UA137639U - Спосіб видобування газу із покладів газових гідратів - Google Patents

Abstract

Спосіб видобування газу із покладів газових гідратів, що включає: розкриття газогідратного пласта горизонтальною свердловиною; дезінтеграцію породи газогідратного пласта, починаючи від вибою свердловини, затопленими струменями води високого тиску із домішкою абразивного матеріалу (причому для збільшення об'єму виробки гідромоніторні насадки розмішуються на штангах, які в робочому положенні подовжуються і займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, разом з буровою колоною поступово рухаються до фронту дезінтеграції породи); гравітаційне розділення утвореної гідросуміші на деякій відстані від фронту руйнування де згасає енергія потоків і її перемішування уповільнюється; відбір із виробки і наступне відділення в сепараторі, розташованому на дні моря, цільового продукту, згідно з корисною моделлю, цільовим продуктом технології є газ, який отримують у результаті плавлення газового гідрату у процесі дезінтеграції гідратовмісної породи за рахунок теплової енергії, привнесеної у виробку зі струменями води високого тиску, яка нагрівається у підігріванні, розміщеному на морському дні, у результаті спалювання частини видобутого газу, причому для підтримання процесу горіння газу у підігрівачі повітря подається компресором з надводного забірника по трубопроводу подачі повітря, а продукти горіння з підігрівача відкачуються у морську воду через рекуперативний теплообмінник для підігріву видобутого газу з метою запобігання закупорюванню лінії його відбору у результаті повторного гідратоутворення.

Description

Корисна модель належить до газовидобувної галузі, а саме до видобувавання газу із покладів морських газових гідратів. Основними методами, які пропонуються для видобутку газу із покладів газових гідратів є: 1) зниження тиску нижче за рівноважний гідратоутворення; 2) підігрів гідратовмісних порід до температури вищої за рівноважну гідратоутворення;

З) введення в продуктивний пласт речовин, які зміщують рівнюважні умови гідратоутворення у бік більш жорстких (інгібіторів даного процесу).

Також відомі способи вилучення газових гідратів шляхом їх механічного подрібнення.

Більшість запропонованих способів розробки газогідратних покладів передбачають комбінацію перелічених вище методів.

На сьогодні відомо ряд теплових способів розробки газогідратних покладів. Так, в патенті 5 6192691 пропонується під купол для збору газу, встановлений над придонним скупченням газогідрату, закачувати гарячу воду. У заявці О5 20050161217 запропоновано здійснювати електричний підігрів продуктивного пласта та вилучати газ, що виділився по видобувній свердловині.

Приклад способу зниження пластового тиску (за рахунок відкачування газу з нижніх горизонтів) описано в міжнародній заявці УУО 2007/072172.

Однак породи із вмістом гідрату понад 60 95 є фактично непроникними для газу (1). Тому такий спосіб є прийнятним для пластів, де насиченість гідратами незначна, а газ або вода не втратили свою рухливість.

Інший недолік способів, основаних на зниженні тиску, пов'язаний із вторинним гідратоутворенням у призабійній зоні внаслідок ефекту Джоуля-Томсона. Наприклад, при температурі пласта 283 К і тискові 5,7 МПа коефіцієнт Джоуля-Томсона становить 3-4 К на 1

МПа депресії. Таким чином, при депресії 3-4 МПа забійна температура може досягти температури замерзання води. У результаті газогідрат на тривалий час (який залежатиме від швидкості надходження тепла і визначатиметься теплофізичними властивостями породи продуктивного і прилеглих пластів), буде законсервовано шаром льоду.

Крім того, газові гідрати виконують функцію "цементу" для частинок породи пласта. їх дисоціація призводить до аномально високої пористості та виділення великих мас води |21.

Зо Тому дисоціація газогідрату внаслідок зниження тиску, підвищення температури або введення інгібіторів може призвести до зниження міцності осадових структур, розущільнення зцементованих гідратом порід та перетворення її на перезволожену нестійку масу. У результаті відбудеться надходження до вибою свердловини разом із водою і газом необмеженої кількості породи, улоеможливлюючи її подальшу експлуатацію. Тому способи, основані на традиційних підходах - дисоціації газових гідратів і вилучення газу, що виділився через свердловину класичної конструкції - будуть малоефективними.

Способи, наведені в заявках 5 2008/0088171, УУО 00/47832 ії ВО 2004106857/03 передбачають кар'єрну розробку морських газогідратних покладів шляхом їхнього механічного руйнування. Їх об'єднує те, що об'єктом запропонованих способів є скупчення газових гідратів, розташовані безпосередньо на морському дні. Однак більшість відомих гідратопроявів характеризуються відносно незначним умістом гідрату (газогідрат заповнює пори або є цементом мінеральної частини пласта). Тому ефективність таких способів буде сумнівною.

Як найближчий аналог вибрано який наведено в патенті ОА 109336 |З). Він враховує наведені вище особливості видобування газу із покладів газових гідратів. Даний спосіб передбачає: - розкриття газогідратного пласта горизонтальною свердловиною; - дезінтеграцію породи продуктивного пласта та переведення в склад гідросуміші, починаючи від вибою свердловини шляхом механічного подрібнення у результаті дії затоплених струменів високого тиску суміші води і абразивного матеріалу. Для збільшення об'єму виробки гідромоніторні насадки розміщуються на штангах, які в робочому положенні подовжуються, займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, разом з буровою колоною поступово рухаються до фронту дезінтеграції породи; - збагачення гідросуміші на газогідрат у результаті гравітаційного осадження частини породи (на деякій відстані від фронту руйнування де енергія струменів згасає); - відбір із виробки і подача (під тиском, вищим за рівноважний гідратоутворення) в сепаратор, розташований на дні моря, попередньо збагаченої на газогідрат гідросуміші для її розділення на потоки: газогідрат, збіднену на газогідрат гідросуміш і породу; - відкачування відібраної в сепараторі породи на дно моря або у відпрацьовану виробку; - подачу відділеного газогідрату по трубопроводу на видобувну платформу;

- відбір частини збідненої на газогідрат гідросуміші, додавання до неї морської води і подача під тиском до гідромоніторного пристрою як робочої суміші для руйнування породи; - подачу іншої частини збідненої на газогідрат гідросуміші в море під газозбірний купол по трубі, відкритий кінець якої розташований на деякому рівні вище верхньої межі стабільності газогідрату, де внаслідок її перебування в нерівноважних умовах та теплообміну з морською водою відбувається дисоціація залишку газогідрату на газ і воду; - уловлювання газу, що виділився у результаті дисоціації залишку газогідрату під газозбірний купол та його подачу на видобувну платформу.

Отже, спосіб, запропонований у патенті ША 109336, передбачає видобуток як цільового продукту технології, переважно газогідрату. Однак саме це і є його недоліком, оскільки на даний час газовидобувний комплекс не має реалізовані технології поводження із газовими гідратами як енергетичною сировиною (їх транспортування, зберігання, регазифікації). Тому конкурентні переваги матиме спосіб розробки газогідратних покладів, який передбачатиме отримання як цільового продукту технології вуглеводневого газу.

В основу корисної моделі поставлена задача - розроблення промислово прийнятного для існуючого рівня техніки способу видобування газу з покладів газових гідратів.

Для досягнення поставленої задачі у способі видобування газу із покладів газових гідратів, який включає: - розкриття газогідратного пласта горизонтальною свердловиною; - дезінтеграцію породи газогідратного пласта та переведення в склад гідросуміші, починаючи від вибою свердловини, затопленими струменями води високого тиску із домішкою абразивного матеріалу (причому для збільшення об'єму виробки гідромоніторні насадки розміщуються на штангах, які в робочому положенні подовжуються і займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, разом з буровою колоною поступово рухаються до фронту дезінтеграції породи); - гравітаційне розділення утвореної гідросуміші на деякій відстані від фронту руйнування (де згасає її перемішування); - відбір із виробки і наступне відділення в сепараторі, розташованому на дні моря, цільового продукту, відповідно до корисної моделі цільовим продуктом способу є газ, який отримують у

Зо результаті дисоціації газового гідрату в процесі дезінтеграції гідратовмісної породи за рахунок енергії, привнесеної у виробку зі струменями води високого тиску. Результатом гравітаційного розділення утвореної гідросуміші є накопичення газу у склепінні виробки звідки він відбирається разом із збідненою на тверду фазу гідросумішшю. При цьому відбір здійснюється у результаті прояву ефекту ерліфту за рахунок надлишкового тиску, створюваного у виробці унаслідок надходження робочої рідини через гідромонітори і дисоціації газового гідрату на газ і воду. Крім того, функцію абразивного матеріалу в гідромоніторних затоплених струменях виконують уламки породи, які потрапляють до них у результаті захоплення частини гідросуміші. Підігрів води високого тиску здійснюють у підігрівачі, розміщеному на морському дні при спалюванні частини газу. При цьому для підтримання процесу горіння повітря подається по трубопроводу з поверхні моря. Продукти горіння компресором відкачуються у море, але перед тим в рекуперативному теплообміннику підігрівають потік видобутого газу для запобігання гідратоутворенню.

Суть корисної моделі пояснюють креслення, де на Фіг. подано принципову схему способу видобування газу із покладів газових гідратів, де: 1 - гірнича виробка у газогідратному пласті; 2 - осад породи; З - газова шапка; 4 - забірний пристрій; 5 - гідросуміш, збіднена на тверду фазу; 6 - гідромоніторна система; 7 - горизонтальна ділянка свердловини; 8 - трифазний сепаратор розділення гідросуміші; 9 - сепаратор очистки води; 10 - підігрівач; 11 - компресор; 12 - рекуперативний теплообмінник; потоки: І - газ і збіднена на тверду фазу гідросуміш; ІІ - порода;

І - вода; ІМ - лінія відбору газу; М - лінія відведення продуктів згорання; МІ - лінія подачі повітря.

Спосіб здійснюється таким чином.

Газогідратний пласт розкривають горизонтальною свердловиною 7. Потім, починаючи від вибою свердловини, за допомогою гідромоніторної системи 6 здійснюється руйнування породи газогідратного пласта для переведення в гідросуміш. У вихідному положенні гідромоніторна система 6 знаходиться в режимі буріння свердловини - штанги з насадками притиснуті до колони (на схемі не показано). Процес починається з того, що до гідромоніторної системи б подається робоча рідина під тиском, штанги з гідромоніторами починають обертатись навколо осі свердловини, струмені високого тиску руйнують прилеглу до колони породу, утворена гідросуміш відбирається через забірний пристрій 4 і надходить до трифазного сепаратора 8.

Виробка 1 на вибої свердловини поступово розширюється, а гідромоніторні штанги поступово 60 відхиляються від осі свердловини, доки не займуть перпендикулярне до неї положення. Далі дезінтеграція породи відбувається у виробці максимального діаметра. Для цього до обертового руху гідромоніторів на штангах додається рух всієї видобувної системи вздовж осі свердловини.

Система повільно вилучається зі свердловини, підтримуючи мінімальну відстань між зрізами насадок гідромоніторів і фронтом руйнування породи. Перед подачею на гідромонітори робоча вода (потік ПІ) підігрівається за рахунок енергії частини видобутого газу у підігрівачі 10. Він розташований на морському дні. Для підтримання процесу горіння по лінії МІ з поверхні моря до підігрівача 10 подається повітря.

Продукти горіння (потік М) від нього прокачуються у морську воду через рекуперативний теплообмінник 12 для підігріву видобутого газу (потік ІМ). з метою запобігання закупорюванню лінії його відбору (потік ІМ) у результаті повторного гідратоутворення. Циркуляція повітря і продуктів горіння газу здійснюється за допомогою компресора 11. При цьому компресор 11 розташовано на лінії між рекуперативним теплообмінником 12 і підігрівачем 10. По лінії всмоктування компресор 11 створює розрідження в камері згорання підігрівача 10, забезпечуючи надходження повітря з поверхні моря по лінії подачі повітря МІ. По лінії нагнітання компресор 11 через рекуперативний теплообмінник 12 здійснює скидання продуктів горіння в море.

Початковий етап проходки виробки 1 характеризується тим, що із неї до трифазного сепаратора 8 разом із газом відбирається більша частина породи. Це пов'язано з тим, що на цій ділянці вся гідросуміш у виробці піддається дії струменів високого тиску, що призводить до її активного перемішування. Це унеможливлює гравітаційне відділення від неї твердої фази породи.

Однак, при досягненні деякої довжини виробки, коли сили гравітації перевищать дію затухаючих потоків гідросуміші, почнеться гравітаційне відділення більшої частини твердої фази, а також накопичення в склепінній частині газової шапки. Після цього настає усталений режим відбору продукції (потоку І - газу і збідненої на тверду фазу гідросуміші).

Відбір газу і збідненої на тверду фазу гідросуміші (потік І) здійснюється забірним пристроєм 4, який у робочому положенні підіймається до склепіння виробки 1. При цьому частина забірних отворів по його довжині знаходиться на рівні газової шапки 3, а частина - занурена в збіднену на тверду фазу гідросуміш 5. Газ, який виділився у результаті дисоціації газогідрату створює у

Зо виробці тиск, який перевищує початковий пластовий. Ще вищим є тиск подачі води до гідромоніторів. При цьому робота гідромоніторів характеризується певним рівнем витрати води.

Поряд з іншими чинниками ефективність гідравлічного руйнування залежить від рівня перевищення тиску в насадках гідромонітору над пластовим. Виходячи з цього дана система регулюється інтенсивністю відбору продукції зі свердловини (дебітом). При цьому регулюванням тиску відбору також регулюється співвідношення між газовою фазою і гідросумішшю.

Оскільки у забірний пристрій надходить як газ, так і гідросуміш, їх подальший сумісний транспорт здійснюється у режимі газліфту.

Газ і збіднена на тверду фазу гідросуміш (потік Ї) надходить до трифазного сепаратора і розділяється на тверду фазу (потік ІІ), газ (потік ІМ) ії воду з домішкою глинистої фракції породи (потік ІП). Далі тверда фаза (потік ІЇ) видаляється на морське дно чи у відпрацьовану виробку, газ (потік ІМ) подається на видобувну платформу, а вода з домішкою глинистої фракції породи (потік І) надходить до сепаратора очистки води 9 для відділення максимальної кількості твердої фази (потік ІІ). Підготовлена вода підігрівається до необхідного рівня в підігрівачі 10 і подається на гідромонітори.

Таким чином, запропонований спосіб дозволяє без ускладнень, пов'язаних із винесенням породи або самоконсервацією продуктивного пласта, здійснювати видобування газу із покладів газових гідратів. Крім того, даний спосіб відповідає існуючому рівню розвитку техніки газовидобувної галузі.

Джерела інформації: 1. Способьї разработки газогидратньїх месторождений/ К.С. Басниев. В.В. Кульчицкий, А.В.

Щебетов, А.В Нифантов// Газовая промьішленность. -М.: - 2006. - Мо 7. - С. 22-24. 2. КмепмоїЇдеп К.А. Сав Нуагаіез-деоіодіса! регересіїмез апа діоба! снапде// НеУу. Сеорпувісв. - 1993. - Мої. 31. - Р. 173-187. 3. Патент України на винахід Мо 109336. Спосіб розробки морських газогідратних покладів/

Педченко Л.О., Педченко Н.М., Педченко М.М.; заявник і власник патенту Педченко М.М. - Мо а2014 00539; опубл. 10. 08. 2015; Бюл. Мо 15,2015р.-7 с.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб видобування газу із покладів газових гідратів, що включає: розкриття газогідратного пласта горизонтальною свердловиною; дезінтеграцію породи газогідратного пласта, починаючи від вибою свердловини, затопленими струменями води високого тиску із домішкою абразивного матеріалу (причому для збільшення об'єму виробки гідромоніторні насадки розмішуються на штангах, які в робочому положенні подовжуються і займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, разом з буровою колоною поступово рухаються до фронту дезінтеграції породи); гравітаційне розділення утвореної гідросуміші на деякій відстані від фронту руйнування де згасає енергія потоків і її перемішування уповільнюється; відбір із виробки і наступне відділення в сепараторі, розташованому на дні моря, цільового продукту, який відрізняється тим, що цільовим продуктом технології є газ, який отримують у результаті плавлення газового гідрату у процесі дезінтеграції гідратовмісної породи за рахунок теплової енергії, привнесеної у виробку зі струменями води високого тиску, яка нагрівається у підігріванні, розміщеному на морському дні, у результаті спалювання частини видобутого газу, причому для підтримання процесу горіння газу у підігрівачі повітря подається компресором з надводного забірника по трубопроводу подачі повітря, а продукти горіння з підігрівача відкачуються у морську воду через рекуперативний теплообмінник для підігріву видобутого газу з метою запобігання закупорюванню лінії його відбору у результаті повторного гідратоутворення.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що функцію абразивного матеріалу в гідромоніторних затоплених струменях виконують уламки породи, які захоплюються цими струменями разом із гідросумішшю на ділянці від зрізу насадки гідромоніторів до контакту з гідратовмісною породою пласта.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у результаті гравітаційного розділення гідросуміш збіднюється на основну частину твердої фази, яка осідає на дно виробки, і газ, який накопичується в її склепінні, крім того, виділення газу, у результаті плавлення газового гідрату, і надходження у виробку робочої високонапірної рідини створює у ній надлишковий тиск, який використовується для видобутку газу і частини збідненої на тверду фазу гідросуміші (для Зо забезпечення циркуляції води) за рахунок ефекту газліфта.