[發明專利]用于利用掃掠氣從水合物儲層中生產烴的方法和系統

無效

• 申請號: 200980153213.5
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN102395751A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: J·T·鮑爾克茲韋斯基
• 申請（專利權）人: 雪佛龍美國公司
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16;E21B43/295
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 趙培訓

技術領域

本發明涉及地下含烴水合物儲層中烴的生產。

背景技術

當水和某些氣體分子放在一起時，在較高壓力和較低溫度的適宜條件下，就會形成天然氣水合物(NGH或天然氣的籠形水合物)。在這些條件下，′主′水分子將形成籠或格結構，在內部捕集′客′氣體分子。大量氣體通過該機構密集在一起。例如，一立方米的甲烷水合物包含0.8立方米的水，并通常包含164立方米、有時高達172立方米的甲烷氣。雖然地球上自然存在的最普通的籠形化合物是甲烷水合物，但是，其他氣體也會形成水合物，包括烴氣、諸如乙烷和丙烷，以及非烴類氣體、諸如二氧化碳(CO₂)和硫化氫(H₂S)。

NGH自然存在，并且廣泛存在于水深通常在中緯度到低緯度大于500米(1600英尺)、在高緯度大于150-200米(500-650英尺)的有關北極地區和大陸邊緣的深層永久凍結帶中。水合物穩定區域的厚度隨溫度、壓力、水合物形成氣體的組分、下層地質條件、水深和其他因素而變化。

世界上甲烷水合物的天然氣蘊藏量估計接近700000萬億立方英尺--相比人們目前已經探明的天然氣儲量5500萬億立方英尺，這是一個大得驚人的數字。

迄今為止，大部分甲烷水合物研究已經集中在基礎研究以及水化物沉積物的檢測和表征上。商業上可行并且環境上可接受的提取方法仍然處于初期階段。開發安全、成本低廉的用于生產甲烷水合物的方法對于水合物沉積物的開采來說仍是一個重大技術挑戰和經濟挑戰。

越來越多的工作表明，當開采水合物儲層時，分離前部(front)將形成在水合物層的底部和頂部。水合物層底部上的分離前部的出現是因為地球的較深部分通常比較淺部分熱。水合物分離是一個強吸熱過程(即，水合物必須從周圍環境中吸取熱量)。而且，水合物儲層下方的地層的熱量不斷地由下方更熱的地層提供和置換；從而為水合物儲層提供大體上不間斷的新熱量供應。

水合物層頂部的分離前部的出現不是顯而易見的現象，但是如果水合物分離吸熱性質強，將變得很明顯，甚至來自水合物層上方的地層的熱量會被吸入到水合物儲層中。主要區別在于，水合物層上方的淺土比水合物儲層下方的深土冷得多。另外，水合物層上方的淺土(無論是深海底部沉積物還是北極永凍層)不斷地從上方冷卻。任何熱量，一旦被拉到下方的水合物層中，就不會輕易被置換。

值得注意的是，水合物層頂部和底部上的分離前部幾乎是水平的，并很快從井眼移出很大的徑向距離。在分離前部形成的初始分離階段之后，分離前部慢慢地朝著彼此前進，最終在水合物沉積物中間某個位置相遇，在該位置水合物儲層將完全分離。

任何儲層生產的氣體由于其固有浮性而上升。從水合物分離生產的氣體將向上流動，并匯聚在水合物儲層的頂部。水合物儲層上方的淺土初始較冷，而且沒有熱量置換，這導致一種狀態，即′頂部空間′氣體非常冷，在細微壓降下就會容易地恢復成水合物。

因此，由于焦耳-湯姆遜效應，甚至很小的壓降(例如與能夠使氣體朝著井眼流動的生產井的必要較低壓力有關的壓降)都可能導致充足的降溫結果，導致在上面的′頂部空間′重新形成水合物。水合物的這種形成可能阻礙或制約進一步生產。

目前僅有的解決方案是將壓降減少至水合物重新形成不再發生的程度(即降低生產率)但這仍然沒有緩和。這樣的低生產率的負面經濟后果是不言而喻的。

發明內容

本發明公開了一種用于從含烴水合物儲層生產烴的方法。該方法包括提供至少一個與生產設備以及含烴水合物儲層流體連通的生產井。水合物儲層與配置在水合物地層上方的頂部空間流體連通。頂部空間容納分離的烴和水。該方法還包括使掃掠氣掃掠過頂部空間以移除來自水合物儲層的已分離的氣體和水，并將已分離的氣體和水輸送至所述至少一個生產井。理想的是，生產井將已分離的烴和水輸送至一生產設備。

優選地，利用一個或更多個噴射井將掃掠氣引入到所述頂部空間內。通過噴射掃掠氣，形成一壓力梯度，有助于將已分離的氣體驅至生產井。必須小心防止掃掠氣的噴射壓力相對于儲層頂部空間溫度狀況變得太高，以免形成新的水合物。

掃掠氣在引入頂部空間之前可以本身就是熱的，或者人為加熱，或者不加熱。掃掠氣提供的附加熱量有助于防止分離的頂部空間氣體重新形成水合物。否則，這種重新形成的水合物可能在儲層中形成堵塞，制約生產井的生產率。受熱的掃掠氣還會增加水合物儲層的分離率。掃掠氣的非限制性的例子可以包括天然氣、甲烷、氮氣或這些氣體的混合物。