[發明專利]基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810040848.5
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108086962B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 陳晨;翟梁皓;孫友宏;楊林;張晗;陳勇;朱穎;潘棟彬;鐘秀平
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/11;E21B43/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

一種基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置及方法，開采裝置的真空泵、水氣分離罐、注漿系統、注熱系統、儲氣裝置之間通過管路連接，并固定在開采船上；開采裝置與海底天然氣水合物地層接觸，工作時，將開采裝置壓入天然氣水合物儲層，通過真空泵使內部套管中產生負壓；迫使水合物分解的同時，在外部隔離套管、移動壓板以及射孔注漿后形成的隔水層作用下逐漸排出水合物儲層開采區域中的水，阻斷開采區域外水的補給通道，使開采區域逐漸固結，實現開采水合物的同時加固水合物儲層目的。本發明解決了儲層失穩坍塌、海水毒化等地質災害，保證了海底結構的穩定。

技術領域

本發明涉及海底天然氣水合物開采領域，特別涉及一種開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的開采裝置及其開采方法。

背景技術

天然氣水合物(gas?hydrate)是由天然氣與水分子在高壓(100大氣壓或10MPa)和低溫(0-10℃)條件下合成的一種固態結晶物質。天然氣水合物作為未來潛在能源，具有分布廣泛、資源量巨大、埋藏淺、規模大、能量密度高、潔凈等特點。2017年5月，我國首次海域天然氣水合物試采成功。同年11月3日，國務院正式批準將天然氣水合物列為新礦種。一個單位體積的水合物分解至少可釋放160個單位體積的甲烷氣體，其能量密度是常規天然氣的2-5倍，是煤的10倍。同時，天然氣水合物資源量巨大，據保守估算，世界上天然氣水合物所含天然氣的總資源量約為(1.8～2.1)×10¹⁶m³其熱當量相當于全球已知煤、石油和天然氣總熱當量的2倍。

天然氣水合物在具有上述優勢的同時，其開采時具有一定的風險，天然氣水合物儲層中，水合物的存在使沉積物相互膠結，保證了海底結構的穩定。現有的天然氣水合物的開采方法大體上分為降壓法、注化學劑法和注熱法等，上述這些方法均以改變天然氣水合物的相平衡條件促使水合物分解。通過已知的資料可知，隨著水合物開采的進行，會破壞儲層沉積物顆粒間的膠結結構，使顆粒間產生滑移，分解過程中會使儲層局部液化、孔隙壓力增大、有效應力降低，促使形成水合物層大面積不可控分解，同時會引發海水回灌，可導致上覆地層失穩坍塌、海水毒化，甚至地震、海嘯等地質災害。

海底水合物開采裝置及方法研究方面，目前國內外的海底天然氣水合物開發研究主要處于水開采方法及裝置研究階段，均面臨著水合物開采后的賦存地層及上覆地層穩定性下降、工程安全無法保障的問題。因此，亟需研究一種在開采水合物的同時加固儲層的裝置及方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置，該裝置能夠實現在開采水合物的同時對儲層進行加固的目的，并根據水合物分解速率適時對儲層進行注熱來提高水合物分解速率。具有提高水合物層開采后的結構強度，保證海底天然氣水合物開采施工安全、高效進行，維護海底地質結構穩定的優勢。

本發明的基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置包括外部隔離套管、內部套管、移動壓板、限位器、真空泵、雙井筒套管、真空管、氣液分離器、儲氣裝置、壓力和流量傳感器、注漿系統、控制及信號處理系統、射孔裝置、射孔孔嘴、塑料排水板、雙井筒套管內管、雙井筒套管外管、注熱系統和開采船；

雙井筒套管上端與開采船連接，雙井筒套管下端穿過外部隔離套管，雙井筒套管能隨開采裝置同步壓入天然氣水合物儲層中，雙井筒套管內管底部依次設置射孔裝置、壓力和流量傳感器；真空管設置在外部隔離套管內側頂端以雙井筒套管為中心均勻布置八根；內部套管與真空管垂直密封連接；移動壓板布置在外部隔離套管內側并與真空管平行，移動壓板上設置貫穿孔，內部套管穿過貫穿孔；限位器與外部隔離套管內壁及雙井筒套管外管外側剛性連接。

所述外部隔離套管為剛性不透水圓柱體單元，為整個靜壓部件的外部保護單元，為開采裝置內部提供封閉的工作環境。

所述內部套管為剛性圓柱體花管，上部與真空管密封連接，其內部設置環狀整體式塑料排水板，塑料排水板排水板內部為PVC材質，外部為土工材料包裹，可保證液態水和氣態天然氣通過，阻止儲層中固體顆粒進入內部套管。