[發明專利]一種海洋天然氣水合物降壓開采的多級防砂方法

有效

• 申請號: 201610224449.5
• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN105781499B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 劉昌嶺;李彥龍;劉樂樂
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/12;E21B43/02;E21B43/04;E21B43/10
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技術領域

本發明涉及海域天然氣水合物資源開采技術領域，尤其涉及一種海洋天然氣水合物降壓開采的多級防砂方法。

背景技術

水合物資源具有資源量大、能源密度高、儲層埋深淺的特點。因此，歐美、日本、印度、韓國及中國都進行了大量的基礎研究并形成了一系列的水合物資源開采方法。目前形成的天然氣水合物開發方式主要有熱激法開采、減壓開采、化學試劑注入開采、置換開采和固體開采。從現有的試采經驗看，這些水合物開采方法面臨著共同的難題：出砂給水合物的有效開發帶來嚴重制約。加拿大Mallik5L-38項目(2002)分別應用熱采法和降壓法試采獲得了成功，通過試采首次認識到水合物井開發過程中的出砂問題是制約其高效開采的關鍵因素。Mallik2L-38項目(2007)采用套管射孔完井，于2007年4月2日進行第一次試采作業，在僅30h的有效試采時間內，不計隨產出水被注入到深部地層中的砂量，井筒沉砂量達2m3。出砂造成電潛泵堵塞，泵效降低，試采過程中不得不進行頻繁的啟停操作，試采作業最終被迫終止。為了防止砂堵，進一步延長有效試采周期，2008年2月下入防砂篩管。于2008年3月10日進行第二次試采作業，連續六天的時間里獲得了比較穩定的產能。2013年，日本在南海海槽水合物試采AT1-MC項目是人類歷史上首次在海域進行的水合物試開采工作，完鉆用垂直井裸眼礫石充填防砂工藝完井。2013年3月12日下入電泵開始降壓試采，井底流壓從13.5MPa迅速下降到5MPa，隨后監測產氣動態，連續穩定的產氣過程持續了近6d。累計產氣11950m3標準體積，累計產水1162m3，綜合氣水比為100。2013年3月18日，井底壓力迅速回升，產水量迅速抬升，地層砂大量產出。由于試采船不具備大量產出砂、液混合物的處理能力，井底壓降已不足以使水合物進一步分解，且當日天氣惡劣，因此為了保證船及人員安全，試采作業被迫終止。

綜上所述，降壓法是目前被認為最具潛力的水合物開采方法，而水合物井的防砂難題是制約天然氣水合物降壓法開采的關鍵因素。要實現水合物資源的高效開采，必須攻克出砂問題帶來的困擾。與常規油氣藏開發過程中的防砂問題相比，海域水合物井降壓開采過程中的防砂面臨更大的挑戰，這種挑戰主要表現在：

(1)從產能角度分析，井底流壓越低，生產壓差越大，越有利于水合物的分解，降壓開采效果越好。與該需求完全矛盾的是：生產壓差越大，必將導致地層出砂越嚴重。即使采用充填防砂技術，在較大的生產壓差下，充填層會發生運移翻轉，防砂有效期極短。日本AT1-MC項目防砂有效期僅為6d，足以凸顯出生產壓差矛盾給水合物降壓開采造成的困境；

(2)海域水合物儲層泥質含量高。我國南海海域前期鉆探結果表明，該區域水合物儲層平均泥質含量在15％～37％之間。如果采用傳統充填防砂工藝，則極易造成泥質侵入近井擋砂層，產生很大的防砂表皮，嚴重制約水合物井的進一步降壓生產；

(3)水合物分解過程中存在相變，地層的流動過程為氣液固三相混合流動。在這種情況下，泥質對防砂介質的堵塞將進一步增大，產能嚴重下降。如果在追求水合物分解速度的單一需求下一味增大生產壓差，將導致防砂介質的破裂，防砂失效；

(4)海域水合物儲層通常埋深淺，地層砂不均勻系數大，分選差，因此充填層設計難度大，單一的礫石尺寸設計很難滿足同時阻擋細質砂組分和中粗砂組分的需求，因此傳統的防砂工藝設計方法很難滿足水合物儲層的設計需求，防砂效果差。

因此，針對以上問題，本發明將提供一套適用于海域水合物儲層降壓開采的防砂設計方法。該方法主要是為了解決海域水合物降壓開采過程中面臨的以下關鍵問題：

(1)從根本上解決泥質與粉砂質水合物儲層容易發生防砂介質堵塞的問題，降低防砂表皮；

(2)有效解決防砂與大的生產壓差之間的矛盾；

(3)延長水合物井防砂有效期；

(4)提高水合物井降壓分解產能。

發明內容

本發明是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種海洋天然氣水合物降壓開采的多級防砂方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下步驟：

S1：采用低的生產壓差進行降壓開采，控制井底流壓低于水合物相平衡壓力0.5～2.5MPa，套管外近井地層水合物分解采出的同時排出地層的泥質成分和粉砂質成分，只剩下粒徑粗、分選系數好的均勻粗砂；當井口動態出砂監測設備監測含砂濃度降低到0.3‰以下時，暫停降壓生產；