JP6694549B2 - シルト質海洋天然ガスハイドレート砂利呑吐採掘方法及び採掘装置 - Google Patents
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Description
(1)減圧法ではハイドレートの長期採掘条件下における地層ボイド問題を解決することができず、従来の出砂対策では地層ボイドにより効果が失われてしまうという課題に直面する。
(2)長期的で安定したハイドレート生産には地層のボイドに適時充填又は置換を行うことが切実に求められるが、CO2置換法はハイドレートの産出によって生じるボイドしか解決できず、地層の沈泥発生により生じるボイドを解決できないほか、天然ガスハイドレートの続けて行う生産に影響を与えてしまう。
(3)水蒸気刺激法は従来の重油埋蔵層の採掘において極めて広範に利用されているが、水蒸気刺激法が呑吐する「蒸気」はハイドレートの分解を促進することしかできず、地層のボイドを充填することはできない。
(4)一度限りの裸坑砂利充填サンドコントロール仕上げ法は、短期間においては良好な作用が得られるが、後続する材料補給がないために、出砂防止の有効期間が短くなり、海洋天然ガスハイドレートの長期採掘におけるニーズを満たすことができない。
(1)目標の層位置まで掘削し、ハイドレート埋蔵層に対して裸坑サンドスクリーン仕上げを行う。
(2)坑井にケーシングパイプユニットを降入して設置する。
(3)サンドスクリーン外の砂利の循環充填を行い、充填圧力の変化を観察し、且つ充填を停止する。
(4)既設のケーシングパイプユニットを抜かず、バルブ流量を調整して、生産開始し、且つリアルタイムで地層の出砂状況及び産出時坑底圧力差の変化を観察する。
ステップ(3)及びステップ(4)では、タイムラインに基づき適時切替・交替を行い、注入した砂利が形成されたボイドを充填・置換し続けて、海洋シルト質天然ガスハイドレートの長期的な生産を維持する。
ステップ(4)の過程において、ハイドレート埋蔵層から生じる固気液三相は、坑井に流入後、ガス分離器による分離を経て、固液二相は生産用導管を通ってウェルヘッドまで流れ、気体は坑井アニュラスを通って産出される。
ステップ(4)の実施過程において、ウェルヘッドの含砂濃度パラメータ、坑井底流動圧力の変化状況をリアルタイムでモニタリングし、含砂濃度の急激な増加や坑井底流動圧力差の急激な増加が生じた場合には、直ちにさらなる減圧生産を停止して、ステップ(3)に移る。
プロダクションケーシングの下端には機械的サンドスクリーンが接続されており、且つプロダクションケーシングと機械的サンドスクリーンとの間にはさらに砂利充填ツールが設置されており、プロダクションケーシングはハイドレート埋蔵層の上方の位置まで降入され、且つ砂利充填ツールはハイドレート埋蔵層の上部境界に位置し、機械的サンドスクリーンはその下方でハイドレート埋蔵層区間に位置し、砂利充填ツールは抜かれない状況下で坑井に対し減圧生産を行うことができ、また生産用導管の下端にはさらにガス分離器及び制御弁が設置されている。
充填用導管の出口端は砂利充填ツール及び生産用導管とそれぞれ連通され、砂利充填ツールと生産用導管との連通部には逆止弁が設置されており、砂利充填ツールにはさらに充填切替弁が設置されており、且つ充填用導管は砂利充填ツールの下方で生産用導管と連通され、充填用導管は砂利の充填時には単独で生産用導管の外部の地層に混砂グラウトを充填し、生産段階においては坑井の砂運搬のため、生産用導管に注水することができる。
(1)本発明の技術案は、固相(大径砂利)の呑吐により固相(粘土質、砂質微細粒子及びハイドレート)を置換し、且つ機械的サンドスクリーンのサンドコントロール精度の適度な緩和、適切な充填用砂利の選択などの操作を採用することにより、ハイドレートの分解過程中に坑井付近の地層の粘土質又は微細粒子を適時排出して坑井詰まりを予防し、海洋シルト質ハイドレート埋蔵層の粘土質含有量の高さ、浸透率の低さ、セメンテーション・ドレッジはフラクチャリングに適さないなどの欠点を克服するのに有効であり、且つ坑井及び坑井付近の地層の圧力伝達効率を効果的に上昇させて、ハイドレートの減圧/流体抽出生産井の生産性や安全性を高めている。
(2)減圧/流体抽出生産を間欠的に停止すると共に管外部の地層への砂利圧入を採用し、地層のボイド量をすぐに補填することにより、出砂防止の有効期間及び変圧採掘サイクルを効果的に延ばし、長期間のハイドレート採掘により生じる地層ボイド及び地層の不安定化問題を効果的に解決しており、減圧/流体抽出採掘サイクルを延ばすと共に、ハイドレートの産業化採掘の根拠を提供している。
(3)本技術案は、高粘土質・シルト質などの完全な出砂防止及び埋蔵層の改修が適さない海洋天然ガスハイドレート埋蔵層に適するほか、孔隙充填型埋蔵層又は板状ハイドレート含有層の天然ガスハイドレート埋蔵層にも適しており、海洋天然ガスハイドレートのCO2置換法の低効率や、加熱法における埋蔵層の安定維持が困難であるという問題、及び出砂対策として初期に行われる管外部の砂利充填の有効期間が短いという問題を解決し、中国海域の天然ガスハイドレート採掘における生産能向上の難しさや埋蔵層の不安定化リスクが大きいという難題を解決し、ハイドレートの商業化採掘技術の発展を促進する。
図1及び図2で記述した構造原理を参照して、実施例1のシルト質海洋天然ガスハイドレート砂利呑吐採掘方法には、以下のステップが含まれる。
(1)目標の層位置まで掘削し、ハイドレート埋蔵層に対して裸坑サンドスクリーン仕上げを行う。
(2)坑井にケーシングユニットを降入して設置する。
(3)サンドスクリーン外の砂利の循環充填を行い、充填圧力の変化を観察して、且つ充填を停止する。
(4)既設のケーシングユニットを抜かず、バルブ流量を調整して、生産開始し、且つリアルタイムで地層の出砂状況及び産出時坑底圧力差の変化を観察する。
ステップ(3)及びステップ(4)では、タイムラインに基づき適時切替・交替を行い、注入した砂利が形成されたボイドを充填・置換し続けて、海洋シルト質天然ガスハイドレートの長期的な生産を維持する。
充填用導管は、後に砂利呑吐の導管になると同時にハイドレート減圧/流体抽出採掘過程における坑井への注水管ともなり、3チャネル設計によって坑井への注水とグラウト注入の切り替えが達成され、坑井の導管設計を簡略化している。同時に、注水用パイプラインからの注水の助けにより、ハイドレート減圧/流体抽出過程中に坑井に発生する部分的な粘土質や細かい成分がウェルヘッドまでスムーズに運搬され、坑井の出砂障害を防止することができる。また、このパイプラインはさらにハイドレート阻害剤の注入用パイプラインとすることもでき、坑井における流動の安全性が保証されると同時に、砂利呑吐過程の継続的な促進が保証される。
本発明はシルト質海洋天然ガスハイドレート砂利呑吐採掘装置を開示するが、図1及び図2を参照して、それはプロダクションケーシング1と、プロダクションケーシング1内に設置される生産用導管2及び充填用導管3を含み、生産用導管2内にはさらにリフト導管(図示しない)が設けられており、リフト導管はリフトポンプと接続され、生産用導管2及び充填用導管3の外壁とプロダクションケーシング1の内壁との間に形成される空間は坑井アニュラス13となる。プロダクションケーシング1の下端には機械的サンドスクリーン6が接続されており、且つプロダクションケーシング1と機械的サンドスクリーン6との間にはさらに砂利充填ツール4が設置されており、プロダクションケーシング1はハイドレート埋蔵層8の上方の位置まで降入され、且つ砂利充填ツール4はハイドレート埋蔵層8の上部境界に位置し、機械的サンドスクリーン6はその下方でハイドレート埋蔵層区間に位置し、砂利充填ツール4は抜かれない状況下で坑井に対し減圧生産を行うことができ、また生産用導管の下端にはさらにガス分離器10及び制御弁11が設置されている。
充填用導管3の出口端は砂利充填ツール4及び生産用導管2とそれぞれ連通され、砂利充填ツール4と生産用導管2との連通部には逆止弁5が設置されており、砂利充填ツール4にはさらに砂利充填切替弁12が設置されており、且つ充填用導管3は砂利充填ツール4の下方で生産用導管2と連通され、充填用導管3は砂利(砂礫)の充填時には単独で生産用導管2の外部の地層に混砂グラウトを充填し、生産段階においては坑井の砂運搬のため、生産用導管に注水することができる。
2 生産用導管
3 充填用導管
4 砂利充填ツール
5 逆止弁
6 機械的サンドスクリーン
7 砂利充填層
8 ハイドレート埋蔵層
9 ハイドレート埋蔵層上層
10 ガス分離器
11 制御弁
12 砂利充填切替弁
13 坑井アニュラス
P0 砂利注入起動圧力
P1 砂利注入最大圧力
Claims (6)
- 目標の層位置まで掘削し、ハイドレート埋蔵層に対して裸坑サンドスクリーン仕上げを行う第1のステップと、
坑井にケーシングパイプユニットを降入して設置する第2のステップと、
サンドスクリーン外の砂利の循環充填を行い、充填圧力の変化を観察し、且つ直ちに充填を停止する第3のステップと、
既設のケーシングパイプユニットを抜かず、バルブ流量を調整して、生産開始し、且つリアルタイムで地層の出砂状況及び産出時坑底圧力差の変化を観察する第4のステップと、を含み、
第3のステップ及び第4のステップでは、タイムラインに基づき適時切替・交替を行い、注入した砂利が地層のボイドを充填・置換し続けて、海洋シルト質天然ガスハイドレートの長期的な生産を維持し、
前記第1のステップは、ハイドレート埋蔵層を開き、プロダクションケーシングを用いてハイドレート埋蔵層の上層をセメンチングし、機械的サンドスクリーンを降入し、ハイドレート埋蔵層に対して裸坑状態でスタンドアローンスクリーン仕上げ(Stand Alone Screen Completions)を行い、坑底を仕上げ、機械的サンドスクリーンとその上部のプロダクションケーシングとの間には、砂利充填ツールの取付け接合部を予め設けるという方法で実現し、
前記第2のステップ中、ケーシングユニットの取付け方法は、砂利充填ツール、生産用導管及び充填用導管を降入し、生産用導管及び充填用導管はプロダクションケーシング内に位置し、且つ充填用導管は生産用導管及び砂利充填ツールとそれぞれ連通しており、砂利充填ツールはハイドレート埋蔵層の上部境界に位置し、且つ生産用導管の入口端には制御弁及びガス分離器が設置されており、砂利充填ツールと生産用導管の連通部にはさらに逆止弁が設置されており、砂利充填ツールにはさらに充填切替弁が設置されており、
前記第3のステップの砂利充填過程中、砂利充填ツール下側の逆止弁を閉め、砂利充填切替弁を開き、生産用導管下端の制御弁を閉め、充填用導管及び砂利充填ツールで形成される流路を通じて機械的サンドスクリーンの外部に砂利を注入して、砂利充填層を形成し、砂利注入過程において含砂水が機械的サンドスクリーンを通り、坑井アニュラスからプラットフォームのウェルヘッドに戻るが、坑井アニュラスは、生産用導管及び充填用導管の外壁とプロダクションケーシングの内壁で形成されるアニュラスであり、砂利注入過程中のグラウト注入ポンプ出口の圧力変化を観察し、砂利注入圧力がP 0 からP 1 へと徐々に増加している場合には、砂利注入を停止して次の生産段階に移るが、上記のP 0 は砂利注入の起動圧力であり、P 1 は砂利注入の最大圧力であることを特徴とする、シルト質海洋天然ガスハイドレート砂利呑吐採掘方法。 - 前記第3のステップから前記第4のステップに切り替わる過程において、砂利充填ツール下側の逆止弁を開き、砂利充填切替弁を閉め、生産用導管下端の制御弁を開き、リフトポンプを起動して地層流体を汲み上げ、減圧生産を開始すること、
前記第4のステップの過程において、ハイドレート埋蔵層から生じる固気液三相は、坑井に流入後、ガス分離器による分離を経て、固液二相は生産用導管を通ってウェルヘッドまで流れ、気体は坑井アニュラスを通って産出されること、
前記第4のステップの実施過程において、ウェルヘッドの含砂濃度パラメータ、坑井底流動圧力の変化状況をリアルタイムでモニタリングし、含砂濃度の急激な増加や坑井底流動圧力差の急激な増加が生じた場合には、直ちにさらなる減圧生産を停止して、前記第3のステップに移ること、を特徴とする請求項1に記載の採掘方法。 - 前記第4のステップの過程中、さらに充填用導管により生産用導管内部に水又はハイドレート阻害剤を含有する液体を注入し続ける過程を含むことを特徴とする、請求項2に記載の採掘方法。
- 前記第4のステップのハイドレート減圧生産過程から前記第3のステップの砂利注入に移るタイムラインは、坑井の出砂異常に基づいて判断し、前記第3のステップの砂利注入から前記第4のステップのハイドレート減圧生産に移るタイムラインは、砂利注入圧力の急速な上昇であり、注入を継続することはできず、そのうち、坑井の出砂異常の判断根拠には、安定した生産条件下における坑井圧力の変動、砂との摩擦によるリフトポンプの温度上昇、及びウェルヘッドでのモニタリングにおいて砂濃度の増加現象の出現が含まれることを特徴とする、請求項1に記載の採掘方法。
- 前記第3のステップ中の充填に用いる砂利の粒径は、同様の地層条件下で採用されるSaucier法の設計結果より1〜2クラス大きく、前記第1のステップ中の機械的サンドスクリーンのサンドコントロール精度は、同様の地層条件下で採用される従来の油井・ガス井裸坑において砂利充填に使用する機械的サンドスクリーンの精度より2〜3クラス大きいことを特徴とする、請求項1に記載の採掘方法。
- プロダクションケーシングと、プロダクションケーシング内に設置される生産用導管及び充填用導管を含み、生産用導管内にはさらにリフト導管が設けられており、リフト導管はリフトポンプと接続され、生産用導管及び充填用導管の外壁とプロダクションケーシングの内壁との間に形成される空間は坑井アニュラスとなり、
前記プロダクションケーシングの下端には機械的サンドスクリーンが接続されており、且つプロダクションケーシングと機械的サンドスクリーンとの間にはさらに砂利充填ツールが設置されており、プロダクションケーシングはハイドレート埋蔵層の上方の位置まで降入され、且つ砂利充填ツールはハイドレート埋蔵層の上部境界に位置し、機械的サンドスクリーンはその下方でハイドレート埋蔵層区間に位置し、また生産用導管の下端にはさらにガス分離器及び制御弁が設置されており、
前記充填用導管の出口端は砂利充填ツール及び生産用導管とそれぞれ連通され、砂利充填ツールと生産用導管との連通部には逆止弁が設置されており、砂利充填ツールにはさらに充填切替弁が設置されており、且つ充填用導管は砂利充填ツールの下方で生産用導管と連通していることを特徴とする、シルト質海洋天然ガスハイドレート砂利呑吐採掘装置。
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