抽采管；12-抽采井；13-防喷器；14-气水分离器；15-二氧化碳与天然气分离器；16-干燥器；17-主井；18-分支井。
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基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，开采效率高，且能够填充因天然气水合物分解产生的孔隙。
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。
本发明提供一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统，如图1和图 2所示，包括依次连接的二氧化碳存储罐1、加热器2和加压装置3，加压装置3通过井口连接器4与位于二氧化碳注入井5内的注入管6连通，注入管6 上设置有井下温度、压力传感器9，二氧化碳注入井5下方设置有封隔器8，封隔器8密封设置于二氧化碳注入井5的内壁和注入管6之间；二氧化碳注入井5一侧设置有抽采井12，抽采井12内设置有抽采管11，抽采管11一端与抽采井12内的电潜泵10连接，另一端与抽采井12外的防喷器13连接，防喷器13连接有气水分离器14，气水分离器14的气体出口连接有二氧化碳与天然气分离器15，二氧化碳与天然气分离器15的天然气出口外接有输气管道，二氧化碳与天然气分离器15的二氧化碳出口通过干燥器16与二氧化碳存储罐 1连接。抽采井12的竖直截面为L型结构；二氧化碳注入井5包括竖直设置的主井17，主井17底部连通有水平辐射状的多个分支井18；井下温度、压力传感器9位于分支井18内的注入管6上。其中二氧化碳注入井5位于抽采井 12的下方，便于开展水合物的降压开采，并且二氧化碳注入井5采用主井17 和分支井18组合的结构，构成圆形覆盖区域，扩大水合物开采面积。
本发明还提供一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采方法，包括如下步骤：
通过钻井设备完成二氧化碳注入井5和抽采井12的钻井工作，并下入套管进行固井、试压，安装海底井口设备，便于后续的二氧化碳注入和降压抽采；
向二氧化碳注入井中注入高温高压的二氧化碳进行焖井；将存储于二氧化碳存储罐1中的二氧化碳先后经过加热器2、加压装置3产生高温高压的二氧化碳，温度不低于70℃，压力不低于15MPa；之后通过井口连接器4、注入管6将高温高压的二氧化碳注入到二氧化碳注入井5中。其中封隔器8将二氧化碳封存于二氧化碳注入井5的底部，防止其上窜。此时关闭二氧化碳注入井 5的电潜泵，开启焖井状态，确保高温高压的二氧化碳以热传导的方式将热量充分地传递到周边的天然气水合物储层7中。随着焖井的开启，有一部分二氧化碳在压差的驱动下沿着天然气水合物储层7中的孔隙向地层内渗透，这将快速的提高储层的温度，促进水合物的分解。井下温度、压力传感器9安装于注入管6的外壁上，实时监测井底二氧化碳的温度和压力，如果出现压力下降的情况，可及时向二氧化碳注入井5中注入高温高压二氧化碳。
开启天然气水合物降压和辅助加热的开采模式。等焖井一段时间后，水合物储层温度开始升高，水合物分解逐步进入加速阶段。此时开启抽采井12内的电潜泵10；由于二氧化碳注入井5中的二氧化碳是高压的，因此水合物分解后产生的气和水将会大部分进入到下部的抽采井12中，在电潜泵10的抽排作用下，大量的气和水沿着抽采管11上返，并经过防喷器13进入到气水分离器14中，分离后的气体经过二氧化碳与天然气分离器15将二氧化碳和天然气分开，天然气进入输气管道中，而二氧化碳流经干燥器16后再次进入二氧化碳存储罐1中循环使用。由于二氧化碳注入井5中的二氧化碳是高压的，因此周围储层水合物分解后产生的气和水将会大部分进入到下部的抽采井12中，不会在分支井18中出现大量积液。并且在水合物分解过程中，由于二氧化碳气体逐渐渗透到水合物分解留下的孔隙中，避免了储层的沉降、变形。
等到该区域天然气水合物开采完毕后，将抽采井12封闭，从二氧化碳注入井5将加压后的二氧化碳注入到天然气水合物储层7中，直到注入二氧化碳的压力与该处地层的地层压力平衡后，停止注入，将注入井封闭，实现二氧化碳的封存，并且防止了该处地层因水合物开采而引起的地层沉降。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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 (4)
1.一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统，其特征在于：包括依次连接的二氧化碳存储罐、加热器和加压装置，所述加压装置通过井口连接器与位于二氧化碳注入井内的注入管连通，所述二氧化碳注入井下方设置有封隔器，所述封隔器密封设置于所述二氧化碳注入井的内壁和注入管之间；所述二氧化碳注入井一侧设置有抽采井，所述抽采井内设置有抽采管，所述抽采管一端与抽采井内的电潜泵连接，另一端与抽采井外的防喷器连接，所述防喷器连接有气水分离器，所述气水分离器的气体出口连接有二氧化碳与天然气分离器，所述二氧化碳与天然气分离器的天然气出口外接有输气管道，所述二氧化碳与天然气分离器的二氧化碳出口通过干燥器与所述二氧化碳存储罐连接。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统，其特征在于：所述注入管上设置有井下温度、压力传感器。
3.根据权利要求2所述的基于二氧化碳存储的天然气水合物热采系统，其特征在于：所述抽采井的竖直截面为L型结构；所述二氧化碳注入井包括竖直设置的主井，所述主井底部连通有水平辐射状的多个分支井；所述井下温度、压力传感器位于分支井内的注入管上。
4.一种基于二氧化碳存储的天然气水合物热采方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，通过钻井设备完成二氧化碳注入井和抽采井的钻井工作，并分别下入注入管和抽采管进行固井、试压，安装海底井口设备；
步骤二，向二氧化碳注入井中注入加热和加压后的二氧化碳进行焖井，将存储于二氧化碳存储罐中的二氧化碳先后经过加热和加压后通过注入管注入到二氧化碳注入井中，封隔器将二氧化碳封存于二氧化碳注入井的底部，关闭电潜泵，开启焖井状态，确保二氧化碳以热传导的方式将热量传递到周边的天然气水合物储层中，并与天然气水合物储层发生热交换，促使天然气水合物分解；井下温度、压力传感器实时监测井底二氧化碳的温度和压力，压力下降后，及时向二氧化碳注入井中注入加热和加压后的二氧化碳；
步骤三，开启天然气水合物降压和辅助加热的开采模式，电潜泵将分解后进入抽采管内的天然气水合物抽排沿着抽采管进入到气水分离器中，分离后的气体经过二氧化碳/天然气分离器将二氧化碳和天然气分开，天然气进入输气管道中，二氧化碳流经干燥器后再次进入二氧化碳存储罐中循环使用；
步骤四，天然气水合物开采完毕后，将二氧化碳通过二氧化碳注入井注入到天然气水合物储层中，填充因天然气水合物分解而产生的孔隙；直到注入二氧化碳的压力与该处地层的地层压力平衡后，停止注入，将二氧化碳注入井封闭，实现二氧化碳的封存。
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| CN117662079A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-08 | 中国石油大学(华东) | 基于固态流化法的水合物海底分解及二氧化碳埋存装置及方法 |
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| CN117662079B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-04-12 | 中国石油大学(华东) | 基于固态流化法的水合物海底分解及二氧化碳埋存装置及方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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