CN116291333A - 一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统及方法 - Google Patents
一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其包括海面支持系统、海底支持系统、天然气开采系统及水合物开采系统；海底支持系统包括海底双井口吸力桩、生产油管、大尺寸钻杆、连续管；天然气开采系统包括井下监测器Ⅰ、井下节流器Ⅰ、智能完井滑套Ⅰ；水合物开采系统包括配重钻杆Ⅰ、轴流泵、水力驱动马达、压控射流破碎工具。本发明可实现水下单井筒单井口对天然气水合物、浅层气、深部气等不同资源联合开采或单独开采，且开采中天然气流量、压力等参数可实时监测和控制；可调控浅层气或深部气产量助排举升水合物浆液，解决天然气水合物单独开采水合物浆液返出难，采收率低，地层漏失等问题，提高开采效率，降低开采成本。
Description
技术领域
本发明涉及深海油气资源开采装备领域，具体涉及一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统及方法。
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。我国天然气水合物开采研究启动较晚，于2011年和2016年，研究人员首先在祁连山冻土区进行了两次陆上可燃冰试采，分别产气近5天和23天。2017年，在南海神狐海域进行了首次海上试采，稳定生产60天，产气30.9万立方米。2020年，在南海同一海域完成了第二次试采，试验了水平井在海底软泥沙中的钻探技术，实现稳定生产30天，产气86.14万立方米。目前为止，我国是世界上累计试采可燃冰产气量最多的国家。海洋天然气水合物的开发虽然迈出了关键一步，但无论在基础理论研究还是开采方法、装备、运营模式等方面，都还面临巨大挑战。2018年10月在西南石油大学召开了第十二届世界天然气水合物研究与开发大会暨中国工程院284次中国工程科技论坛，众多天然气水合物研究领域世界顶级专家们指出：“天然气水合物、浅层气、常规气“三气合采”可能是人类早期实现天然气水合物商业性开发利用的有效途径。”
然而，目前尚未形成一套可实现天然气水合物、浅层气、深部气“三气合采”的系统与方法。因此，为了实现天然气水合物早期商业性开发利用，所发明的海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统需要满足以下要求、功能及特性：
1、在同一系统中实现天然气水合物、浅层气和深部气的共同开采，实现建立单井筒可以进行三种资源的开采，减少装备数量，降低作业成本，提高单井筒产量；
2、具有分层开采浅层气、深部气，并对其开采过程的产气流量、压力等环境工况参数进行监测和调控的功能，即可在实现三种资源同时开采的情况下实现各资源各自单独开采；
3、可以调控浅层气、深部气产出，利用浅层气、深部气自身高压特点实现浅层气、深部气气举助排天然气水合物，提高采出量和采出效率，防止天然气水合物不返出、漏失等问题。
因此，需要发明一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统及方法，实现水下单井筒中联合或独立开采天然气水合物、浅层气、深部气，且实现对井筒中不同层位产出气的流量、压力等参数进行监测和调控，提升天然气水合物开采效率，满足天然气水合物商业化开采产量、效益及经济要求。
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，天然气水合物开采效率低、不返出，天然气水合物、浅层气、深部气联合或者单独开采的问题，提出一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统及方法，以解决上述问题。本发明通过海底支持系统、天然气开采系统、水合物开采系统进行天然气水合物、浅层气、深部气同时开采，提高单系统产量；通过利用浅层气、深部气自身高压气源举升助排破碎后的天然气水合物浆液，提高天然气水合物开采效率；通过井下节流器实现天然气开采过程中的控压调产，通过井下监测器实时监测天然气状态，以此来控制井下节流器对天然气的调节。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，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、连续管钻机、钻机井架、地面循环处理系统；
海底支持系统；所述海底支持系统包括大尺寸钻杆、连续管、海底双井口吸力桩、生产油管，海底防喷器，所述大尺寸钻杆首端安装在海面钻采船上，末端安装在海底双井口吸力桩上，所述连续管安装在大尺寸钻杆内，首端与高压泵组连接，末端与水合物开采系统连接，所述海底双井口吸力桩安装在海底双生产井口处，所述生产油管安装在天然气井筒内，与海底双井口吸力桩连接；
天然气开采系统；所述天然气开采系统包括井下监测器Ⅰ、井下节流器Ⅰ、封隔器Ⅰ、智能完井滑套Ⅰ、井下监测器Ⅱ、井下节流器Ⅱ、封隔器Ⅱ、智能完井滑套Ⅱ，所述井下监测器Ⅰ安装在浅层气层上部生产油管上，所述井下节流器Ⅰ安装在井下监测器Ⅰ下方生产油管上、所述封隔器Ⅰ锚定在井下节流器Ⅰ下方、所述智能完井滑套Ⅰ安装在封隔器Ⅰ下方，所述井下监测器Ⅱ安装在深部气层上部生产油管上，所述井下节流器Ⅱ安装在井下监测器Ⅱ下方生产油管上、所述封隔器Ⅱ锚定在井下节流器Ⅱ下方、所述智能完井滑套Ⅱ安装在封隔器Ⅱ下方；
水合物开采系统；所述水合物开采系统包括连续管转换接头、配重钻杆Ⅰ、压力及视频检测短节Ⅰ、轴流泵、水力驱动马达、配重钻杆Ⅱ、压力及视频检测短节Ⅱ、压控射流破碎工具、高压射流组合喷嘴、动力钻具、水合物钻头，上述装置优选依次连接；
所述连续管转换接头首端与连续管连接，末端与配重钻杆Ⅰ连接；
所述配重钻杆Ⅰ首端与连续管转换接头末端连接，末端与压力及视频检测短节Ⅰ连接；
所述压力及视频检测短节Ⅰ首端与配重钻杆Ⅰ末端连接，末端与轴流泵连接；
所述轴流泵首端与压力及视频检测短节Ⅰ末端连接，末端与水力驱动马达连接；
所述水力驱动马达首端与轴流泵末端连接，末端与配重钻杆Ⅱ连接；
所述配重钻杆Ⅱ首端与水力驱动马达末端连接，末端与压力及视频检测短节Ⅱ连接；
所述压力及视频检测短节Ⅱ首端与配重钻杆Ⅱ末端连接，末端与压控射流破碎工具连接；
所述压控射流破碎工具首端与压力及视频检测短节Ⅱ末端连接，末端与动力钻具连接；
所述动力钻具首端与压控射流破碎工具末端连接，末端与水合物钻头连接；
所述水合物钻头安装在动力钻具末端，沿其轴向方向上设有喷射通道；
所述高压射流组合喷嘴径向安装在压控射流破碎工具上，高压射流组合喷嘴使压控射流破碎工具内部与水合物开采系统外部空间连通。
进一步的，所述海面支持系统中的地面循环处理系统与所述大尺寸钻杆和连续管间的环空空间连通。
进一步的，所述海底双井口吸力桩内部设有左通道、右通道，左右两个通道连通，连通处设有单向阀，流体只能从左通道流向右通道，左通道与生产油管连接，右通道与水合物井口连接，右通道处设有通道开关，连通和封闭右通道与连续管间的环空空间，双井生产出的产物都通过海底双井口吸力桩内右通道输送至海面。
进一步的，所述破碎后水合物浆体通过水合物开采系统举升，经过水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管与腔体间环空空间、连续管与海底双井口吸力桩右通道环空空间、连续管与大尺寸钻杆间环空空间进入地面循环处理系统处理与储存。
进一步的，所述天然气通过智能完井滑套Ⅰ、智能完井滑套Ⅱ进入生产油管，经过生产油管通过海底双井口吸力桩左通道进入海底双井口吸力桩右通道，举升助排破碎后水合物浆体并随水合物浆体一同输送至地面循环处理系统。
进一步的，所述压控射流破碎工具位于初始位置时封闭压控射流破碎工具内部与高压射流组合喷嘴的连通。
进一步的，所述智能完井滑套Ⅰ、智能完井滑套Ⅱ能通过海面钻采船上的控制装置控制，保持和隔断生产油管与天然气井筒间的连通，滑套在安装初始时均为关闭状态。
本发明还提供了一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统的使用方法，它包括以下步骤：
SⅠ、多资源联合开采，具体包括以下步骤：
S1、安装系统
操作人员做好安装前的准备后安装海底支持系统、天然气开采系统、水合物开采系统，并下入水合物开采系统至水合物层；
S2、水合物开采
当水合物开采系统下放到水合物层，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控射流破碎工具向右移动，压控射流破碎工具封堵与动力钻具的连通通道，同时连通压控射流破碎工具内部与高压射流组合喷嘴，此时钻井液不再经过动力钻具从水合物钻头喷出，钻井液通过高压射流组合喷嘴喷射出并且破碎天然气水合物，回拖水合物开采系统，钻井液从高压射流组合喷嘴破碎天然气水合物，由于钻井液经过水合物开采系统中的水力驱动马达，水力驱动马达带动轴流泵举升破碎后的水合物，破碎后的水合物经过轴流泵举升，沿着水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管与腔体间环空空间、连续管与海底双井口吸力桩右通道环空空间、连续管与大尺寸钻杆间环空空间进入地面循环处理系统处理与储存；
S3、天然气助排
当开始开采水合物时，打开智能完井滑套Ⅰ或者智能完井滑套Ⅱ或者同时打开，天然气进入生产油管，通过生产油管、海底双井口吸力桩左通道进入海底双井口吸力桩右通道与破碎后的水合物混合，降低破碎后的水合物浆体的密度，以此帮助举升破碎后的水合物，在此过程中可以通过井下监测器Ⅰ或者井下检测器Ⅱ对天然气状态进行监测并通过控制井下节流器Ⅰ或者井下节流器Ⅱ对天然气压力、流量进行调控，使天然气达到能够气举水合物浆体所需的压力和流量；
S4、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，减少钻井液流量，压控射流破碎工具恢复到初始位置，关闭所有智能完井滑套，回收水合物开采系统至主井口，调整方位下放水合物开采系统至水合物层；
S5、回拖采掘，重复步骤S2～S4完成第二方位的开采；
S6、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，此时在完成水合物开采的同时开采了水合物层位纵向上和水平方向上多点位浅层气、深部气，使系统达到多资源联合开采效果，并且提高了水合物举升效率。
当水合物未完成开采但浅层气、深部气气源不足，不足以对水合物浆体进行气举时，该系统可以进行：
SⅡ、单水合物开采，具体包括以下步骤：
S7、下放工具
操作人员安装好系统后，下入水合物开采系统至水合物层；
S8、水合物开采
当水合物开采系统下放到水合物层，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控射流破碎工具向右移动，压控射流破碎工具封堵与动力钻具的连通通道，同时连通压控射流破碎工具内部与高压射流组合喷嘴，此时钻井液不再经过动力钻具从水合物钻头喷出，钻井液通过高压射流组合喷嘴喷射出并且破碎天然气水合物，回拖水合物开采系统，钻井液从高压射流组合喷嘴破碎天然气水合物，由于钻井液经过水合物开采系统中的水力驱动马达，水力驱动马达带动轴流泵举升破碎后的水合物，破碎后的水合物经过轴流泵举升，沿着水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管与腔体间环空空间、连续管与海底双井口吸力桩右通道环空空间、连续管与大尺寸钻杆间环空空间进入地面循环处理系统进行处理与储存；
S9、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，减少钻井液流量，压控射流破碎工具恢复到初始位置，关闭所有智能完井滑套，回收水合物开采系统至主井口，调整方位下放水合物开采系统至水合物层；
S10、回拖采掘
重复步骤S8～S9完成第二方位的开采；
S11、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。
当完成水合物开采并且还存在多点位浅层气、深部气气源时，该系统还可以完成浅层气、深部气的单独开采，具体包括以下步骤：
SⅢ、单浅层气开采，具体包括以下步骤：
S12、关闭通道开关
关闭海底双井口吸力桩右通道处的通道开关，封闭右通道与连续管间的环空空间；
S13、打开智能完井滑套
打开智能完井滑套Ⅰ，渗透在天然气井筒内的天然气通过智能完井滑套Ⅰ进入生产油管；
S14、浅层气开采
当智能完井滑套Ⅰ打开，天然气进入生产油管内，随后天然气向上运移，经过封隔器Ⅰ、井下节流器Ⅰ、井下监测器Ⅰ、海底双井口吸力桩左通道至右通道、大尺寸钻杆与连续管间环空空间至地面循环处理系统中；
S15、关闭智能完井滑套
当完成浅层气开采后，控制智能完井滑套Ⅰ，隔断生产油管与井筒间的连通；
SⅢ、深部气开采，具体包括以下步骤：
S16、关闭通道开关
关闭海底双井口吸力桩右通道处的通道开关，封闭右通道与连续管间的环空空间；
S17、打开智能完井滑套
当深部气开采准备好后，打开智能完井滑套Ⅱ，渗透在天然气井筒内的天然气通过智能完井滑套Ⅱ进入生产油管；
S18、深部气开采
当智能完井滑套Ⅱ打开，天然气进入生产油管内，随后天然气向上运移，经过封隔器Ⅱ、井下节流器Ⅱ、井下监测器Ⅱ、智能完井滑套Ⅰ、封隔器Ⅰ、井下节流器Ⅰ、井下监测器Ⅰ、海底双井口吸力桩左通道至右通道、大尺寸钻杆与连续管间环空空间至地面循环处理系统中；
S19、关闭智能完井滑套
当完成深部气开采后，控制智能完井滑套Ⅱ，隔断生产油管与井筒间的连通；
有益效果
本发明由于采用上述技术方案，其达到的有益效果为：
(1)本发明通过海底支持系统、天然气开采系统、水合物开采系统可实现水下单井筒浅层气、深部气、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实时监测与控制，有效降低了天然气水合物开采成本；
(2)本发明利用浅层气储层、深部气储层的高压天然气源，实现对天然气水合物浆液助排举升，合理利用浅层气储层、深部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)本发明采用井下节流器对浅层和深部产出天然气开产量和压力进行调控，同时采用井下监测器对井筒内天然气状态进行实时监测，可有效防止井筒内生成水合物造成堵塞影响整个开采过程，有效保障了生产作业安全。
附图说明
图1为本发明浅层气、深部气、天然气水合物联合开采示意图；
图2为图1的Ⅰ局部放大视图；
图3为本发明天然气水合物全方位开采示意图；
图4为本发明天然气水合物单独开采示意图；
图5为本发明浅层气单独开采示意图；
图6为本发明深部气单独开采示意图；
图7为本发明浅层气、深部气、天然气水合物联合开采流程图；
图中，1-海面钻采船，2-控制装置，3-高压泵组，4-连续管钻机，5-钻机井架，6-地面循环处理系统，7-大尺寸钻杆，8-连续管，9-海底双井口吸力桩，10-生产油管，11-井下监测器Ⅰ，12-井下节流器Ⅰ，13-封隔器Ⅰ，14-智能完井滑套Ⅰ，15-井下监测器Ⅱ，16-井下节流器Ⅱ，17-封隔器Ⅱ，18-智能完井滑套Ⅱ，19-连续管转换接头，20-配重钻杆Ⅰ，21-压力及视频检测短节Ⅰ，22-轴流泵，23-水力驱动马达，24-配重钻杆Ⅱ，25-压力及视频检测短节Ⅱ，26-压控射流破碎工具，27-高压射流组合喷嘴，28-动力钻具，29-水合物钻头，30-钻井液运移方向，31-破碎后天然气水合物运移方向，32-天然气运移方向，33-海水，34-泥沙覆盖层，35-水合物层，36-地层，37-浅层气层，38-深部气层。
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7所示，一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，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、连续管钻机4、钻机井架5、地面循环处理系统6；
海底支持系统；所述海底支持系统包括大尺寸钻杆7、连续管8、海底双井口吸力桩9、生产油管10，海底防喷器39，所述大尺寸钻杆7首端安装在海面钻采船1上，末端安装在海底双井口吸力桩9上，所述连续管8安装在大尺寸钻杆7内，首端与高压泵组3连接，末端与水合物开采系统连接，所述海底双井口吸力桩9安装在海底双生产井口处，所述生产油管10安装在天然气井筒内，与海底双井口吸力桩9连接；
天然气开采系统；所述天然气开采系统包括井下监测器Ⅰ11、井下节流器Ⅰ12、封隔器Ⅰ13、智能完井滑套Ⅰ14、井下监测器Ⅱ15、井下节流器Ⅱ16、封隔器Ⅱ17、智能完井滑套Ⅱ18，所述井下监测器Ⅰ11安装在浅层气层37上部生产油管10上，所述井下节流器Ⅰ12安装在井下监测器Ⅰ11下方生产油管10上、所述封隔器Ⅰ13锚定在井下节流器Ⅰ12下方、所述智能完井滑套Ⅰ14安装在封隔器Ⅰ13下方，所述井下监测器Ⅱ15安装在深部气层38上部生产油管10上，所述井下节流器Ⅱ16安装在井下监测器Ⅱ15下方生产油管10上、所述封隔器Ⅱ17锚定在井下节流器Ⅱ16下方、所述智能完井滑套Ⅱ18安装在封隔器Ⅱ17下方；
水合物开采系统；所述水合物开采系统包括连续管转换接头19、配重钻杆Ⅰ20、压力及视频检测短节Ⅰ21、轴流泵22、水力驱动马达23、配重钻杆Ⅱ24、压力及视频检测短节Ⅱ25、压控射流破碎工具26、高压射流组合喷嘴27、动力钻具28、水合物钻头29。
进一步的，所述连续管转换接头19首端与连续管8连接，末端与配重钻杆Ⅰ20连接；
所述配重钻杆Ⅰ20首端与连续管转换接头19末端连接，末端与压力及视频检测短节Ⅰ21连接；
所述压力及视频检测短节Ⅰ21首端与配重钻杆Ⅰ20末端连接，末端与轴流泵22连接；
所述轴流泵22首端与压力及视频检测短节Ⅰ21末端连接，末端与水力驱动马达23连接；
所述水力驱动马达23首端与轴流泵22末端连接，末端与配重钻杆Ⅱ24连接；
所述配重钻杆Ⅱ24首端与水力驱动马达23末端连接，末端与压力及视频检测短节Ⅱ25连接；
所述压力及视频检测短节Ⅱ25首端与配重钻杆Ⅱ24末端连接，末端与压控射流破碎工具26连接；
所述压控射流破碎工具26首端与压力及视频检测短节Ⅱ25末端连接，末端与动力钻具28连接；
所述动力钻具28首端与压控射流破碎工具26末端连接，末端与水合物钻头29连接；
所述水合物钻头29安装在动力钻具28末端，沿其轴向方向上设有喷射通道；
所述高压射流组合喷嘴27径向安装在压控射流破碎工具26上，高压射流组合喷嘴27使压控射流破碎工具26内部与水合物开采系统外部空间连通。
进一步的，所述海面支持系统中的地面循环处理系统6与所述大尺寸钻杆7和连续管8间的环空空间连通。
进一步的，所述海底双井口吸力桩9内部设有左通道903、右通道904，左右两个通道连通，连通处设有单向阀901，流体只能从左通道903流向右通道904，左通道903与生产油管10连接，右通道904与水合物井口连接，右通道904处设有通道开关902，连通和封闭右通道904与连续管8间的环空空间，双井生产出的产物都通过海底双井口吸力桩9内右通道904输送至海面。
进一步的，所述破碎后水合物浆体通过水合物开采系统举升，经过水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管8与腔体间环空空间、连续管8与海底双井口吸力桩9右通道904环空空间、连续管8与大尺寸钻杆7间环空空间进入地面循环处理系统6处理与储存。
进一步的，所述天然气通过智能完井滑套Ⅰ14、智能完井滑套Ⅱ18进入生产油管10，经过生产油管10通过海底双井口吸力桩9左通道903进入海底双井口吸力桩9右通道904，举升助排破碎后水合物浆体并随水合物浆体一同输送至地面循环处理系统6。
进一步的，所述压控射流破碎工具26位于初始位置时封闭压控射流破碎工具26内部与高压射流组合喷嘴27的连通。
进一步的，所述智能完井滑套Ⅰ14、智能完井滑套Ⅱ18能通过海面钻采船1上的控制装置2控制，保持和隔断生产油管10与天然气井筒间的连通，滑套在安装初始时均为关闭状态。
本发明还提供了一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统的使用方法，它包括以下步骤：
SⅠ、多资源联合开采，具体包括以下步骤：
S1、安装系统
操作人员做好安装前的准备后安装海底支持系统、天然气开采系统、水合物开采系统，并下入水合物开采系统至水合物层35；
S2、水合物开采
当水合物开采系统下放到水合物层35，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控射流破碎工具26向右移动，压控射流破碎工具26封堵与动力钻具28的连通通道，同时连通压控射流破碎工具26内部与高压射流组合喷嘴27，此时钻井液不再经过动力钻具28从水合物钻头29喷出，钻井液通过高压射流组合喷嘴27喷射出并且破碎天然气水合物，回拖水合物开采系统，钻井液从高压射流组合喷嘴27破碎天然气水合物，由于钻井液经过水合物开采系统中的水力驱动马达23，水力驱动马达23带动轴流泵22举升破碎后的水合物，破碎后的水合物经过轴流泵22举升，沿着水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管8与腔体间环空空间、连续管8与海底双井口吸力桩9右通道904环空空间、连续管8与大尺寸钻杆7间环空空间进入地面循环处理系统6处理与储存；
S3、天然气助排
当开始开采水合物时，打开智能完井滑套Ⅰ14或者智能完井滑套Ⅱ18或者同时打开，天然气进入生产油管10，通过生产油管10、海底双井口吸力桩9左通道903进入海底双井口吸力桩9右通道904与破碎后的水合物混合，降低破碎后的水合物浆体的密度，以此帮助举升破碎后的水合物，在此过程中可以通过井下监测器Ⅰ11或者井下检测器Ⅱ15对天然气状态进行监测并通过控制井下节流器Ⅰ12或者井下节流器Ⅱ16对天然气压力、流量进行调控，使天然气达到能够气举水合物浆体所需的压力和流量；
S4、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，减少钻井液流量，压控射流破碎工具26恢复到初始位置，关闭所有智能完井滑套，回收水合物开采系统至主井口，调整方位下放水合物开采系统至水合物层35；
S5、回拖采掘
重复步骤S2～S4完成第二方位的开采；
S6、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，此时在完成水合物开采的同时开采了水合物层位纵向上和水平方向上多点位浅层气、深部气，使系统达到多资源联合开采效果，并且提高了水合物举升效率。
当水合物未完成开采但浅层气、深部气气源不足，不足以对水合物浆体进行气举时，该系统可以进行：
SⅡ、单水合物开采，具体包括以下步骤：
S7、下放工具
操作人员安装好系统后，下入水合物开采系统至水合物层35；
S8、水合物开采
当水合物开采系统下放到水合物层35，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控射流破碎工具26向右移动，压控射流破碎工具26封堵与动力钻具28的连通通道，同时连通压控射流破碎工具26内部与高压射流组合喷嘴27，此时钻井液不再经过动力钻具28从水合物钻头29喷出，钻井液通过高压射流组合喷嘴27喷射出并且破碎天然气水合物，回拖水合物开采系统，钻井液从高压射流组合喷嘴27破碎天然气水合物，由于钻井液经过水合物开采系统中的水力驱动马达23，水力驱动马达23带动轴流泵22举升破碎后的水合物，破碎后的水合物经过轴流泵22举升，沿着水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管8与腔体间环空空间、连续管8与海底双井口吸力桩9右通道904环空空间、连续管8与大尺寸钻杆7间环空空间进入地面循环处理系统6处理与储存；
S9、换方位开采
当一个方位天然气水合物开采完毕后，减少钻井液流量，压控射流破碎工具26恢复到初始位置，关闭所有智能完井滑套，回收水合物开采系统至主井口，调整方位下放水合物开采系统至水合物层35；
S10、回拖采掘
重复步骤S8～S9完成第二方位的开采；
S11、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。
当完成水合物开采并且还存在多点位浅层气、深部气气源时，该系统还可以完成浅层气、深部气的单独开采，具体包括以下步骤：
SⅢ、单浅层气开采，具体包括以下步骤：
S12、关闭通道开关
关闭海底双井口吸力桩9右通道904处的通道开关902，封闭右通道904与连续管8间的环空空间；
S13、打开智能完井滑套
打开智能完井滑套Ⅰ14，渗透在天然气井筒内的天然气通过智能完井滑套Ⅰ14进入生产油管10；
S14、浅层气开采
当智能完井滑套Ⅰ14打开，天然气进入生产油管10内，随后天然气向上运移，经过封隔器Ⅰ13、井下节流器Ⅰ12、井下监测器Ⅰ11、海底双井口吸力桩9左通道903至右通道904、大尺寸钻杆7与连续管8间环空空间至地面循环处理系统6中；
S15、关闭智能完井滑套
当完成浅层气开采后，控制智能完井滑套Ⅰ14，隔断生产油管10与井筒间的连通；
SⅣ、深部气开采，具体包括以下步骤：
S16、关闭通道开关
关闭海底双井口吸力桩9右通道904处的通道开关902，封闭右通道904与连续管8间的环空空间；
S17、打开智能完井滑套
当深部气开采准备好后，打开智能完井滑套Ⅱ18，渗透在天然气井筒内的天然气通过智能完井滑套Ⅱ18进入生产油管10；
S18、深部气开采
当智能完井滑套Ⅱ18打开，天然气进入生产油管10内，随后天然气向上运移，经过封隔器Ⅱ17、井下节流器Ⅱ16、井下监测器Ⅱ15、智能完井滑套Ⅰ14、封隔器Ⅰ13、井下节流器Ⅰ12、井下监测器Ⅰ11、海底双井口吸力桩9左通道903至右通道904、大尺寸钻杆7与连续管8间环空空间至地面循环处理系统6中；
S19、关闭智能完井滑套
当完成深部气开采后，控制智能完井滑套Ⅱ18，隔断生产油管10与井筒间的连通；
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于：它包括海面支持系统、海底支持系统、天然气开采系统和水合物开采系统；
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)、连续管钻机(4)、钻机井架(5)、地面循环处理系统(6)；
所述海底支持系统包括大尺寸钻杆(7)、连续管(8)、海底双井口吸力桩(9)、生产油管(10)，所述大尺寸钻杆(7)首端安装在海面钻采船(1)上，末端安装在海底双井口吸力桩(9)上，所述连续管(8)安装在大尺寸钻杆(7)内，首端与高压泵组(3)连接，末端与水合物开采系统连接，所述海底双井口吸力桩(9)安装在海底双生产井口处，所述生产油管(10)安装在天然气井筒内，与海底双井口吸力桩(9)连接；
所述天然气开采系统包括井下监测器Ⅰ(11)、井下节流器Ⅰ(12)、封隔器Ⅰ(13)、智能完井滑套Ⅰ(14)、井下监测器Ⅱ(15)、井下节流器Ⅱ(16)、封隔器Ⅱ(17)、智能完井滑套Ⅱ(18)，所述井下监测器Ⅰ(11)安装在浅层气层(37)上部生产油管(10)上，所述井下节流器Ⅰ(12)安装在井下监测器Ⅰ(11)下方生产油管(10)上、所述封隔器Ⅰ(13)锚定在井下节流器Ⅰ(12)下方、所述智能完井滑套Ⅰ(14)安装在封隔器Ⅰ(13)下方，所述井下监测器Ⅱ(15)安装在深部气层(38)上部生产油管(10)上，所述井下节流器Ⅱ(16)安装在井下监测器Ⅱ(15)下方生产油管(10)上、所述封隔器Ⅱ(17)锚定在井下节流器Ⅱ(16)下方、所述智能完井滑套Ⅱ(18)安装在封隔器Ⅱ(17)下方；所述水合物开采系统包括连续管转换接头(19)、配重钻杆Ⅰ(20)、压力及视频检测短节Ⅰ(21)、轴流泵(22)、水力驱动马达(23)、配重钻杆Ⅱ(24)、压力及视频检测短节Ⅱ(25)、压控射流破碎工具(26)、高压射流组合喷嘴(27)、动力钻具(28)、水合物钻头(29)，所述连续管转换接头(19)首端与连续管(8)连接，末端与配重钻杆Ⅰ(20)连接，所述配重钻杆Ⅰ(20)首端与连续管转换接头(19)末端连接，末端与压力及视频检测短节Ⅰ(21)连接，所述压力及视频检测短节Ⅰ(21)首端与配重钻杆Ⅰ(20)末端连接，末端与轴流泵(22)连接，所述轴流泵(22)首端与压力及视频检测短节Ⅰ(21)末端连接，末端与水力驱动马达(23)连接，所述水力驱动马达(23)首端与轴流泵(22)末端连接，末端与配重钻杆Ⅱ(24)连接，所述配重钻杆Ⅱ(24)首端与水力驱动马达(23)末端连接，末端与压力及视频检测短节Ⅱ(25)连接，所述压力及视频检测短节Ⅱ(25)首端与配重钻杆Ⅱ(24)末端连接，末端与压控射流破碎工具(26)连接，所述压控射流破碎工具(26)首端与压力及视频检测短节Ⅱ(25)末端连接，末端与动力钻具(28)连接，所述动力钻具(28)首端与压控射流破碎工具(26)末端连接，末端与水合物钻头(29)连接，所述水合物钻头(29)安装在动力钻具(28)末端，沿其轴向方向上设有喷射通道，所述高压射流组合喷嘴(27)径向安装在压控射流破碎工具(26)上，高压射流组合喷嘴(27)使压控射流破碎工具(26)内部与水合物开采系统外部空间连通。
2.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于，所述海面支持系统中的地面循环处理系统(6)与所述大尺寸钻杆(7)和连续管(8)间的环空空间连通。
3.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于，所述海底双井口吸力桩(9)内部设有左通道(903)、右通道(904)，左右两个通道连通，连通处设有单向阀(901)，流体只能从左通道(903)流向右通道(904)，左通道(903)与生产油管(10)连接，右通道(904)与水合物井口连接，右通道(904)处设有通道开关(902)，连通和封闭右通道(904)与连续管(8)间的环空空间，双井生产出的产物都通过海底双井口吸力桩(9)内右通道(904)输送至海面。
4.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于，所述破碎后水合物浆体通过水合物开采系统举升，经过水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管(8)与腔体间环空空间、连续管(8)与海底双井口吸力桩(9)右通道(904)环空空间、连续管(8)与大尺寸钻杆(7)间环空空间进入地面循环处理系统(6)处理与储存。
5.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于，所述天然气通过智能完井滑套Ⅰ(14)、智能完井滑套Ⅱ(18)进入生产油管(10)，经过生产油管(10)通过海底双井口吸力桩(9)左通道(903)进入海底双井口吸力桩(9)右通道(904)，举升助排破碎后水合物浆体并随水合物浆体一同输送至地面循环处理系统(6)。
6.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于，所述压控射流破碎工具(26)位于初始位置时封闭压控射流破碎工具(26)内部与高压射流组合喷嘴(27)的连通。
7.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统，其特征在于，所述智能完井滑套Ⅰ(14)、智能完井滑套Ⅱ(18)能通过海面钻采船(1)上的控制装置(2)控制，保持和隔断生产油管(10)与天然气井筒间的连通，智能完井滑套Ⅰ(14)、智能完井滑套Ⅱ(18)在安装初始时均为关闭状态。
8.根据权利要求1～7中任意一项所示的海洋天然气水合物、浅层气、深部气合采系统的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
SⅠ、多资源联合开采，具体包括以下步骤：
Sa、安装系统，操作人员做好安装前的准备后安装海底支持系统、天然气开采系统、水合物开采系统，并下入水合物开采系统至水合物层(35)；
Sb、水合物开采，当水合物开采系统下放到水合物层(35)，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控射流破碎工具(26)向右移动，压控射流破碎工具(26)封堵与动力钻具(28)的连通通道，同时连通压控射流破碎工具(26)内部与高压射流组合喷嘴(27)，此时钻井液不再经过动力钻具(28)从水合物钻头(29)喷出，钻井液通过高压射流组合喷嘴(27)喷射出并且破碎天然气水合物，回拖水合物开采系统，钻井液从高压射流组合喷嘴(27)破碎天然气水合物，由于钻井液经过水合物开采系统中的水力驱动马达(23)，水力驱动马达(23)带动轴流泵(22)举升破碎后的水合物，破碎后的水合物经过轴流泵(22)举升，沿着水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管(8)与腔体间环空空间、连续管(8)与海底双井口吸力桩(9)右通道(904)环空空间、连续管(8)与大尺寸钻杆(7)间环空空间进入地面循环处理系统(6)处理与储存；
Sc、天然气助排，当开始开采水合物时，打开智能完井滑套Ⅰ(14)或者智能完井滑套Ⅱ(18)或者同时打开，天然气进入生产油管(10)，通过生产油管(10)、海底双井口吸力桩(9)左通道(903)进入海底双井口吸力桩(9)右通道(904)与破碎后的水合物混合，降低破碎后的水合物浆体的密度，以此帮助举升破碎后的水合物，在此过程中可以通过井下监测器Ⅰ(11)或者井下检测器Ⅱ(15)对天然气状态进行监测并通过控制井下节流器Ⅰ(12)或者井下节流器Ⅱ(16)对天然气压力、流量进行调控，使天然气达到能够气举水合物浆体所需的压力和流量；
Sd、换方位开采，当一个方位天然气水合物开采完毕后，减少钻井液流量，压控射流破碎工具(26)恢复到初始位置，关闭所有智能完井滑套，回收水合物开采系统至主井口，调整方位下放水合物开采系统至水合物层(35)；
Se、回拖采掘，重复步骤Sb～Sd完成第二方位的开采；
Sf、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，此时在完成水合物开采的同时开采了水合物层位纵向上和水平方向上多点位浅层气、深部气，使系统达到多资源联合开采效果，并且提高了水合物举升效率；
当水合物未完成开采但浅层气、深部气气源不足，不足以对水合物浆体进行气举时，该系统可以进行：
SⅡ、单水合物开采，具体包括以下步骤：
Sg、下放工具，操作人员安装好系统后，下入水合物开采系统至水合物层(35)；
Sh、水合物开采，当水合物开采系统下放到水合物层(35)，增大钻井液流量，由于钻井液流量增大，压控射流破碎工具(26)向右移动，压控射流破碎工具(26)封堵与动力钻具(28)的连通通道，同时连通压控射流破碎工具(26)内部与高压射流组合喷嘴(27)，此时钻井液不再经过动力钻具(28)从水合物钻头(29)喷出，钻井液通过高压射流组合喷嘴(27)喷射出并且破碎天然气水合物，回拖水合物开采系统，钻井液从高压射流组合喷嘴(27)破碎天然气水合物，由于钻井液经过水合物开采系统中的水力驱动马达(23)，水力驱动马达(23)带动轴流泵(22)举升破碎后的水合物，破碎后的水合物经过轴流泵(22)举升，沿着水合物开采系统与腔体间环空空间、连续管(8)与腔体间环空空间、连续管(8)与海底双井口吸力桩(9)右通道(904)环空空间、连续管(8)与大尺寸钻杆(7)间环空空间进入地面循环处理系统(6)处理与储存；
Si、换方位开采，当一个方位天然气水合物开采完毕后，减少钻井液流量，压控射流破碎工具(26)恢复到初始位置，关闭所有智能完井滑套，回收水合物开采系统至主井口，调整方位下放水合物开采系统至水合物层(35)；
Sj、回拖采掘，重复步骤Sh～Si完成第二方位的开采；
Sk、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；
当完成水合物开采并且还存在多点位浅层气、深部气气源时，该系统还可以完成浅层气、深部气的单独开采，具体包括以下步骤：
SⅢ、单浅层气开采，具体包括以下步骤：
Sl、关闭通道开关，关闭海底双井口吸力桩(9)右通道(904)处的通道开关(902)，封闭右通道(904)与连续管(8)间的环空空间；
Sm、打开智能完井滑套，打开智能完井滑套Ⅰ(14)，渗透在天然气井筒内的天然气通过智能完井滑套Ⅰ(14)进入生产油管(10)；
Sn、浅层气开采，当智能完井滑套Ⅰ(14)打开，天然气进入生产油管(10)内，随后天然气向上运移，经过封隔器Ⅰ(13)、井下节流器Ⅰ(12)、井下监测器Ⅰ(11)、海底双井口吸力桩(9)左通道(903)至右通道(904)、大尺寸钻杆(7)与连续管(8)间环空空间至地面循环处理系统(6)中；
So、关闭智能完井滑套，当完成浅层气开采后，控制智能完井滑套Ⅰ(14)，隔断生产油管(10)与井筒间的连通；
SⅣ、深部气开采，具体包括以下步骤：
Sp、关闭通道开关，关闭海底双井口吸力桩(9)右通道(904)处的通道开关(902)，封闭右通道(904)与连续管(8)间的环空空间；
Sq、打开智能完井滑套，当深部气开采准备好后，打开智能完井滑套Ⅱ(18)，渗透在天然气井筒内的天然气通过智能完井滑套Ⅱ(18)进入生产油管(10)；
Sr、深部气开采，当智能完井滑套Ⅱ(18)打开，天然气进入生产油管(10)内，随后天然气向上运移，经过封隔器Ⅱ(17)、井下节流器Ⅱ(16)、井下监测器Ⅱ(15)、智能完井滑套Ⅰ(14)、封隔器Ⅰ(13)、井下节流器Ⅰ(12)、井下监测器Ⅰ(11)、海底双井口吸力桩(9)左通道(903)至右通道(904)、大尺寸钻杆(7)与连续管(8)间环空空间至地面循环处理系统(6)中；
Ss、关闭智能完井滑套，当完成深部气开采后，控制智能完井滑套Ⅱ(18)，隔断生产油管(10)与井筒间的连通。
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| CN117236232A (zh) * | 2023-11-15 | 2023-12-15 | 中国石油大学(华东) | 天然气水合物与浅层气、深层气联合开采模拟方法和系统 |
| CN117236232B (zh) * | 2023-11-15 | 2024-02-20 | 中国石油大学(华东) | 天然气水合物与浅层气、深层气联合开采模拟方法和系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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