CN215444034U - 用于天然气水合物开采的井网结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于天然气水合物开采的井网结构，其包括第一开采井、第二开采井和第三开采井；第一开采井包括首尾连通的第一竖直井体和第一水平井体，第一竖直井体的第一端从海水中伸出，第一竖直井体的第二端伸至海底的水合物储层，第一水平井体位于海底的水合物储层中，第一水平井体的第三端与第一竖直井体伸至海底的水合物储层的第二端连通；第二开采井的一端从海水中伸出，第二开采井的另一端伸至海底的水合物储层，第三开采井的一端从海水中伸出，第三开采井的另一端伸至海底的水合物储层。本实用新型结构简单，有效提高了天然气水合物的开采效率。

Description

用于天然气水合物开采的井网结构

技术领域

本实用新型涉及天然气开采设备技术领域，具体地涉及一种用于天然气水合物开采的井网结构。

背景技术

天然气水合物是一种晶体状固体，它由水和甲烷气体组成。天然气水合物主要存在于冻土区域和深海沉积物中，这些地方满足水合物稳定存在的低温高压环境。全球天然气水合物估算储量有10¹⁵-10¹⁸STm³，超过了全部探明的传统油气的储量。因此，天然气水合物被认为是最有前景的可替代能源，它能满足世界能源和未来气候变化的要求。在过去的数十年里，天然气水合物已经是一项热点研究，并且大多数研究都致力于从甲烷水合物中开采出天然气，比如2017年在中国南海以及2013和2017年南海海槽东部的海上试采。除了这些，许多天然气水合物综合开采过程的研究也已经被提出。预计天然气水合物在不久的将来能被有效和经济的开采。

水合物藏开采天然气是一个复杂过程，它涉及多相(气、液、冰和水合物)流动、热传递以及吸热反应。目前，国际上提出的天然气水合物开采方主要有传统的降压法、热激法和二氧化碳置换法，以及降压-热激联合作用、水力压裂联合降压法等新型开采方法。降压法被视为是有效可行的开采方法，但由于缺少外部热量的激发，降压法开采过程中可能导致结冰和水合物的二次生成，造成管路堵塞从而降低开采效率，同时低渗透储层中降压法压降难以大范围传导也会降低天然气开采效率。热激法是通过向水合物储层注入高热量流体从而使储层温度达到水合物分解条件产出天然气的方法，该方法在注入早期注入井附近水合物高度分解而远端水合物未分解导致注入井附近形成高压，出现高温流体难以注入的问题。二氧化碳置换法是通过注入的二氧化碳置换出水合物中甲烷气体从而实现天然气的开采，但目前该方法二氧化碳的置换率低且二氧化碳的波及范围难以确定。水力压裂联合降压开采能很好的提高产量，但由于热量的缺乏在长期开采过程中的采收率和产气量受到限制。因此，目前天然气水合物开采的效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、开采效率高的用于天然气水合物开采的井网结构。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种用于天然气水合物开采的井网结构，所述井网结构包括第一开采井、第二开采井和第三开采井，所述第一开采井位于所述第二开采井和所述第三开采井之间。

所述第一开采井包括首尾连通的第一竖直井体和第一水平井体，所述第一竖直井体的第一端从海水中伸出，所述第一竖直井体的第二端伸至海底的水合物储层中，所述第一水平井体位于海底的水合物储层中，所述第一水平井体的第三端与所述第一竖直井体伸至海底的水合物储层中的第二端连通，所述第一竖直井体和所述第一水平井体连通的位置靠近所述第二开采井，所述第一水平井体的第四端靠近所述第三开采井。

所述第二开采井的一端从海水中伸出，所述第二开采井的另一端伸至海底的水合物储层中，所述第三开采井的一端从海水中伸出，所述第三开采井的另一端伸至海底的水合物储层中。

作为优选方案，所述第一开采井还包括有贯穿所述第一竖直井体和第一水平井体的第一隔热油管，所述第一隔热油管的一端伸至所述第一水平井体的第四端且与所述第一水平井体第四端的井底之间留有间隙，所述第一隔热油管的另一端由所述第一竖直井体的第一端伸出。

作为优选方案，所述第一隔热油管的侧面与所述第一竖直井体的套管之间、以及与所述第一水平井体的套管之间间隔有第一油套环空区域。

作为优选方案，所述第一水平井体的第四端井底封固有水泥底座，所述第一竖直井体的套管外侧封固有水泥层，所述第一水平井体的套管外侧封固有水泥层。

作为优选方案，所述第二开采井包括第二竖直井体，所述第二竖直井体的第五端从海水中伸出，所述第二竖直井体的第六端伸至海底的水合物储层，所述第二竖直井体的第六端的套管上开设有第二射孔。

作为优选方案，所述第二开采井还包括贯穿所述第二竖直井体的第二隔热油管，所述第二隔热油管的一端伸至所述第二竖直井体的第六端且与所述第二竖直井体的第六端井底之间留有间隙，所述第二隔热油管的另一端从所述第二竖直井体的第五端伸出。

作为优选方案，所述第二隔热油管的侧面与所述第二竖直井体的套管之间间隔有第二油套环空区域，所述第二油套环空区域内设置有第二封隔器，所述第二封隔器位于所述第二隔热油管和所述第二竖直井体的套管之间。

作为优选方案，所述第三开采井包括第三竖直井体，所述第三竖直井体的第七端从海水中伸出，所述第三竖直井体的第八端伸至海底的水合物储层，所述第三竖直井体第八端的套管上开设有第三射孔。

作为优选方案，所述第三开采井还包括贯穿所述第三竖直井体的第三油管，所述第三油管的一端伸至所述第三竖直井体的第八端且与所述第三竖直井体第八端的井底之间留有空隙。

作为优选方案，所述第三油管的侧面与所述第三竖直井体的套管之间间隔有第三油套环空区域，所述第三油管包括第三长油管和第三短油管，所述第三油套环空区域内设置有第三封隔器，所述第三封隔器位于所述第三长油管和第三短油管的外侧，所述第三长油管的底部安装有电潜泵。

本实用新型提供的用于天然气水合物开采的井网结构，其包括第一开采井、第二开采井和第三开采井。第一开采井包括首尾连通的第一竖直井体和第一水平井体，第一竖直井体的第一端从海水中伸出，第一竖直井体的第二端伸至海底的水合物储层中，第一水平井体位于海底的水合物储层中，第一水平井体的第三端与第一竖直井体伸至海底的水合物储层中的第二端连通。第二开采井的一端从海水中伸出，第二开采井的另一端伸至海底的水合物储层中，第三开采井的一端从海水中伸出，第三开采井的另一端伸至海底的水合物储层中。本实用新型的第一开采井由第一竖直井体和第一水平井体构成，作为热辅助井在开采过程中给水合物储层供热，第二开采井作为注入井向水合物储层注入驱替液，第三开采井作为生产井用于降压开采，本实用新型结合降压法、注热法的优势，采用注采井联合驱替开采来增大天然气开采能量，利用设置的第一水平井体注热解决注热法中注入井井底附近产生的憋压现象，也解决了单独的驱替法开采容易发生堵塞的问题，提高了天然气水合物开采效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实用新型中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型的用于天然气水合物开采的井网结构的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步阐述和说明:

请参考图1，图1是本实用新型的用于天然气水合物开采的井网结构的示意图。

本实用新型提供了一种用于天然气水合物开采的井网结构，所述井网结构包括第一开采井10、第二开采井20和第三开采井30，所述第一开采井10位于所述第二开采井20和所述第三开采井30之间。

所述第一开采井10包括首尾连通的第一竖直井体11和第一水平井体12，所述第一竖直井体11的第一端从海水40中伸出，所述第一竖直井体11的第二端伸至海底的水合物储层50中，所述第一水平井体12位于海底的水合物储层50中，所述第一水平井体12的第三端与所述第一竖直井体11伸至海底的水合物储层50中的第二端连通，所述第一竖直井体11和所述第一水平井体12连通的位置靠近所述第二开采井20，所述第一水平井体12的第四端靠近所述第三开采井30。

所述第二开采井20的一端从海水40中伸出，所述第二开采井20的另一端伸至海底的水合物储层50中，所述第三开采井30的一端从海水40中伸出，所述第三开采井30的另一端伸至海底的水合物储层50中。

进一步地，所述第一开采井10还包括有贯穿所述第一竖直井体11和第一水平井体12的第一隔热油管13，所述第一隔热油管13的一端伸至所述第一水平井体12的第四端且与所述第一水平井体12第四端的井底之间留有间隙，所述第一隔热油管13的另一端由所述第一竖直井体11的第一端伸出。

进一步地，所述第一隔热油管13的侧面与所述第一竖直井体11的套管之间、以及与所述第一水平井体12的套管之间间隔有第一油套环空区域14。

可理解地，通过第一隔热油管13向第一开采井10内注入高温海水，高温海水通过第一隔热油管13注入，然后通过第一油套环空区域14返出，高温海水在流动的过程中通过井壁与海底地层进行热交换，将热量传导至海底的水合物储层50。其中，在第一水平井体12的第四端的高温海水保持着较高的温度，该区域与海底地层的热量交换最大，第三开采井30靠近该区域，有利于第三开采井30即生产井附近的天然气水合物快速分解，避免发生第三开采井井底附近堵塞，提高开采效率。本实用新型的第一开采井、第二开采井和第三开采井均采取全井段下入套管。

进一步地，所述第一水平井体12的第四端井底封固有水泥底座15，所述第一竖直井体11的套管外侧封固有水泥层，所述第一水平井体12的套管外侧封固有水泥层。

可理解地，第一竖直井体11和第一水平井体12的套管外侧即井壁均采用水泥进行封固，可避免导入的高温海水渗入海底地层流失，实现水循环。

进一步地，所述第二开采井20包括第二竖直井体21，所述第二竖直井体21的第五端从海水40中伸出，所述第二竖直井体21的第六端伸至海底的水合物储层50中，所述第二竖直井体21的第六端的套管上开设有第二射孔22。

进一步地，所述第二开采井20还包括贯穿所述第二竖直井体21的第二隔热油管23，所述第二隔热油管23的一端伸至所述第二竖直井体21的第六端且与所述第二竖直井体21的第六端井底之间留有间隙，所述第二隔热油管23的另一端从所述第二竖直井体21的第五端伸出。

可理解地，第二隔热油管23用于注入驱替液，驱替液可为高温海水，或者其他与水合物储层配伍的高温驱替液。高温驱替液不仅能够促使天然气水合物快速分解，增加天然气水合物分解效率，为开采提供驱动力，还能填充天然气水合物分解后产生的地层空缺。其中，高温驱替液通过第二竖直井体21的第二射孔22进入海底的水合物储层50，第二射孔22的分布为由上自下逐渐变疏，从而减小重力影响，使得高温驱替液能够均匀的注入，增加高温驱替液的波及范围，提高驱替效率。

进一步地，所述第二隔热油管23的侧面与所述第二竖直井体21的套管之间间隔有第二油套环空区域24，所述第二油套环空区域24内设置有第二封隔器25，所述第二封隔器25位于所述第二隔热油管23和所述第二竖直井体21的套管之间。

可理解地，第二封隔器25可避免水合物储层50的天然气水合物分解后的物质由第二竖直井体21溢出，第二竖直井体21注入高温驱替液为水合物开采提供驱替能量，第三竖直井体31用于天然气水合物开采并返回地面。

进一步地，所述第三开采井30包括第三竖直井体31，所述第三竖直井体31的第七端从海水40中伸出，所述第三竖直井体31的第八端伸至海底的水合物储层50中，所述第三竖直井体31的第八端的套管上开设有第三射孔32。

进一步地，所述第三开采井30还包括贯穿所述第三竖直井体31的第三油管33，所述第三油管33的一端伸至所述第三竖直井体31的第八端且与所述第三竖直井体31第八端的井底之间留有空隙。

进一步地，所述第三油管33的侧面与所述第三竖直井体31的井壁之间间隔有第三油套环空区域34，所述第三油管33包括第三长油管和第三短油管，所述第三油套环空区域34内设置有第三封隔器35，所述第三封隔器35位于所述第三长油管和第三短油管的外侧，所述第三长油管的底部安装有电潜泵36。

可理解地，第三长油管和第三短油管用于实现气液分离，分解后的天然气水合物由第三射孔32进入第三竖直井体31内，其中液体通过电潜泵36从第三长油管导至地面，气体通过第三短油管导至地面，电潜泵36缓慢排液使得天然气水合物充分分解，提高产气效率。第三封隔器35可避免泄露，另外，第三竖直井体31在水合物上部地层的井壁周围用水泥封固。

本实用新型还包括有配套设施，例如设置在海上平台上的供电设备、地层水处理设备、气体和液体收集处理设备、以及控制设备等，结合本实用新型的第一开采井10、第二开采井20和第三开采井30，第一开采井10井底的天然气水合物先分解，结合第三开采井30降压开采使井底附近流体快速产出，同时，第一开采井10附近天然气水合物后分解有助于驱替液的驱替作用，这样解决注热水驱替开采过程中由于注采井间水合物难以快速分解而发生的堵塞问题，实现高效率的天然气水合物的开采。

本实用新型提供的用于天然气水合物开采的井网结构，其包括第一开采井10、第二开采井20和第三开采井30。第一开采井10包括首尾连通的第一竖直井体11和第一水平井体12，第一竖直井体11的第一端从海水40中伸出，第一竖直井体11的第二端伸至海底的水合物储层50，第一水平井体12位于海底的水合物储层50中，第一水平井体12的第三端与第一竖直井体11伸至海底的水合物储层50的第二端连通。第二开采井20的一端从海水40中伸出，第二开采井20的另一端伸至海底的水合物储层50，第三开采井30的一端从海水40中伸出，第三开采井30的另一端伸至海底的水合物储层50。本实用新型的第一开采井10由第一竖直井体11和第一水平井体12构成，作为热辅助井在开采过程中给水合物储层50供热，第二开采井20作为注入井向水合物储层50注入驱替液，第三开采井30作为生产井用于降压开采，本实用新型结合降压法、注热法的优势，采用注采井联合驱替开采来增大天然气开采能量，利用设置的第一水平井体12注热解决注热法中注入井井底附近产生的憋压现象，也解决了单独的驱替法开采容易发生堵塞的问题，提高了天然气水合物开采效率。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述井网结构包括第一开采井(10)、第二开采井(20)和第三开采井(30)，所述第一开采井(10)位于所述第二开采井(20)和所述第三开采井(30)之间；

所述第一开采井(10)包括首尾连通的第一竖直井体(11)和第一水平井体(12)，所述第一竖直井体(11)的第一端从海水(40)中伸出，所述第一竖直井体(11)的第二端伸至海底的水合物储层(50)中，所述第一水平井体(12)位于海底的水合物储层(50)中，所述第一水平井体(12)的第三端与所述第一竖直井体(11)伸至海底的水合物储层(50)中的第二端连通，所述第一竖直井体(11)和所述第一水平井体(12)连通的位置靠近所述第二开采井(20)，所述第一水平井体(12)的第四端靠近所述第三开采井(30)；

所述第二开采井(20)的一端从海水(40)中伸出，所述第二开采井(20)的另一端伸至海底的水合物储层(50)中，所述第三开采井(30)的一端从海水(40)中伸出，所述第三开采井(30)的另一端伸至海底的水合物储层(50)中。

2.如权利要求1所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第一开采井(10)还包括有贯穿所述第一竖直井体(11)和第一水平井体(12)的第一隔热油管(13)，所述第一隔热油管(13)的一端伸至所述第一水平井体(12)的第四端且与所述第一水平井体(12)第四端井底之间留有间隙，所述第一隔热油管(13)的另一端由所述第一竖直井体(11)的第一端伸出。

3.如权利要求2所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第一隔热油管(13)的侧面与所述第一竖直井体(11)的套管之间、以及与所述第一水平井体(12)的套管之间间隔有第一油套环空区域(14)。

4.如权利要求3所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第一水平井体(12)的第四端井底封固有水泥底座(15)，所述第一竖直井体(11)的套管外侧封固有水泥层，所述第一水平井体(12)的套管外侧封固有水泥层。

5.如权利要求1所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第二开采井(20)包括第二竖直井体(21)，所述第二竖直井体(21)的第五端从海水(40)中伸出，所述第二竖直井体(21)的第六端伸至海底的水合物储层(50)中，所述第二竖直井体(21)的第六端的套管上开设有第二射孔(22)。

6.如权利要求5所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第二开采井(20)还包括贯穿所述第二竖直井体(21)的第二隔热油管(23)，所述第二隔热油管(23)的一端伸至所述第二竖直井体(21)的第六端且与所述第二竖直井体(21)的第六端井底之间留有间隙，所述第二隔热油管(23)的另一端从所述第二竖直井体(21)的第五端伸出。

7.如权利要求6所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第二隔热油管(23)的侧面与所述第二竖直井体(21)的套管之间间隔有第二油套环空区域(24)，所述第二油套环空区域(24)内设置有第二封隔器(25)，所述第二封隔器(25)位于所述第二隔热油管(23)和所述第二竖直井体(21)的套管之间。

8.如权利要求1所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第三开采井(30)包括第三竖直井体(31)，所述第三竖直井体(31)的第七端从海水(40)中伸出，所述第三竖直井体(31)的第八端伸至海底的水合物储层(50)中，所述第三竖直井体(31)的第八端的套管上开设有第三射孔(32)。

9.如权利要求8所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第三开采井(30)还包括贯穿所述第三竖直井体(31)的第三油管(33)，所述第三油管(33)的一端伸至所述第三竖直井体(31)的第八端且与所述第三竖直井体(31)第八端的井底之间留有空隙。

10.如权利要求9所述的用于天然气水合物开采的井网结构，其特征在于，所述第三油管(33)的侧面与所述第三竖直井体(31)的套管之间间隔有第三油套环空区域(34)，所述第三油管(33)包括第三长油管和第三短油管，所述第三油套环空区域(34)内设置有第三封隔器(35)，所述第三封隔器(35)位于所述第三长油管和第三短油管的外侧，所述第三长油管的底部安装有电潜泵(36)。

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