[發明專利]一種開采海洋天然氣水合物的方法與裝置

有效

• 申請號: 201010236482.2
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN102337895A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 馬汝濤;紀友哲;李青松
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21C50/00
• 分類號: E21C50/00;E21B43/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術領域

本發明涉及一種海洋天然氣水合物開采方法與裝置，屬于海洋油氣藏開發領域。

背景技術

天然氣水合物是低溫高壓條件下由水和氣體分子構成的冰狀固體物質，隨儲層和氣源性質不同，其性狀也不盡相同。海底天然氣水合物的開采方式與現有氣藏開采方式有重大差別，文獻中常見的開采方法是注熱分解法、降壓分解法、注入抑制劑分解法和置換分解法等。降壓分解法是通過減小氣水合物表面壓力，使其處于相平衡區域之外從而發生分解。該法面臨的最大問題是分解速度過慢，氣體產出量有限。注熱分解法通過向水合物中注入熱量促其升溫從而造成水合物分解。注熱可由多種手段實現，比如向氣水合物中注入熱水，蒸汽或特殊介質(比如特殊的酸或堿)，甚至火燒氣水合物，也可使用微波加熱。前兩種方法尚可考慮采用地熱來實現，而微波加熱必須要考慮巨大的能量來源，以及合理的控制熱量波及范圍；注入介質的方法需要經過進一步的實驗室研究和現場試驗，因為大部分沉積層的滲透率并不高，難以保證注入介質的作用范圍和最終效果；火燒氣水合物則需要考慮更多的技術問題，比如如何注入氧氣以及在氣水合物中打通燃燒的通道等。還需注意，常規油氣藏開發過程中，生產壓力通常由地層流體提供，通過注入流體即可基本維持初始生產壓差。而對于氣水合物，開采時如果注入足夠熱量，那么其分解時產生的天然氣完全有能力造成地層壓力的急劇升高，甚至大大高于初始地層壓力。注入抑制劑法原理是通過向氣水合物層注入化學試劑改變其相平衡從而引起分解。該法可能引起環境污染，不適宜大規模開發應用。置換分解法是一種新穎的開采方法，一旦實現，既能夠采出寶貴的資源，又能將溫室效應顯著的二氧化碳封存在海底。但是相關試驗表明，這種方法反應速度過慢，而且二氧化碳在礦藏中的運移將受到地層和氣水合物的阻隔，替換效率很低。

發明內容

本發明的目的是提供一種開采海洋天然氣水合物的方法與裝置。本方法是向海洋天然氣水合物中注入溶解劑，使固態氣水合物轉化為液態后進行收集，之后對該溶液進行分離獲得天然氣。既能合理有效地開發氣水合物，又能保證環境和設備的安全。

本發明所述的開采海洋天然氣水合物的方法由如下步驟實現：

1.構建安全井組

安全井組由觀察井和加固井組成，其目的是保障海底的穩定性，削弱天然氣水合物被采出所帶來的影響，安全井組的建設過程遵循如下步驟：

(1)鉆觀察井

開發初期應在整個作業區域內合理布置觀察井，用以了解海底地層的動態；觀察井可采用深水鉆井技術完成，可使用小井眼鉆井技術以降低成本，鉆達設計深度后根據地質狀況確定是否固井；應保證觀察井能夠實時準確地取得地層參數。

(2)鉆加固井

加固井用于向開采過氣水合物的海底地層注入固化劑以穩固礦層骨架，防止海底滑坡或巖層流動；鉆井完成后不固井。

加固井采用等直徑井身結構，使用套管鉆井技術完成；井身為封閉金屬筒結構，由懸掛段，剪切接頭和口袋段三部分組成；懸掛段連接井身與平臺，口袋段封閉井筒，剪切接頭連接懸掛段和口袋段，并控制固化劑的注入位置；固化劑的注入有兩種工作模式：一是主動注入，即由觀察井所得資料表明海底地層可能出現不穩定跡象時，增大加固井中壓力，則井身自剪切接頭處斷開，固化劑即被注入地層；二是被動注入，即地層突然發生流動時將使加固井由剪切接頭處剪斷，固化劑由斷開處注入地層。

(3)建設海底安全監控平臺

海底安全監控平臺不承擔天然氣水合物開采任務，只負責檢測和控制海底地層的穩定，防止出現滑坡的異?，F象。

監控平臺的規模和形式應與實際需要相匹配；地質穩定區域勿需建設這類平臺；近海區域可使用固定式平臺；深海區域則使用浮動式平臺；平臺上設有觀察井資料收集和分析工作區，裝有加固井壓力和流量監控設備，備有足量固化劑；固化劑可以為水泥或其他類似屬性的物質。

2.構建開發井組

開發井組由注入井和收集井組成，其目的是用溶解劑將氣水合物進行溶解后再分離產出天然氣；開發井組是產出天然氣的必要裝置，其建設過程可分為如下步驟：

(1)鉆注入井

注入井采用水平井，其水平段位于氣水合物儲層的較低層位；視儲層地質條件選擇合適的完井方式，保證井眼與儲層良好連通；注入井的走向與儲層走向一致，以盡可能多得接觸氣水合物。

注入劑經由注入井進入儲層，注入井可使用單一水平井，也可使用多井筒并排注入。

由注入井輸入的溶解劑造成氣水合物溶解，且產出溶液密度比相同條件下的空隙水密度小，因而在浮力作用下逐漸向地層上部運動。