[發明專利]粉砂質海洋天然氣水合物礫石吞吐開采方法及開采裝置

有效

• 申請號: 201710940908.4
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107869331B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 李彥龍;吳能友;胡高偉;劉昌嶺;孫建業;李承峰
• 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;E21B43/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 萬桂斌

本發明公開一種粉砂質海洋天然氣水合物礫石吞吐開采方法及開采裝置，開采方法通過適當放寬井筒擋砂精度，使地層細砂和泥質組分流入井筒，一定的生產時間后，將粗粒徑砂礫注入生產井管外地層，填補地層細組分和水合物產出造成的虧空，然后再開井生產，如此經過砂礫注入輪次與水合物儲層流體抽取輪次的交替往復，實現提高粉砂質儲層產能、防止地層大面積虧空、延長井筒防砂有效期的效果。砂礫注入與降壓生產的交替進行，并配合適度出砂管理技術，實現粗粒徑砂礫與地層泥質、砂質細顆粒和水合物分解空間的間歇性吞吐置換，促進粉砂質天然氣水合物儲層的高效降壓開采，并降低海洋天然氣水合物長期開采過程中的地層失穩坍塌風險，為我國海域粉砂質水合物開采提供新思路，并促進水合物商業化開采技術的發展。

技術領域

本發明屬于海洋天然氣水合物高效開采領域，具體涉及一種粉砂質海洋天然氣水合物礫石吞吐開采裝置及開采方法。

背景技術

天然氣水合物廣泛分布于高緯度陸地永久凍土帶與大陸邊緣海沉積物中，是一種重要的潛在能源，如何安全高效地對其進行開采利用已經成為當前國際上的研究熱點。近年來，世界各國的研究重點已經由原來的水合物基礎研究、水合物資源勘查逐步轉入天然氣水合物試采階段。尤其是常規油氣資源較為緊缺的國家，如日本，已經展開了大量的海域天然氣水合物試開采研究并制定了中長期水合物開采產業化目標。從開采方法的角度，目前天然氣水合物開采方法從機理上主要分為降壓開采法、注熱開采法、CO₂置換開采法和注化學劑開采法等，從2002年Mallik 5L-38水合物試采到2017年中國南海水合物試采，上述開采方法均已進行了部分或全部現場試驗驗證。

歷次試采實踐均表明，降壓開采法是最具有應用前景的天然氣水合物開采方法。然而，無論是我國首次海域天然氣水合物試采，還是國外歷次水合物試采，均處于科學實驗階段，離產業化開采還有很多關鍵技術需要解決。降壓法在開采海域天然氣水合物過程中仍然面臨著地層失穩、大面積出砂導致的長期開采提產難度大等關鍵問題。尤其是對我國海域大面積分布的粉砂質水合物儲層而言，在常規降壓法基礎上改良的流體抽取法取得了短期試采的（60天）成功。但是由于該類儲層沉積物粒徑小、粘土含量高，屬于極弱固結的低滲或超低滲儲層，開采過程中如果按照常規油氣儲層防砂的思路進行嚴防死堵，則必然會對生產井產能產生嚴重影響；反之，稍微放大井筒擋砂精度，則近井地層的細顆粒或泥質顆粒會很容易流入井筒，久而久之，必然會導致近井地層的虧空。由于地層細組分產出造成的虧空與由于水合物分解造成的虧空疊加，將會使儲層面臨嚴重的穩定性問題，因此，從降壓法開采粉砂質儲層水合物的需求而言，需要對降壓法進行進一步的改進和優化——降壓開采中需要向儲層中注入其他物質，從而解決上述問題。

CO₂置換開采法為維持天然氣水合物儲層穩定性提供了思路，但是由于該方法在置換過程中會形成CO₂水合物，降低近井地層滲透率，導致后期持續開采困難。該方法在大粒徑砂質儲層（美國IgnikSikumi-2012試采）中尚且面臨嚴重的開采效率問題，對粉砂質儲層而言，其應用效果可想而知。因此，雖然CO₂置換法能為水合物長期開采提供一定的借鑒思路，但是以水合物置換水合物的做法，在粉砂質水合物長期開采過程中顯然是不可用的。如果能找到一種用其他高滲透物質置換水合物（同時置換近井泥質或細粉砂），則會對水合物的長期開采產生革命性的影響。

如果將上述CO₂換成熱蒸汽注入，則CO₂置換法即為通常意義上的注熱法開采。該方法雖然有助于維持地層壓力，從一定程度上減緩地層失穩，但是也無法從根本上解決地層失穩問題，而且已經被Mallik 2L-38水合物試采證明其對海洋天然氣水合物的開采適用性非常有限。常規稠油油藏開發過程中常用蒸汽吞吐來實現單井提產，目前已經有了非常成熟的應用，但對海洋天然氣水合物儲層而言，蒸汽吞吐的效率問題和對儲層穩定性的改善程度卻不容樂觀。因此，從實際需求上講，水合物開采需要“吞吐”，但“吞吐”的物質一定不是蒸汽，而是一種即能促進水合物分解，又能填充地層虧空的物質。