CN208885255U - 天然气水合物多井生产系统 - Google Patents

Abstract

一种天然气水合物多井生产系统，包括：第一生产井(2)，其部分地位于海床之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气和液体；第二生产井(3)，其部分地位于海床之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气和液体，且与所述第一生产井(2)隔开；井内连通管(30)，所述井内连通管分别连接至所述第一生产井(2)和第二生产井(3)，以使得所述第一生产井与所述第二生产井流体连通并且第二生产井(3)中的天然气和液体能够流入到第一生产井(2)中；以及电潜泵(4)，电潜泵设置在第一生产井(2)中，以将第二生产井中的解析出的天然气和液体抽吸到第一生产井。

Description

天然气水合物多井生产系统

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物多井生产系统。

背景技术

近十几年来，人们越来越重视天然气水合物浅层水下沉积，在这种沉积物的地球物理勘探中，需要对海底沉积物进行取样和试验。天然气水合物储层通常位于浅沉积层中，通常是海床以下100-300米。使用现有的钻探和生产技术，唯一的选择是在储层中竖直地进行钻井，近年来，天然气水合物储层的竖直钻井在一定程度上取得了成功，但回采到水面船舶的产气量有限。一个主要原因是天然气水合物储层与生产套管接触面积有限。在对天然气水合物沉积物进行减压的过程中，砂粒跟随来自储层的气体和水流，并随着时间的推移部分地堵塞安装在多孔生产管外部的防砂滤筛。随着时间的推移，这种堵塞也限制了产能。

类似油井和天然气井，在天然气水合物储层中钻探较长的水平井将增加储层和生产井之间的接触面积，因此能够显著地增加天然气水合物生产系统的产量。因为天然气水合物储层位于浅层未加固的地层沉积物中，所以在这些浅层深度中钻水平井或斜井需要这些井具有大角度、大井眼曲率角。当到达例如100米等的浅层深度时，这些井从竖直方向转向到水平方向，并且在水平井中不存在任何竖直部分。

一般情况下，电潜泵需要一定的竖直长度或水平长度以便于将其安装在生产井中。电潜泵的组件因为都较长，刚性的且很难弯曲，因此在具有高曲率的井中，很难安装该电潜泵。

因此，在本领域中，需要一种天然气水合物生产系统，该生产系统即能够满足电潜泵的安装要求，还能够尽可能地扩大天然气水合物储层和生产井之间的接触面积。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个目的，提供一种天然气水合物多井生产系统，该天然气水合物多井生产系统能够尽可能地扩大天然气水合物储层和生产井之间的接触面积，且能够使用一个电潜泵降低多个井中的压力且从多个生产井中抽吸解析物。

根据本发明的一个方面，提供一种天然气水合物多井生产系统，包括：

第一生产井，其部分地位于海床之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气和液体；

第二生产井，其部分地位于海床之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气和液体，且与所述第一生产井隔开；

井内连通管，所述井内连通管分别连接至所述第一生产井和第二生产井，以使得所述第一生产井与所述第二生产井流体连通并且第二生产井中的天然气和液体能够流入到第一生产井中；以及

电潜泵，所述电潜泵设置在所述第一生产井中，以将第二生产井中的解析出的天然气和液体抽吸到第一生产井，且使得来自第一生产井和第二生产井的混合的天然气和液体都从第一生产井中输出以使得所有生产井中的压力下降以持续地解析出天然气和液体。

在根据本发明的一个优选实施例中，所述第一生产井为直井，所述第二生产井为浅层水平井，且所述第一生产井和第二生产井均安装至位于海床上的多井水下基盘。

在根据本发明的另一优选实施例中，所述第一生产井和第二生产井分别包括延伸至海床之上的第一表层套管和第二表层套管和位于海床之下的第一生产套管和第二生产套管，所述井内连通管的两端分别连接至所述第一表层套管和所述第二表层套管，以使得所述第一生产井与所述第二生产井流体连通。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括尾管悬挂器，所述尾管悬挂器安装至所述表层套管的下端以将所述表层套管密封地连接至所述生产套管。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括天然气水合物输送装置，其设置在所述第一生产井处且被构造为将解析出的天然气和液体输出生产井。

在根据本发明的另一优选实施例中，所述天然气水合物输送装置包括：天然气水合物分离器，其部分地设置在所述第一表层套管的上端的内部使得解析出的天然气进入所述天然气水合物分离器中的气体通道，且连接至电潜泵以使得解析出的液体被泵送到所述天然气水合物分离器中的流体通道；天然气水合物隔水管，其下端连接至天然气水合物分离器的气体通道以将解析出的天然气输送到海面采集船舶；以及生产水管线，其连接至天然气水合物分离器的流体通道以将解析出的液体输送到海面采集船舶。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括隔水管闸板，其紧密地围绕所述天然气水合物分离器的外周且覆盖所述第一表层套管的上开口以使得所述第一生产井与外界海水隔开。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括防喷器，所述防喷器设置在所述第一生产井的井口处且设置在所述隔水管闸板的上方以用于在紧急情况下控制生产井中的压力。

在根据本发明的另一优选实施例中，所述防喷器包括环空防喷器，其呈圆形形状在所述天然气水合物隔水管和第一生产井的井口之间形成环形空间，所述环空防喷器设置在该环形空间的径向外侧且设置成围绕该环形空间的竖直方向上的一段，以在紧急情况下能够径向向内移动以在所述一段处封住所述环形空间，以使得所述环空防喷器以下的生产井与海水隔开。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括剪切盲板，在所述天然气水合物隔水管和第一生产井的井口之间形成环形空间，所述剪切盲板设置在该环形空间的径向外侧，以在紧急情况下能够径向向内移动以剪断所述天然气水合物隔水管。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括井涌压井阀，其与所述天然气水合物分离器的流体通道流体连通，以在所述井涌压井阀打开时允许海水通过所述流体通道(进入所述生产井中以填埋该生产井。

在根据本发明的另一优选实施例中，天然气水合物多井生产系统，还包括乙二醇注入管线，其用于向生产井中注入乙二醇以防止解析出的天然气和液体再次凝固成固体。

在根据本发明的另一优选实施例中，所述井内连通管包括隔离阀，在所述隔离阀打开时，允许第一生产井和第二生产井之间的流体连通，在所述隔离阀闭合时阻断第一生产井和第二生产井之间的流体连通。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的天然气水合物多井生产系统的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的天然气水合物多井生产系统的示意图。

如图1所示，根据本发明的一种天然气水合物多井生产系统包括：第一生产井2，其部分地位于海床15之下以用于收集从天然气水合物储层5中解析出的天然气22和液体23；第二生产井3，其部分地位于海床15之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气22和液体23，且与所述第一生产井2隔开；井内连通管30，所述井内连通管分别连接至所述第一生产井2和第二生产井3，以使得所述第一生产井2与所述第二生产井3流体连通并且第二生产井3中的天然气22和液体23能够流入到第一生产井2中；以及电潜泵4，所述电潜泵设置在所述第一生产井2中，以将第二生产井3中的解析出的天然气和液体抽吸到第一生产井2，且使得来自第一生产井2和第二生产井3的混合的天然气和液体都从第一生产井2中输出以使得所有生产井中的压力下降以持续地解析出天然气和液体。

参考图1，多井生产系统的海底钻井基盘1安装在海床15上，天然气水合物储层5位于该海床之下。第一生产井2和第二生产井3的上部都固定在该海底钻井基盘1上，且下部位于天然气水合物储层5中。天然气水合物储层中的地层空隙压力降低以变成压力衰竭储层，从而天然气水合物从其结冰的状态消融，以变成自由的天然气水合物气体成分22和天然气水合物液体成分23，其中气体成分22主要为甲烷，液体成分23主要为水。在该压力衰竭储层中设置多个生产井，从而能够采集更多的天然气水合物气体成分22和天然气水合物液体成分23。

参考图1，该多井生产系统设置有井内连通管30，所述井内连通管分别连接至所述第一生产井2和第二生产井3，在该井内连通管30中气体和液体一般情况下从第二生产井3流动到第一生产井2，这是因为电潜泵4设置在第一生产井2中，能够在第一生产井2中形成低压区，因此能够将解析到第二生产井3中的气体和液体成分都抽吸到第一生产井2中。随着天然气水合物气体成分22和天然气水合物液体成分23不断地被抽吸走，压力衰竭储层能够持续地保持低压，从而使得天然气水合物不断地被解析。

在根据本发明的一个优选实施例中，所述第一生产井2为直井，所述第二生产井3为浅层水平井。因为直井2不具有任何井眼曲率，因此能够在该直井2中安装具有较长且刚性的部件的电潜泵4。

在本发明中，通过设置水平的第二生产井3能够增加天然气水合物储层5和第二生产井3的生产套管之间的接触面积，从而显著地增大产量。此外，该多井生产系统还设置有竖直的第一生产井2，因此能够将电潜泵4安装在该第一生产井2中。通过设置井内连通管30，第一生产井2和第二生产井3彼此流体连通，从而能够利用第一生产井2中的电潜泵4来抽吸两者内部的解析物。在优选的实施例中，该井内连通管30位于海床15之上，以便于安装。本领域的技术人员应当理解第一生产井2和第二生产井3的数量不限于图1所示的1个第一生产井2和1个第二生产井3，其数量可以根据具体需求而设定。

在根据本发明的一个示例性实施例中，所述第一生产井2和第二生产井3分别包括延伸至海床之上的第一表层套管2a和第二表层套管3a和位于海床之下的第一生产套管2b和第二生产套管3b，所述井内连通管30的两端分别连接至所述第一表层套管2a和所述第二表层套管3a，以使得所述第一生产井与所述第二生产井流体连通。优选地，所述表层套管2a和3a都安装在海底钻井基盘1中。如图1所示，第二生产井3的井口29被隔离罩7覆盖，从而使得海水与第二生产井3的内部隔离。第一生产井2的井口覆盖有隔水管闸板和防喷器，其具体结构在下文中将详细说明。

在根据本发明的一个实施例中，如图1所示，为了将生产套管2b和3b与表层套管2a和3a连接起来，该生产系统还包括尾管悬挂器18，所述尾管悬挂器安装至所述表层套管2a，3a的下端以将所述表层套管密封地连接至所述生产套管2b，3b。优选地，该尾管悬挂器18位于井内连通管30的安装位置之下，以不干涉井内连通管30的安装。

在根据本发明的一个实施例中，该天然气水合物多井生产系统还包括天然气水合物输送装置，其设置在所述第一生产井2处且被构造为将解析出的天然气和液体输出生产井。

在根据本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述天然气水合物输送装置包括天然气水合物分离器8，其部分地设置在所述第一表层套管2a的上端中使得解析出的天然气进入所述天然气水合物分离器8的气体通道24中，且连接至电潜泵4以使得解析出的液体被泵送到所述天然气水合物分离器8的流体通道25中；天然气水合物隔水管13，其下端连接至天然气水合物分离器8的气体通道24以将解析出的天然气输送到海面采集船舶；以及生产水管线27，其连接至天然气水合物分离器8的流体通道25以将解析出的液体输送到海面采集船舶。

由于电潜泵4设置在第一生产井2中，那么在第一生产井2将产生最低压力，从而来自一个或多个第二生产井3的天然气水合物气体成分22和液体成分23都将流入到该第一生产井2中。在该天然气水合物分离器8中，气体通道24和流体通道25分离开。来自第二生产井3的天然气水合物气体成分22在进入第一生产井2之后将自动上升到如图1所示的虚线22所示的静液面之上，然后能够自动地进入到气体通道24中并流入到天然气水合物隔水管13中。一般情况下，该虚线22表示天然气水合物液体成分23所能够达到的最高液位，以不阻挡天然气水合物分离器8的气体通道24。此外，天然气水合物液体成分23在电潜泵4的抽吸作用下进入所述流体通道25，然后被泵送到生产水管线27中。

在天然气水合物的解析过程中，需要使得生产套管与外部海水严格隔离开。一般情况下，需要将生产套管中保持为低压，从而使得位于该生产套管附近的储层的压力也能够相应地降低，从而该储层中的天然气水合物从其冰块状态消融以解析出天然气水合物的气体成分和液体成分，并且能够自动地流入到低压的生产套管中。为了持续地解析天然气水合物，需要一直将生产套管内的压力保持为低压。如果海水进入到该生产套管中，将破坏生产套管中的低压环境，从而无法再从天然气水合物储层中解析出气体成分和液体成分。

在根据本发明的一个实施例中，如图1所示，为了使得第一生产井2的内部与海水隔离开，第一生产井2的井口覆盖有隔水管闸板28，其紧密地围绕所述天然气水合物分离器8的外周且覆盖所述第一表层套管2a的上开口以使得所述第一生产井2与外界海水隔开。以此方式，能够使得生产井中的压力降低得足够低，从而不断地使得气体水合物从冰块状态转换成液体成分和气体成分。优选地，如图1所示，隔水管闸板28的下表面、天然气水合物分离器8外周壁的一部分以及第一表层套管2a的内周壁形成所述流体通道25的一部分。在此情况下，天然气水合物分离器8的外周壁的下部紧密地且密封地配合在第一表层套管2a中，以使得流体通道25中的流体不会回流到生产套管2b中。

在隔水管闸板28损坏的情况下，海水可能进入到生产套管中，在此情况下，需要进一步设置使得海水与生产套管隔离的装置。在根据本发明的一个示例性实施例中，该天然气水合物多井生产系统还包括防喷器6，所述防喷器6设置在所述第一生产井2的井口处且设置在所述隔水管闸板28的上方，以用于在紧急情况下控制生产井中的压力。

在根据本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述防喷器包括环空防喷器26，其呈圆形形状。在所述天然气水合物隔水管13和第一生产井2的井口2c之间形成环形空间29。所述环空防喷器26设置在该环形空间29的径向外侧且设置成围绕该环形空间29的竖直方向上的一段，以在紧急情况下能够径向向内移动以在所述一段处封住所述环形空间29，以使得所述环空防喷器26以下的生产井与海水隔开。例如，在该井口2c的径向外侧设置有用于容纳环空防喷器26的径向空间，在正常情况下，该环空防喷器26被容纳在该径向空间中。在隔水管闸板28损坏的情况下，存在海水可能通过该环形空间29通过破损的隔水管闸板28而进入到生产套管中的风险，在此情况下，致动环空防喷器26，环空防喷器26将径向向内移动以封住该环形空间29的竖直方向上的一端，使得海水无法进入到生产套管中。一般情况下，环空防喷器26具有很大的弹性以抱死天然气水合物隔水管13。

在海面上出现飓风、台风、海啸、甚至地震、火山等恶劣条件的情况下，海面的天然气收集船舶需要与生产系统分离开，该恶劣条件可能损坏一直延伸到海面船舶的天然气水合物隔水管13。因此，在根据本发明的一个实施例中，天然气水合物多井生产系统还包括剪切盲板10，所述剪切盲板10也设置在上述的环形空间29的径向外侧，以在上述的紧急情况下能够径向向内移动以剪断所述天然气水合物隔水管13。在根据本发明的另一实施例中，所述天然气水合物多井生产系统还包括紧急快速脱手组件12，使得控制系统等能够脱离该生产系统。然后船舶能够收回控制系统和隔水管13以离开原来的采集位置。

在天然气水合物的采集过程中，当储层中的天然气基本被采集完时，需要按照计划填埋该生产井。在根据本发明的一个示例性实施例中，该天然气水合物多井生产系统还包括井涌压井阀11，其与所述天然气水合物分离器8的流体通道25流体连通，以在所述井涌压井阀11打开时允许海水通过所述流体通道25进入所述生产井中以填埋该生产井，从而终止该生产，使之回到开采之前的初始状态。

为了防止生产套管中解析出的气体成分和液体成分重新变成冰块状态，该天然气水合物多井生产系统，还包括乙二醇注入管线19，其用于向生产井中注入乙二醇以防止解析出的天然气和液体再次凝固成固体。在根据本发明的一个示例性实施例中，该乙二醇注入管线19设置在天然气水合物分离器8的下端，从而直接向解析出的气体成分和液体成分直接喷洒乙二醇。

在根据本发明的一个示例性实施例中，所述井内连通管30包括隔离阀9，在所述隔离阀打开时，允许第一生产井2和第二生产井3之间的流体连通，在所述隔离阀闭合时阻断第一生产井2和第二生产井3之间的流体连通。因此，能够实际生产情况，打开和关闭隔离阀9以适应实际的生产状态。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，并且各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (13)

1.一种天然气水合物多井生产系统，包括：

第一生产井(2)，其部分地位于海床之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气和液体；

第二生产井(3)，其部分地位于海床之下以用于收集从天然气水合物储层中解析出的天然气和液体，且与所述第一生产井(2)隔开；

井内连通管(30)，所述井内连通管分别连接至所述第一生产井(2)和第二生产井(3)，以使得所述第一生产井与所述第二生产井流体连通并且第二生产井(3)中的天然气和液体能够流入到第一生产井(2)中；以及

电潜泵(4)，所述电潜泵设置在所述第一生产井(2)中，以将第二生产井中的解析出的天然气和液体抽吸到第一生产井，且使得来自第一生产井和第二生产井的混合的天然气和液体都从第一生产井中输出以使得所有生产井中的压力下降以持续地解析出天然气和液体。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物多井生产系统，其中，所述第一生产井(2)为直井，所述第二生产井(3)为浅层水平井，且所述第一生产井和第二生产井均安装至位于海床上的多井水下基盘(1)。

3.根据权利要求1所述的天然气水合物多井生产系统，其中，所述第一生产井(2)和第二生产井(3)分别包括延伸至海床之上的第一表层套管(2a)和第二表层套管(3a)和位于海床之下的第一生产套管(2b)和第二生产套管(3b)，所述井内连通管(30)的两端分别连接至所述第一表层套管(2a)和所述第二表层套管(3a)，以使得所述第一生产井与所述第二生产井流体连通。

4.根据权利要求3所述的天然气水合物多井生产系统，还包括尾管悬挂器(18)，所述尾管悬挂器安装至所述表层套管(2a，3a)的下端以将所述表层套管密封地连接至所述生产套管(2b，3b)。

5.根据权利要求3所述的天然气水合物多井生产系统，还包括天然气水合物输送装置，其设置在所述第一生产井(2)处且被构造为将解析出的天然气和液体输出生产井。

6.根据权利要求5所述的天然气水合物多井生产系统，其中，所述天然气水合物输送装置包括：

天然气水合物分离器(8)，其部分地设置在所述第一表层套管(2a)的上端的内部使得解析出的天然气进入所述天然气水合物分离器中的气体通道(24)，且连接至电潜泵(4)以使得解析出的液体被泵送到所述天然气水合物分离器中的流体通道(25)；

天然气水合物隔水管(13)，其下端连接至天然气水合物分离器(8)的气体通道(24)以将解析出的天然气输送到海面采集船舶；以及

生产水管线(27)，其连接至天然气水合物分离器(8)的流体通道(25)以将解析出的液体输送到海面采集船舶。

7.根据权利要求6所述的天然气水合物多井生产系统，还包括隔水管闸板(28)，其紧密地围绕所述天然气水合物分离器(8)的外周且覆盖所述第一表层套管(2a)的上开口以使得所述第一生产井(2)与外界海水隔开。

8.根据权利要求7所述的天然气水合物多井生产系统，还包括防喷器(6)，所述防喷器(6)设置在所述第一生产井(2)的井口(2c)处且设置在所述隔水管闸板(28)的上方，以用于在紧急情况下控制生产井中的压力。

9.根据权利要求8所述的天然气水合物多井生产系统，所述防喷器包括环空防喷器(26)，其呈圆形形状

在所述天然气水合物隔水管(13)和第一生产井(2)的井口(2c)之间形成环形空间(29)，

所述环空防喷器(26)设置在该环形空间(29)的径向外侧且设置成围绕该环形空间(29)的竖直方向上的一段，以在紧急情况下能够径向向内移动以在所述一段处封住所述环形空间(29)，以使得所述环空防喷器(26)以下的生产井与海水隔开。

10.根据权利要求6所述的天然气水合物多井生产系统，还包括剪切盲板(10)，

在所述天然气水合物隔水管(13)和第一生产井(2)的井口(2c)之间形成环形空间(29)，

所述剪切盲板(10)设置在该环形空间(29)的径向外侧，以在紧急情况下能够径向向内移动以剪断所述天然气水合物隔水管(13)。

11.根据权利要求6所述的天然气水合物多井生产系统，还包括井涌压井阀(11)，其与所述天然气水合物分离器(8)的流体通道(25)流体连通，以在所述井涌压井阀(11)打开时允许海水通过所述流体通道(25)进入所述生产井中以填埋该生产井。

12.根据权利要求1所述的天然气水合物多井生产系统，还包括乙二醇注入管线(19)，其用于向生产井中注入乙二醇以防止解析出的天然气和液体再次凝固成固体。

13.根据权利要求1所述的天然气水合物多井生产系统，所述井内连通管(30)包括隔离阀(9)，在所述隔离阀打开时，允许第一生产井(2)和第二生产井(3)之间的流体连通，在所述隔离阀闭合时阻断第一生产井(2)和第二生产井(3)之间的流体连通。