CN212296319U - 一种天然气水合物共振储层的改造装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种天然气水合物共振储层的改造装置，包括地面控制系统、核心共振本体、采气管和套管，其中，套管的一端置于海平面，另一端依次穿过海平面、上部岩层和天然气水合物储层，置于下部岩层内；所述核心共振本体置于套管内，且其下部置于天然气水合物储层内，其上部置于天然气水合物储层上部的上部岩层内；所述核心共振本体的内部开设有共振腔，所述共振腔内放置有爆炸丝，所述爆炸丝与地面控制系统连接；所述套管内还设置有采气管，所述采气管的一端置于天然气水合物储层上部的上部岩层内，另一端置于海平面上；本装置能够有效地提高海底天然气水合物储层渗透率的同时，能够对海底储层进行平缓、稳定的改造。
Description
技术领域
本实用新型涉及天然气水合物储层改造技术领域，特别涉及一种天然气水合物共振储层的改造装置。
背景技术
天然气水合物是天然气(CH4)和水在高压低温条件下形成的一种似冰笼状固体化合物，主要分布在极地、高原等冻土带环境和深海、深水等水下地层环境。由于其燃烧对环境影响较小，属于一种新型高效清洁能源，具备替代传统燃料的巨大资源潜力，因此近年来备受各国和各大能源公司青睐。尽管目前已形成了降压法、热激发法、抑制剂法、CO2置换法和固体开采法等一系列天然气水合物开采方法，但由于各种天然气水合物开采方法均存在效率偏低的问题，因此往往需要联合两种及以上开采方法同时使用，或采用其他手段对天然气水合物储层进行处理改造。
数值模拟是目前进行天然气水合物开发效率预测的最主要手段之一。基于数值模拟研究成果，主要认为天然气水合物储层的渗透率是限制天然气水合物开采效率的重要条件；若天然气水合物储层处于超低渗状态，利用降压法、热激发法等开采方法极易达到开采极限，在不提高天然气水合物渗透率的前提下，很难通过上述手段显著提升海底天然气水合物的开采效率。若通过一定方式，将天然气水合物储层渗透率提升1-2个数量级，可在温压条件基本保持不变的前提下，使CH4产气量提升1-2倍。因此，有必要研制出一种可有效提高天然气水合物储层及其上下岩层渗透率的技术，其在天然气水合物开采方面具有积极显著的推广意义。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种天然气水合物共振储层的改造装置，解决了现有的天然气水合物开采方法存在效率低的问题。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提供的一种天然气水合物共振储层的改造装置，包括地面控制系统、核心共振本体、采气管和套管，其中，套管的一端置于海平面，另一端依次穿过海平面、上部岩层和天然气水合物储层，置于下部岩层内；所述核心共振本体置于套管内，且其下部置于天然气水合物储层内，其上部置于天然气水合物储层上部的上部岩层内；所述核心共振本体的内部开设有共振腔，所述共振腔内放置有爆炸丝，所述爆炸丝与地面控制系统连接；
所述套管内还设置有采气管，所述采气管的一端置于天然气水合物储层上部的上部岩层内，另一端置于海平面上。
优选地，所述核心共振本体的侧壁上对称布置有两个声波加强设备。
优选地，所述核心共振本体通过底部设置的基座嵌固于岩层上。
优选地，所述核心共振本体的顶部套装有油管，所述油管和核心共振本体之间设置有高强橡胶塞。
优选地，所述采气管置于海平面的一端设置有抽气泵。
优选地，所述采气管置于上部岩层的一端设置有过滤网。
优选地，所述地面控制系统通过高强度电缆核心共振本体相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的一种天然气水合物共振储层的改造装置，在天然气储层岩层内设置核心共振部，通过地面控制系统向核心共振部提供高频电信号，使得核心共振部爆炸，进而使得天然气储层岩层爆炸，导致天然气水合物溢出；接着联合降压法进行天然气水合物的开采；该装置综合提高了天然气水合物的开采量和开采速率；本装置能够有效地提高海底天然气水合物储层渗透率的同时，能够对海底储层进行平缓、稳定的改造。
附图说明
图1是本实用新型的改造装置的使用流程图；
图2是本实用新型的改造装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
为了提高海底天然气水合物的改造效果，同时促进天然气水合物的开采量和开采速率，本实用新型主要是在获取天然气水合物储层固有频率的基础上，组装天然气水合物共振储层改造装置，并将其共振频率调试为与天然气水合物储层一致；其次，利用高强度电缆将天然气水合物共振储层改造装置沿油管内壁放入天然气水合物储层，并保证装置上缘与油管内壁封死；然后，启动地面控制系统，通过高强度电缆引爆装置内爆炸丝，产生与天然气水合物同频率的高分贝超声波，并通过声波增强设备向储层中推送声波，同时启动抽气泵，从油管和套管间隙间抽取天然气水合物储层增渗产出的CH4气体；最后，待通过反复共振增渗、产气量不发生显著提升或产气量已显著低于经济采气量时，应停止共振作业，并回收天然气水合物共振储层改造装置。
如图2所示，本实用新型提供的一种天然气水合物共振储层的改造装置，包括地面控制系统，所述地面控制系统通过高强度电缆1与置于天然气水合物储层的共振储层改造装置的核心共振本体3相连。
所述地面控制系统用于发出高频电信号，从而通过电火花引爆爆炸丝。
所述高强度电缆1通过能量控制器与核心共振本体3连接，用于向核心共振本体3输出设定频率和强度的电信号，使得核心共振本体3产生与天然气水合物储层频率一致的声波。
所述核心共振本体3通过底部设置的基座7嵌固于岩层上。
所述核心共振本体3的顶部套装有油管2，油管2用于固定和启动核心共振本体3，所述油管2和核心共振本体3之间设置有高强橡胶塞8。
所述油管2的一端置于天然气水合物储层上部的上部岩层内；所述油管2的另一端置于海面平台，用于天然气水合物改造装置控制。
所述核心共振本体3的内部设置有共振腔4，所述共振腔4内部设有爆炸丝5。
所述爆炸丝的顶部与高强度电缆1相接。
所述共振腔4的下部开设有两个对称布置的安装孔，所述安装孔的轴线与共振腔4的轴线互相垂直。
所述两个安装孔内均安装有一个声波加强设备6，用于放大声波分贝。
所述声波加强设备6的结构与安装孔的结构相配合。
所述油管2上套装有套管10，所述油管2和套管10之间设置采气管11。
所述采气管11的一端置于天然气水合物储层上部的上部岩层内，且该端设置有过滤网9，用以过滤采气过程中的上浮砂石，而在采气管11的另一端置于海平面上，且设置有抽气泵12，用以采用降压法促进天然气水合物开采。
所述高强度电缆1可承担吊装装置过程中的重力和摆动，能够耐海水腐蚀，并在一定程度上可承受下吊过程中与岩层和井壁的磨损；
所述的共振腔4和爆炸丝5应经过预先调试，以可产生与天然气水合物储层相同的共振频率为宜；
所述的高强橡胶塞8应可使装置核心共振本体3和油管2内壁有效封堵，且能承受共振过程中的波动和震荡；
所述的过滤网9尺寸应使其刚好卡固在油管2和套管10之间，过滤网9网孔尺寸应以可顺利通过CH4气体、但可阻止储层内砂石通过为佳。
本实用新型的一种天然气水合物共振储层的改造装置的使用方法，具体包括以下步骤：
步骤1，采集或制备天然气水合物样品，利用共振频率测试仪获取天然气水合物储层的固有频率等基本参数；
步骤2，组装天然气水合物共振储层改造装置，并将储层改造装置的共振频率调试为与天然气水合物储层一致；
步骤3，利用高强度电缆1将天然气水合物共振储层改造装置沿油管2内壁放入天然气水合物储层，并保证装置上缘与油管2内壁封死；
步骤4，启动地面控制系统，通过高强度电缆1引爆爆炸丝5，产生与天然气水合物同频率的高分贝超声波，并通过声波增强设备6向天然气水合物储层中推送声波；
步骤5，在爆炸丝5引爆后，同时启动抽气泵11，从油管2和套管10间隙间抽取天然气水合物储层增渗产出的CH4气体；
步骤6，待通过反复共振增渗、产气量不发生显著提升或产气量已显著低于经济采气量时，应停止继续共振作业，并回收天然气水合物共振储层改造装置。
其中，步骤1中，利用共振方法对天然气水合物储层进行改造的前提是获取有效的天然气水合物基本物性数据。通过直接从海底采集天然气水合物样品或利用实验室设备制取天然气水合物等方式，基于孔渗测试仪、共振频率测试仪等仪器获取天然气水合物等物理属性，尤其是获取天然气水合物储层固有频率等基本改造参数。
步骤2中，所述地面控制系统用于控制装置的供电时间、强度并可随时启动、停止供电进程。
步骤5中，基于调试好的天然气共振储层的改造装置，通过地面控制系统缓慢启动引爆丝5，并观测采气管11中产气量的变化情况。同时，基于天然气水合物的应力监测系统观察井下地层的稳定情况，若发现应力监测系统提示井下应力或地层发生突变，应立即停止地面控制系统并中止储层共振作业，待异常情况排除或修复稳定地下岩层后，再重启储层改造作业。
若应力监测系统显示天然气水合物共振改造期间海底地层并未发生显著异常情况，则可逐渐加大爆炸丝5启动频次和电流强度，提高超声波强度并增大储层改造幅度，以提高CH4产气效率。高强度共振储层改造期间，仍需随时监控海底地层稳定情况。
步骤6，利用提升泵将与高强度电缆1联系的高强橡胶塞8、装置核心共振本体3、基座7和过滤网9逐项提起，回收天然气水合物共振储层改造装置以备下次使用，同时采取封井措施，稳定天然气水合物储层及上下岩层。
本实用新型以期对海底储层进行平缓、稳定改造；同时，可通过实践方式验证共振频率对储层改造效果的影响规律，并与实验手段相结合进一步优化共振储层改造方式；最后，能够联合降压法综合提高CH4的采气量和采气速率，对缓解全球能源压力具有积极的意义。本实用新型利用相对简易的装置，可实现海底天然气水合物的相对高效开采，在天然气水合物开发领域具有较好的推广意义。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型的实施范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本实用新型涵盖的范畴。
Claims (7)
1.一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，包括地面控制系统、核心共振本体(3)、采气管(11)和套管(10)，其中，套管(10)的一端置于海平面，另一端依次穿过海平面、上部岩层和天然气水合物储层，置于下部岩层内；所述核心共振本体(3)置于套管内，且其下部置于天然气水合物储层内，其上部置于天然气水合物储层上部的上部岩层内；所述核心共振本体(3)的内部开设有共振腔(4)，所述共振腔(4)内放置有爆炸丝(5)，所述爆炸丝(5)与地面控制系统连接；
所述套管(10)内还设置有采气管(11)，所述采气管(11)的一端置于天然气水合物储层上部的上部岩层内，另一端置于海平面上。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，所述核心共振本体(3)的侧壁上对称布置有两个声波加强设备(6)。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，所述核心共振本体(3)通过底部设置的基座(7)嵌固于岩层上。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，所述核心共振本体(3)的顶部套装有油管(2)，所述油管(2)和核心共振本体(3)之间设置有高强橡胶塞(8)。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，所述采气管(11)置于海平面的一端设置有抽气泵(12)。
6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，所述采气管(11)置于上部岩层的一端设置有过滤网(9)。
7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物共振储层的改造装置，其特征在于，所述地面控制系统通过高强度电缆(1)核心共振本体(3)相连。
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