[發明專利]一種海洋天然氣水合物砂漿置換開采方法及開采裝置

有效

• 申請號: 201710941289.0
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107676058B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 劉昌嶺;李彥龍;吳能友;陳強;孟慶國;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;E21B43/04
• 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

本發明公開一種海洋天然氣水合物砂漿置換開采方法及開采裝置，所述開采方法通過適當放寬機械篩管擋砂精度使地層泥質和砂質細顆粒在可控條件下流入井筒生產管柱并被排出，與此同時，持續向水合物儲層中注入粗粒砂漿，通過水合物儲層出砂管理技術與砂漿注入技術的配合，實現粗粒砂漿與地層細顆粒、水合物空間的置換；開采裝置包括生產套管、生產油管、井筒注水管和砂漿回注管，生產套管下端連接有機械篩管，且在機械篩管內上下兩端還分別安裝有上機械封隔器和下機械封隔器；生產油管的入口端安裝氣體分離裝置，井筒注水管在上機械封隔器上方位置處與生產油管連通，砂漿回注管穿過上機械封隔器和下機械封隔器延伸至水合物儲層生產層段的底界，并與礫石充填工具相連，通過上述方法與裝置，達到連續高效生產的目的。

技術領域

本發明屬于海洋天然氣水合物高效開采領域，具體涉及一種適用于降壓法或地層流體抽取法開采的海域天然氣水合物的砂漿置換開采方法及開采裝置。

背景技術

天然氣水合物是一種穩定存在了百萬年且儲量巨大的能源，其中約90%以上的天然氣水合物資源賦存于深海淺層沉積物中，天然氣水合物廣闊的能源利用前景激起世界各國濃厚的研究興趣。如果能安全、有效開采賦存于我國周邊海域的天然氣水合物，將會極大的促進我國能源結構的改善。2017年由中國地質調查局主持的我國首次海域天然氣水合物試采工程，實現了連續排采60天，日均產氣量超5000方的歷史性突破，同時拉開了我國天然氣水合物產業化開采的序幕。

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。上述科學試驗均表明，降壓法或地層流體抽取法是最具有應用前景的天然氣水合物開采方法。但與此同時，降壓法或地層流體抽取法開采仍然面臨地層失穩、出砂導致地層虧空、長期開采提產難度大等關鍵問題。尤其是對于我國周邊海域大面積存在的粉砂質儲層而言，儲層沉積物粒徑小、粘土含量極高（≥30%），在水合物分解產出過程中不可避免的會發生粘土及粉砂細顆粒從地層骨架上的脫落及運移產出；如果按照常規油氣井開發思路，采用嚴格的防砂作業對地層泥砂“橫加阻攔”，則必然造成井底擋砂介質的嚴重堵塞，防砂附加表皮系數的成倍增大，從而嚴重影響水合物生產井的產能。因此，無論采取何種降壓條件或地層流體抽取方案，試采過程中的泥砂產出都將是不可避免的，再加上水合物分解本身造成的地層體積虧空，粘土質粉砂型水合物儲層長期開采會面臨的大面積地層虧空現象。

因此，對于海洋天然氣水合物降壓開采井或地層流體抽取法開采井而言，從保證地層產能的角度而言，對地層產出砂的處理不應該單純的強調“防”，而應該是進行合理的“出砂管理”，即使地層泥質及砂質細顆粒組分在可控條件下流入井筒生產管柱，并排出至地面（平臺）井口。但必須認識到，在長期開采條件下，上述出砂管理措施將導致近井地層不可避免的發生虧空，地層虧空量小則影響井筒管柱的穩定性，虧空量大則可能導致地層發生失穩垮塌，會對整個海底裝置產生嚴重破壞。

因此降壓法或地層流體抽取法必須配合一定的物料置換，才有可能為上述問題提供有效的解決途徑。目前科學界研究較多的CO₂置換開采法，雖然能從一定程度上減緩地層的虧空狀態，但是近井地層CO₂水合物的形成將導致該區域的滲透率變得更低，地層壓力傳導能力更差。另外，CO₂置換開采過程所產生的CO₂水合物只能對原有天然氣水合物的儲存空間起到一定的“置換”作用，而無法對由于地層泥砂產出造成的大面積虧空區域進行有效“填補”。因此從泥質粉砂型天然氣水合物長期經濟有效開采的角度分析，CO₂置換法不具備工程應用價值。

綜上所述，天然氣水合物由固相分解為氣、水兩相產出的過程中會導致地層虧空，地層泥砂的產出更進一步加劇井筒周圍水合物分解區域的大面積虧空，對地層穩定極為不利。CO₂置換法無法滿足置換上述虧空空間的需求且會造成近井地層滲流能力的下降。但長期的水合物開采過程又必須要求對儲層虧空進行填充和置換，以維持地層穩定性。