CN115726742A - 一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法 - Google Patents
一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种天然气水合物‑浅层气‑深层气多源多方法联合开采系统，包括海面支持系统、管道输送系统、分层控制系统和海底开采工具管串系统；管道输送系统包括双层连续管、隔水管、井口防喷器，分层控制系统包括封隔器和智能滑套，海底开采工具管串系统包括双壁钻杆、桥式通道Ⅰ、涡轮马达、举升泵、气举阀、压控滑套、喷嘴。本发明的有益效果是：单次建井实现浅层气、深层气、天然气水合物的多资源联合开采,且不同种类资源的联合开采与单独开采过程可控可调；利用高压天然气源实现对水合物浆液助排举升，提高水合物开采效率；开采工具管串可实现水合物开采领眼钻进、射流破碎过程可控连续切换及天然气井筒内气举排水，减少管柱起下次数。
Description
技术领域
本发明涉及深海油气资源开采装备领域，具体涉及一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法。
背景技术
天然气水合物又称为可燃冰，具有分布广、地质储量大、能量密度高、环境污染小的特点，是一种开发潜力巨大的新能源。目前提出的天然气水合物开采方法有降压法、热激发法、置换法、固态流化开采法等方法，其中固态流化开采方法是我国首创的一种海底非成岩天然气水合物开采方法，其方法是将深水浅层不可控天然气水合物开采过程通过海底采掘、密闭流化举升系统变为可控的开采过程，从而保证生产安全，降低环境污染，实现绿色高效开发。但是目前天然气水合物开采还处于研究阶段，离商业化开采还有一段距离。
浅层气藏是指埋藏深度小于1500m的气藏，主要包括生物气、煤层气、油型气、水溶气等。浅层气藏储集层一般为透镜状砂体，平面上连通性差，非均质性明显，呈零星状分布；纵向上变化大，气藏温度小，一般单层厚度不大于10m。
目前，天然气水合物开采还处于研究阶段，世界上也仅有五个国家进行了天然气水合物试采工作，进行商业化开采还有一定的距离，浅层气藏由于地层储集层中地层水出水原因导致气井出水，影响天然气开采效率，具体如下：
(1)根据天然气水合物试采结果，天然气水合物单井开采成本高，气井产量低，产气周期短，不足以进行规模化、商业化开采，相较商业化开采还有一定距离；
(2)天然气水合物开采效率低，天然气水合物固态流化法开采水合物过程中仅有举升泵举升破碎后的水合物与钻井液混合物，举升效率较低；
(3)浅层气藏开采过程中，由于气藏断块小，单井可控制储量少，气井产量低，靠自身能量很难将井筒积液携带出来，若气井一旦出水，将会加剧气井出砂，降低气井产量，减少有效工作周期。
因此，需要发明一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法，使其能够建立单井筒同时高效开采天然气水合物、浅层气和深层气，提高天然气水合物单井筒开采产量，更进一步满足天然气水合物商业化开采要求，解决浅层气井积液排水问题，防止因浅层气井出水导致气井产量降低，气井出砂问题。
发明内容
本发明的目的在于针对天然气水合物单井筒产量低，浅层气藏开采过程中浅层气井出水导致气井出砂影响气井产量的问题，提出一种适合天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法，以解决天然气水合物开采单井筒产量低，浅层气井积液排水问题。通过开采天然气水合物的同时开采浅层气、深层气，提高单井筒产气量，利用浅层气、深层气气举破碎后的天然气水合物，提高开采效率；通过开采工具处理浅层气井积液排水问题，保障气井有效产出，延长气井产期周期。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法，包括：
海面支持系统；所述海面支持系统包括海面钻采船，设置在海面钻采船上的控制装置、高压泵组、储罐、连续油管收纳装置、井架、注气装置；
管道输送系统；所述管道输送系统包括双层连续油管、隔水管、井口防喷器、过线封隔器，所述隔水管的一端与海面钻采船连接，另一端与井口防喷器连接，所述井口防喷器安装在海底井口，所述双层连续油管安装在隔水管内，所述双层连续油管的一端安装在连续油管收纳装置上，内层通道与储罐连接，外层通道与高压泵组连接，所述双层连续油管的另一端与海底开采工具管串系统连接，所述过线封隔器锚定在井口防喷器下的套管上；
分层控制系统；所述分层控制系统包括封隔器和智能滑套，所述封隔器锚定在深层气层上方的主井筒内，所述智能滑套(37)安装在封隔器下部；
海底开采工具管串系统；所述海底开采工具管串系统包括天然气调节阀、双壁钻杆、桥式通道Ⅰ、检测短节Ⅰ、桥式通道Ⅱ、涡轮马达、双层钻杆、桥式通道Ⅲ、气举阀、举升泵、压控滑套、喷嘴、外层钻杆、检测短节Ⅱ、动力钻具、钻头，上述装置优选依次连接。
进一步的，所述天然气调节阀的内层与双层连续油管内层通道连通，所述天然气调节阀的外层通道与双层连续油管外层通道连通；
所述双壁钻杆的内层通道与天然气调节阀的内层通道连通，所述双壁钻杆的外层通道与天然气调节阀外层通道连通；
所述桥式通道Ⅰ的内层通道分别与双壁钻杆外层通道和检测短节Ⅰ内层通道连通，所述桥式通道Ⅰ的外层通道分别与双壁钻杆内层通道和检测短节Ⅰ外层通道连通；
所述桥式通道Ⅱ的内层通道分别与检测短节Ⅰ内层通道和涡轮马达外层通道连通，所述桥式通道Ⅱ的外层通道分别与检测短节Ⅰ外层通道和涡轮马达内层通道连通；
所述双层钻杆的内层通道分别与涡轮马达内层通道和桥式通道Ⅲ外层通道连通，所述双层钻杆的外层通道分别与涡轮马达外层通道和桥式通道Ⅲ内层通道连通；
N个所述气举阀依次连接，N≥3；位于首位的气举阀的内层通道与桥式通道Ⅲ外层通道连接，位于首位的气举阀的外层通道与桥式通道Ⅲ内层通道连通，位于末位的气举阀的内层通道与举升泵内层通道连接，位于末位的气举阀的外层通道与举升泵外层通道连接；
所述外层钻杆与举升泵外层通道外壁连接，所述压控滑套安装在外层钻杆内且与举升泵内层通道外壁连接；
所述喷嘴径向安装在压控滑套，所述喷嘴与外层钻杆环空空间且使压控滑套内层通道与地层连通，
所述检测短节Ⅱ的内层通道分别与压控滑套内层通道和动力钻具内部通道连通，所述钻头上且沿其轴向方向上设有喷射通道，所述钻头内部通道与动力钻具内部通道连通。
进一步的，所述海面支持系统中的注气装置与所述隔水管与双层连续油管间的环空空间连通。
进一步的，所述天然气调节阀能调节工具管串与套管间环空空间的开度。
进一步的，所述压控滑套位于最初始位置时，封闭压控滑套与喷嘴间的连通通道。
进一步的，开启所述智能滑套时，滑套内部与井筒连通，关闭所述智能滑套时，滑套内部与井筒不连通，当在深层气开采时，开启所述智能滑套，其余时间关闭所述智能滑套。
进一步的，开采初始阶段，钻井液依次通过双层连续油管外层通道、天然气调节阀外层通道、双壁钻杆外层通道、桥式通道Ⅰ内层通道、检测短节Ⅰ内层通道、桥式通道Ⅱ外层通道、涡轮马达外层通道、双层钻杆外层通道、桥式通道Ⅲ内层通道、气举阀内层通道、举升泵内层通道、压控滑套内层通道、检测短节Ⅱ内层通道、动力钻具内部通道、钻头内部通道。
本发明还提供了一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统的使用方法，步骤如下，
I、浅层气开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管与海底开采工具管串系统至浅层气层天然气井处；
S2、关闭阀门
当海底开采工具管串下入到浅层气层，调节天然气调节阀，关闭阀门，封隔海底开采工具管串与套管间的环空空间，阻止渗透在天然气井中的浅层气上移；
S3、浅层气开采
当天然气调节阀封隔住海底开采工具管串与套管间的环空空间后，渗透在天然气井中的浅层气由于气举阀的作用，浅层气沿气举阀进入海底开采工具管串系统中，经过气举阀外层通道、桥式通道Ⅲ内层通道、双层钻杆内层通道、涡轮马达内层通道、桥式通道Ⅱ外层通道、检测短节Ⅰ外层通道、桥式通道Ⅰ内层通道、双壁钻杆内层通道、天然气调节阀内层通道、双层连续油管内层通道进入海面钻采船上的储罐；
Ⅱ、深层气开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管与海底开采工具管串系统至封隔器上方天然气主井筒处；
S2、关闭阀门
当海底开采工具管串下入到封隔器上方天然气主井筒处，调节天然气调节阀，关闭阀门，封隔海底开采工具管串与套管间的环空空间，阻止渗透在天然气井中的深层气上移；
S3、打开智能滑套
控制智能滑套内部构件运动，连通滑套内部与天然气井筒，深层气通过自身压力进入智能滑套内部，再通过智能滑套内部经封隔器运移至海底开采工具管串处；
S4、深层气开采
当天然气调节阀封隔住海底开采工具管串与套管间的环空空间后，运移在海底开采工具管串处的深层气由于气举阀的作用，深层气沿气举阀进入海底开采工具管串系统中，经过气举阀外层通道、桥式通道Ⅲ内层通道、双层钻杆内层通道、涡轮马达内层通道、桥式通道Ⅱ外层通道、检测短节Ⅰ外层通道、桥式通道Ⅰ内层通道、双壁钻杆内层通道、天然气调节阀内层通道、双层连续油管内层通道进入海面钻采船上的储罐；
S5、关闭智能滑套
当深层气开采完毕后，控制智能滑套内部构件运动，关闭滑套内部与井筒的连接；
Ⅲ、水合物开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管与海底开采工具管串系统至水合物层；
S2、打开压控滑套
当海底开采工具下入到水合物层，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控滑套右移，压控滑套封堵与检测短节Ⅱ内部通道的连通，此时压控滑套内部通道与喷嘴连通，钻井液从喷嘴射出，破碎天然气水合物，钻井液不再经过检测短节Ⅱ内部通道；
S3、水合物开采
回拖海底开采工具管串系统，钻井液从喷嘴射出，破碎水合物，由于钻井液经过涡轮马达，使涡轮马达带动举升泵工作，破碎后的天然气水合物受到举升泵作用，从外层钻杆进入海底开采工具管串系统中，经过外层钻杆与压控滑套间环空空间、举升泵外层通道、气举阀外层通道、桥式通道Ⅲ内层通道、涡轮马达内部通道、桥式通道Ⅱ外层通道、检测短节Ⅰ外层通道、桥式通道Ⅰ内层通道、双壁钻杆内层通道、天然气调节阀内层通道、双层连续油管内层通道进入海面钻采船上的储罐中；
S4、天然气助排
通过海面钻采船上的控制装置调节天然气调节阀的开度，使一定压力一定流量的天然气进入海底开采工具管串系统与水合物层通道环空空间，由于气举阀的作用，天然气通过气举阀进入海底开采工具管串系统中，天然气降低破碎后的天然气水合物与钻井液的密度，帮助举升水合物；
S5、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，回收海底开采工具管串系统至主井口，调整方位下放工具至水合物层；
S6、回拖采掘
重复步骤S3—S4完成第二方位的开采；
S7、重复上述换方位和回拖采掘过程，完成该点位360°方位的水合物的开采；
Ⅳ、注气开采，包括以下步骤：
S1、注气开采
当天然气流量减少以至于不能进行气举时，通过海面钻采船上的注气装置向水合物层注入天然气，使天然气流量、压力达到气举条件，通过注入的天然气来助排水合物。注入的天然气通过注气装置注入，经过隔水管与双层连续油管间的环空空间、井口防喷器、过线封隔器、双层连续油管与套管间的环空空间、天然气调节阀进入水合物层；
V、浅层气井积液排水，包括以下步骤：
S1、下放工具
当需要进行浅层气井排水时，下放海底开采工具管串系统至浅层气井处；
S2、注气排水，通过海面钻采船上的注气装置向浅层气层注入天然气，调节海底开采工具管串系统上的天然气调节阀的开度，天然气进入海底工具管串系统与套管间的环空空间，通过气举阀气举井筒内的积水，积水经过外层钻杆与压控滑套间环空空间、举升泵外层通道、气举阀外层通道、桥式通道Ⅲ内层通道、涡轮马达内层通道、桥式通道Ⅱ外层通道、检测短节Ⅰ外层通道、桥式通道Ⅰ内层通道、双壁钻杆内层通道、天然气调节阀内层通道、双层连续油管内层通道进入海面钻采船上的储罐中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过海底开采工具管串系统可实现单次建井浅层气、深层气、天然气水合物的多资源联合开采且不同种类资源的联合开采与单独开采过程可控可调，提高单井天然气产量，有效节约整体开采成本。
(2)本发明利用浅层气储层、深层气储层的高压天然气源，对其开采出的产量和压力进行调控，实现对天然气水合物浆液助排举升，合理利用浅层气储层、深层气储层中流体自身能量，提高天然气水合物开采效率，并实现整个开采过程节能降耗。
(3)本发明通过海底开采工具管串实现天然气水合物开采领眼钻进、射流破碎过程可控连续切换及天然气井筒内气举排水，防止气井出砂，减少管柱起下次数，保障天然气顺利开采，节省开采时间，延长气井有效开采周期。
附图说明
图1为本发明浅层气开采示意图；
图2为图1的Ⅰ局部放大视图；
图3为本发明深层气开采示意图；
图4为本发明天然气助排水合物破碎开采；
图5为图4的Ⅱ局部放大视图；
图6为本发明天然气水合物多方位开采示意图；
图7为本发明注气开采示意图；
图8为图7的Ⅲ局部放大示意图。
附图标记，1、海面钻采船，2、控制装置，3、高压泵组，4、储罐，5、连续油管收纳装置，6、井架，7、注气装置，8、双层连续油管，9、隔水管，10、井口防喷器，11、过线封隔器，12、天然气调节阀，13、双壁钻杆，14、桥式通道Ⅰ，15、检测短节Ⅰ，16、桥式通道Ⅱ，17、涡轮马达，18、双层钻杆，19、桥式通道Ⅲ，20、气举阀，21、举升泵，22、压控滑套，23、喷嘴，24、外层钻杆，25、检测短节Ⅱ，26、动力钻具，27、钻头，28、天然气，29、破碎后的水合物，30、海水，31、水合物覆盖层，32、天然气水合物层，33、地层，34、浅层气层，35、深层气层，36、封隔器，37、智能滑套，38、天然气运移方向，39、破碎后天然气水合物运移方向，40、钻井液运移方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：
如图1—图8所示，一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统及方法，包括：
海面支持系统；所述海面支持系统包括海面钻采船1，设置在海面钻采船1上的控制装置2、高压泵组3、储罐4、连续油管收纳装置5、井架6、注气装置7；
管道输送系统；所述管道输送系统包括双层连续油管8、隔水管9、井口防喷器10、过线封隔器11，所述隔水管9的一端与海面钻采船1连接，另一端与井口防喷器10连接，所述井口防喷器10安装在海底井口，所述双层连续油管8安装在隔水管9内，所述双层连续油管的一端安装在连续油管收纳装置5上，内层通道与储罐4连接，外层通道与高压泵组3连接，所述双层连续油管的另一端与海底开采工具管串系统连接，所述过线封隔器11锚定在井口防喷器10下的套管上；
分层控制系统；所述分层控制系统包括封隔器36和智能滑套37，所述封隔器36锚定在深层气层35上方的主井筒内，所述智能滑套37安装在封隔器36下部；
海底开采工具管串系统；所述海底开采工具管串系统包括依次连接的天然气调节阀12、双壁钻杆13、桥式通道Ⅰ14、检测短节Ⅰ15、桥式通道Ⅱ16、涡轮马达17、双层钻杆18、桥式通道Ⅲ19、气举阀20、举升泵21、压控滑套22、喷嘴23、外层钻杆24、检测短节Ⅱ25、动力钻具26、钻头27。
进一步的，所述天然气调节阀12的内层与双层连续油管8内层通道连通，所述天然气调节阀12的外层通道与双层连续油管8外层通道连通；
所述双壁钻杆13的内层通道与天然气调节阀12的内层通道连通，所述双壁钻杆13的外层通道与天然气调节阀12外层通道连通；
所述桥式通道Ⅰ14的内层通道分别与双壁钻杆13外层通道和检测短节Ⅰ15内层通道连通，所述桥式通道Ⅰ14的外层通道分别与双壁钻杆13内层通道和检测短节Ⅰ15外层通道连通；
所述桥式通道Ⅱ16的内层通道分别与检测短节Ⅰ15内层通道和涡轮马达17外层通道连通，所述桥式通道Ⅱ16的外层通道分别与检测短节Ⅰ15外层通道和涡轮马达17内层通道连通；
所述双层钻杆18的内层通道分别与涡轮马达17内层通道和桥式通道Ⅲ19外层通道连通，所述双层钻杆18的外层通道分别与涡轮马达17外层通道和桥式通道Ⅲ19内层通道连通；
N个所述气举阀20依次连接，N≥3；位于首位的气举阀20的内层通道与桥式通道Ⅲ19外层通道连接，位于首位的气举阀20的外层通道与桥式通道Ⅲ19内层通道连通，位于末位的气举阀20的内层通道与举升泵21内层通道连接，位于末位的气举阀20的外层通道与举升泵21外层通道连接；
所述外层钻杆24与举升泵21外层通道外壁连接，所述压控滑套22安装在外层钻杆24内且与举升泵21内层通道外壁连接；
所述喷嘴23径向安装在压控滑套22，所述喷嘴23与外层钻杆24环空空间且使压控滑套22内层通道与地层连通，
所述检测短节Ⅱ25的内层通道分别与压控滑套22内层通道和动力钻具26内部通道连通，所述钻头27上且沿其轴向方向上设有喷射通道，所述钻头27内部通道与动力钻具26内部通道连通。
进一步的，所述海面支持系统中的注气装置27与所述隔水管9与双层连续油管8间的环空空间连通。
进一步的，所述天然气调节阀12能调节工具管串与套管间环空空间的开度。
进一步的，所述压控滑套22位于最初始位置时，封闭压控滑套22与喷嘴23间的连通通道。
进一步的，开启所述智能滑套37时，滑套内部与井筒连通，关闭所述智能滑套37时，滑套内部与井筒不连通，当在深层气开采时，开启所述智能滑套37，其余时间关闭所述智能滑套37。
进一步的，开采初始阶段，钻井液依次通过双层连续油管8外层通道、天然气调节阀12外层通道、双壁钻杆13外层通道、桥式通道Ⅰ14内层通道、检测短节Ⅰ15内层通道、桥式通道Ⅱ16外层通道、涡轮马达17外层通道、双层钻杆18外层通道、桥式通道Ⅲ19内层通道、气举阀20内层通道、举升泵21内层通道、压控滑套22内层通道、检测短节Ⅱ25内层通道、动力钻具26内部通道、钻头27内部通道。
本发明还提供了一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统的使用方法，步骤如下，
I、浅层气开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管8与海底开采工具管串系统至浅层气层34天然气井处；
S2、关闭阀门
当海底开采工具管串下入到浅层气层34，调节天然气调节阀12，关闭阀门，封隔海底开采工具管串与套管间的环空空间，阻止渗透在天然气井中的浅层气上移；
S3、浅层气开采
当天然气调节阀12封隔住海底开采工具管串与套管间的环空空间后，渗透在天然气井中的浅层气由于气举阀20的作用，浅层气沿气举阀20进入海底开采工具管串系统中，经过气举阀20外层通道、桥式通道Ⅲ19内层通道、双层钻杆18内层通道、涡轮马达17内层通道、桥式通道Ⅱ16外层通道、检测短节Ⅰ15外层通道、桥式通道Ⅰ14内层通道、双壁钻杆13内层通道、天然气调节阀12内层通道、双层连续油管8内层通道进入海面钻采船1上的储罐4；
Ⅱ、深层气开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管8与海底开采工具管串系统至封隔器36上方天然气主井筒处；
S2、关闭阀门
当海底开采工具管串下入到封隔器36上方天然气主井筒处，调节天然气调节阀12，关闭阀门，封隔海底开采工具管串与套管间的环空空间，阻止渗透在天然气井中的深层气上移；
S3、打开智能滑套
控制智能滑套37内部构件运动，连通滑套内部与天然气井筒，深层气通过自身压力进入智能滑套37内部，再通过智能滑套37内部经封隔器36运移至海底开采工具管串处；
S4、深层气开采
当天然气调节阀12封隔住海底开采工具管串与套管间的环空空间后，运移在海底开采工具管串处的深层气由于气举阀20的作用，深层气沿气举阀20进入海底开采工具管串系统中，经过气举阀20外层通道、桥式通道Ⅲ19内层通道、双层钻杆18内层通道、涡轮马达17内层通道、桥式通道Ⅱ16外层通道、检测短节Ⅰ15外层通道、桥式通道Ⅰ14内层通道、双壁钻杆13内层通道、天然气调节阀12内层通道、双层连续油管8内层通道进入海面钻采船1上的储罐4；
S5、关闭智能滑套
当深层气开采完毕后，控制智能滑套37内部构件运动，关闭滑套内部与井筒的连接；
Ⅲ、水合物开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管8与海底开采工具管串系统至水合物层32；
S2、打开压控滑套
当海底开采工具下入到水合物层32，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控滑套22右移，压控滑套22封堵与检测短节Ⅱ25内部通道的连通，此时压控滑套22内部通道与喷嘴23连通，钻井液从喷嘴23射出，破碎天然气水合物，钻井液不再经过检测短节Ⅱ25内部通道；
S3、水合物开采
回拖海底开采工具管串系统，钻井液从喷嘴23射出，破碎水合物，由于钻井液经过涡轮马达17，使涡轮马达17带动举升泵21工作，破碎后的天然气水合物受到举升泵21作用，从外层钻杆24进入海底开采工具管串系统中，经过外层钻杆24与压控滑套22间环空空间、举升泵21外层通道、气举阀20外层通道、桥式通道Ⅲ19内层通道、涡轮马达17内部通道、桥式通道Ⅱ16外层通道、检测短节Ⅰ15外层通道、桥式通道Ⅰ14内层通道、双壁钻杆13内层通道、天然气调节阀12内层通道、双层连续油管8内层通道进入海面钻采船1上的储罐4中；
S4、天然气助排
通过海面钻采船1上的控制装置2调节天然气调节阀12的开度，使一定压力一定流量的天然气进入海底开采工具管串系统与水合物层32通道环空空间，由于气举阀20的作用，天然气通过气举阀20进入海底开采工具管串系统中，天然气降低破碎后的天然气水合物与钻井液的密度，帮助举升水合物；
S5、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，回收海底开采工具管串系统至主井口，调整方位下放工具至水合物层32；
S6、回拖采掘
重复步骤S3—S4完成第二方位的开采；
S7、重复上述换方位和回拖采掘过程，完成该点位360°方位的水合物的开采；
Ⅳ、注气开采，包括以下步骤：
S1、注气开采
当天然气流量减少以至于不能进行气举时，通过海面钻采船1上的注气装置7向水合物层32注入天然气，使天然气流量、压力达到气举条件，通过注入的天然气来助排水合物。注入的天然气通过注气装置7注入，经过隔水管9与双层连续油管8间的环空空间、井口防喷器10、过线封隔器11、双层连续油管8与套管间的环空空间、天然气调节阀12进入水合物层32；
V、浅层气井积液排水，包括以下步骤：
S1、下放工具
当需要进行浅层气井排水时，下放海底开采工具管串系统至浅层气井处；
S2、注气排水，通过海面钻采船1上的注气装置7向浅层气层34注入天然气，调节海底开采工具管串系统上的天然气调节阀12的开度，天然气进入海底工具管串系统与套管间的环空空间，通过气举阀20气举井筒内的积水，积水经过外层钻杆24与压控滑套22间环空空间、举升泵21外层通道、气举阀20外层通道、桥式通道Ⅲ19内层通道、涡轮马达17内层通道、桥式通道Ⅱ16外层通道、检测短节Ⅰ15外层通道、桥式通道Ⅰ14内层通道、双壁钻杆13内层通道、天然气调节阀12内层通道、双层连续油管8内层通道进入海面钻采船1上的储罐4中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，包括：
海面支持系统；所述海面支持系统包括海面钻采船(1)，设置在海面钻采船(1)上的控制装置(2)、高压泵组(3)、储罐(4)、连续油管收纳装置(5)、井架(6)、注气装置(7)；
管道输送系统；所述管道输送系统包括双层连续油管(8)、隔水管(9)、井口防喷器(10)、过线封隔器(11)，所述隔水管(9)的一端与海面钻采船(1)连接，另一端与井口防喷器(10)连接，所述井口防喷器(10)安装在海底井口，所述双层连续油管(8)安装在隔水管(9)内，所述双层连续油管的一端安装在连续油管收纳装置(5)上，内层通道与储罐(4)连接，外层通道与高压泵组(3)连接，所述双层连续油管的另一端与海底开采工具管串系统连接，所述过线封隔器(11)锚定在井口防喷器(10)下的套管上；
分层控制系统；所述分层控制系统包括封隔器(36)和智能滑套(37)，所述封隔器(36)锚定在深层气层(35)上方的主井筒内，所述智能滑套(37)安装在封隔器(36)下部；
海底开采工具管串系统；所述海底开采工具管串系统包括天然气调节阀(12)、双壁钻杆(13)、桥式通道Ⅰ(14)、检测短节Ⅰ(15)、桥式通道Ⅱ(16)、涡轮马达(17)、双层钻杆(18)、桥式通道Ⅲ(19)、气举阀(20)、举升泵(21)、压控滑套(22)、喷嘴(23)、外层钻杆(24)、检测短节Ⅱ(25)、动力钻具(26)、钻头(27)；
所述天然气调节阀(12)的内层与双层连续油管(8)内层通道连通，所述天然气调节阀(12)的外层通道与双层连续油管(8)外层通道连通；
所述双壁钻杆(13)的内层通道与天然气调节阀(12)的内层通道连通，所述双壁钻杆(13)的外层通道与天然气调节阀(12)外层通道连通；
所述桥式通道Ⅰ(14)的内层通道分别与双壁钻杆(13)外层通道和检测短节Ⅰ(15)内层通道连通，所述桥式通道Ⅰ(14)的外层通道分别与双壁钻杆(13)内层通道和检测短节Ⅰ(15)外层通道连通；
所述桥式通道Ⅱ(16)的内层通道分别与检测短节Ⅰ(15)内层通道和涡轮马达(17)外层通道连通，所述桥式通道Ⅱ(16)的外层通道分别与检测短节Ⅰ(15)外层通道和涡轮马达(17)内层通道连通；
所述双层钻杆(18)的内层通道分别与涡轮马达(17)内层通道和桥式通道Ⅲ(19)外层通道连通，所述双层钻杆(18)的外层通道分别与涡轮马达(17)外层通道和桥式通道Ⅲ(19)内层通道连通；
N个所述气举阀(20)依次连接，N≥3；位于首位的气举阀(20)的内层通道与桥式通道Ⅲ(19)外层通道连接，位于首位的气举阀(20)的外层通道与桥式通道Ⅲ(19)内层通道连通，位于末位的气举阀(20)的内层通道与举升泵(21)内层通道连接，位于末位的气举阀(20)的外层通道与举升泵(21)外层通道连接；
所述外层钻杆(24)与举升泵(21)外层通道外壁连接，所述压控滑套(22)安装在外层钻杆(24)内且与举升泵(21)内层通道外壁连接；
所述喷嘴(23)径向安装在压控滑套(22)与外层钻杆(24)之间的环空空间里，能使压控滑套(22)内层通道与地层连通；
所述检测短节Ⅱ(25)的内层通道分别与压控滑套(22)内层通道和动力钻具(26)内部通道连通，所述钻头(27)上且沿其轴向方向上设有喷射通道，所述钻头(27)内部通道与动力钻具(26)内部通道连通。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，所述海面支持系统中的注气装置(7)与所述隔水管(9)与双层连续油管(8)间的环空空间连通。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，所述天然气调节阀(12)能调节工具管串与套管间环空空间的开度。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，所述压控滑套(22)位于最初始位置时，封闭压控滑套(22)与喷嘴(23)间的连通通道。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，开启所述智能滑套(37)时，滑套内部与井筒连通，关闭所述智能滑套(37)时，滑套内部与井筒不连通，当在深层气开采时，开启所述智能滑套(37)，其余时间关闭所述智能滑套(37)。
6.根据权利要求书1所述的一种天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，开采初始阶段，钻井液依次通过双层连续油管(8)外层通道、天然气调节阀(12)外层通道、双壁钻杆(13)外层通道、桥式通道Ⅰ(14)内层通道、检测短节Ⅰ(15)内层通道、桥式通道Ⅱ(16)外层通道、涡轮马达(17)外层通道、双层钻杆(18)外层通道、桥式通道Ⅲ(19)内层通道、气举阀(20)内层通道、举升泵(21)内层通道、压控滑套(22)内层通道、检测短节Ⅱ(25)内层通道、动力钻具(26)内部通道、钻头(27)内部通道。
7.一种如权利要求1—7任意一项所述的天然气水合物-浅层气-深层气多源多方法联合开采系统，其特征在于，步骤如下，
I、浅层气开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管(8)与海底开采工具管串系统至浅层气层(34)天然气井处；
S2、关闭阀门
当海底开采工具管串下入到浅层气层(34)，调节天然气调节阀(12)，关闭阀门，封隔海底开采工具管串与套管间的环空空间，阻止渗透在天然气井中的浅层气上移；
S3、浅层气开采
当天然气调节阀(12)封隔住海底开采工具管串与套管间的环空空间后，渗透在天然气井中的浅层气由于气举阀(20)的作用，浅层气沿气举阀(20)进入海底开采工具管串系统中，经过气举阀(20)外层通道、桥式通道Ⅲ(19)内层通道、双层钻杆(18)内层通道、涡轮马达(17)内层通道、桥式通道Ⅱ(16)外层通道、检测短节Ⅰ(15)外层通道、桥式通道Ⅰ(14)内层通道、双壁钻杆(13)内层通道、天然气调节阀(12)内层通道、双层连续油管(8)内层通道进入海面钻采船(1)上的储罐(4)；
Ⅱ、深层气开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管(8)与海底开采工具管串系统至封隔器(36)上方天然气主井筒处；
S2、关闭阀门
当海底开采工具管串下入到封隔器(36)上方天然气主井筒处，调节天然气调节阀(12)，关闭阀门，封隔海底开采工具管串与套管间的环空空间，阻止渗透在天然气井中的深层气上移；
S3、打开智能滑套
控制智能滑套(37)内部构件运动，连通滑套内部与天然气井筒，深层气通过自身压力进入智能滑套(37)内部，再通过智能滑套(37)内部经封隔器(36)运移至海底开采工具管串处；
S4、深层气开采
当天然气调节阀(12)封隔住海底开采工具管串与套管间的环空空间后，运移在海底开采工具管串处的深层气由于气举阀(20)的作用，深层气沿气举阀(20)进入海底开采工具管串系统中，经过气举阀(20)外层通道、桥式通道Ⅲ(19)内层通道、双层钻杆(18)内层通道、涡轮马达(17)内层通道、桥式通道Ⅱ(16)外层通道、检测短节Ⅰ(15)外层通道、桥式通道Ⅰ(14)内层通道、双壁钻杆(13)内层通道、天然气调节阀(12)内层通道、双层连续油管(8)内层通道进入海面钻采船(1)上的储罐(4)；
S5、关闭智能滑套
当深层气开采完毕后，控制智能滑套(37)内部构件运动，关闭滑套内部与井筒的连接；
Ⅲ、水合物开采，包括以下步骤：
S1、下入工具
操作人员操作设备，下入双层连续油管(8)与海底开采工具管串系统至水合物层(32)；
S2、打开压控滑套
当海底开采工具下入到水合物层(32)，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控滑套(22)右移，压控滑套(22)封堵与检测短节Ⅱ(25)内部通道的连通，此时压控滑套(22)内部通道与喷嘴(23)连通，钻井液从喷嘴(23)射出，破碎天然气水合物，钻井液不再经过检测短节Ⅱ(25)内部通道；
S3、水合物开采
回拖海底开采工具管串系统，钻井液从喷嘴(23)射出，破碎水合物，由于钻井液经过涡轮马达(17)，使涡轮马达(17)带动举升泵(21)工作，破碎后的天然气水合物受到举升泵(21)作用，从外层钻杆(24)进入海底开采工具管串系统中，经过外层钻杆(24)与压控滑套(22)间环空空间、举升泵(21)外层通道、气举阀(20)外层通道、桥式通道Ⅲ(19)内层通道、涡轮马达(17)内部通道、桥式通道Ⅱ(16)外层通道、检测短节Ⅰ(15)外层通道、桥式通道Ⅰ(14)内层通道、双壁钻杆(13)内层通道、天然气调节阀(12)内层通道、双层连续油管(8)内层通道进入海面钻采船(1)上的储罐(4)中；
S4、天然气助排
通过海面钻采船(1)上的控制装置(2)调节天然气调节阀(12)的开度，使一定压力一定流量的天然气进入海底开采工具管串系统与水合物层(32)通道环空空间，由于气举阀(20)的作用，天然气通过气举阀(20)进入海底开采工具管串系统中，天然气降低破碎后的天然气水合物与钻井液的密度，帮助举升水合物；
S5、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，回收海底开采工具管串系统至主井口，调整方位下放工具至水合物层(32)；
S6、回拖采掘
重复步骤S3—S4完成第二方位的开采；
S7、重复上述换方位和回拖采掘过程，完成该点位360°方位的水合物的开采；
Ⅳ、注气开采，包括以下步骤：
S1、注气开采
当天然气流量减少以至于不能进行气举时，通过海面钻采船(1)上的注气装置(7)向水合物层(32)注入天然气，使天然气流量、压力达到气举条件，通过注入的天然气来助排水合物。注入的天然气通过注气装置(7)注入，经过隔水管(9)与双层连续油管(8)间的环空空间、井口防喷器(10)、过线封隔器(11)、双层连续油管(8)与套管间的环空空间、天然气调节阀(12)进入水合物层(32)；
V、浅层气井积液排水，包括以下步骤：
S1、下放工具
当需要进行浅层气井排水时，下放海底开采工具管串系统至浅层气井处；
S2、注气排水，通过海面钻采船(1)上的注气装置(7)向浅层气层(34)注入天然气，调节海底开采工具管串系统上的天然气调节阀(12)的开度，天然气进入海底工具管串系统与套管间的环空空间，通过气举阀(20)气举井筒内的积水，积水经过外层钻杆(24)与压控滑套(22)间环空空间、举升泵(21)外层通道、气举阀(20)外层通道、桥式通道Ⅲ(19)内层通道、涡轮马达(17)内层通道、桥式通道Ⅱ(16)外层通道、检测短节Ⅰ(15)外层通道、桥式通道Ⅰ(14)内层通道、双壁钻杆(13)内层通道、天然气调节阀(12)内层通道、双层连续油管(8)内层通道进入海面钻采船(1)上的储罐(4)中。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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