[發(fā)明專利]欠平衡正循環(huán)條件下天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810515239.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108756829B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏納;李海濤;趙金洲;張烈輝;周守為;李清平;孫萬(wàn)通
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/01
• 分類號(hào): E21B43/01;E21B43/40
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發(fā)明涉及欠平衡正循環(huán)條件下天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法及系統(tǒng)，用于對(duì)海洋非成巖弱膠結(jié)天然氣水合物層進(jìn)行固態(tài)流開(kāi)采，設(shè)備主要由地面設(shè)備系統(tǒng)和水下設(shè)備系統(tǒng)兩部分組成，施工流程包括前期施工過(guò)程、欠平衡固態(tài)流鉆采水合物施工過(guò)程和泥沙回填過(guò)程。本發(fā)明基于固態(tài)流開(kāi)采基本技術(shù)思路，采用欠平衡正循環(huán)方法對(duì)海底天然氣水合物進(jìn)行開(kāi)采，有效解決了降壓、注熱、注劑、置換等天然氣水合物常規(guī)開(kāi)采方法面臨的井筒安全、生產(chǎn)控制、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，使用本發(fā)明方法，能夠?qū)崿F(xiàn)海底弱膠結(jié)非成巖天然氣水合物綠色環(huán)保、高效、安全、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采，為國(guó)家提供更多的能源，進(jìn)而解決我國(guó)面臨的能源短缺困境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是欠平衡正循環(huán)條件下天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

天然氣水合物是由水和天然氣在高壓、低溫環(huán)境下生成的非化學(xué)計(jì)量性籠狀晶體，是一種高密度、高熱值的非常規(guī)能源，天然氣水合物（以下簡(jiǎn)稱水合物）作為一種新型的清潔能源一直備受關(guān)注，全球海洋水合物儲(chǔ)量保守估計(jì)總量達(dá) 2.83×10¹⁵ m³，約是陸地資源量的100倍，它被認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的接替能源。國(guó)土資源部等部門勘探我國(guó)遠(yuǎn)景資源量約為680×10⁸ t。

針對(duì)海洋水合物的開(kāi)采，常規(guī)方法采用降壓、注熱、注劑、置換等方式使水合物在井底釋放出天然氣并采出，此類方法的基本原理為：通過(guò)降壓、注熱、注劑、置換等技術(shù)手段使水合物分解成天然氣，然后再以開(kāi)采常規(guī)天然氣的方式開(kāi)采水合物分解的天然氣。采用降壓、注熱、注劑、置換等方法開(kāi)采水合物過(guò)程中，水合物分解產(chǎn)生的砂粒被天然氣攜帶進(jìn)入井筒，進(jìn)而造成井底出砂的井筒安全問(wèn)題。儲(chǔ)層水合物分解后，儲(chǔ)層原有的骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生潰散，地層應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，從而造成井筒及儲(chǔ)層坍塌、開(kāi)采設(shè)備被埋等生產(chǎn)控制風(fēng)險(xiǎn)。水合物分解出大量的天然氣，天然氣沿地層孔隙通道透過(guò)地層，逸出海面進(jìn)入大氣層，造成各種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。水合物常規(guī)開(kāi)采方法而所面臨的井筒安全、生產(chǎn)控制、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題極為嚴(yán)重，迫切需要一種開(kāi)采方法能夠解決海洋天然氣在開(kāi)采過(guò)程中所面臨的這類問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種綠色環(huán)保、高效、安全、經(jīng)濟(jì)的欠平衡正循環(huán)條件下天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法及開(kāi)采系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

欠平衡正循環(huán)條件下天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法，所述欠平衡正循環(huán)條件的天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法，主要包括以下步驟：

S1、前期施工過(guò)程：采用常規(guī)鉆井方式一開(kāi)鉆井，并形成一開(kāi)井筒，下入導(dǎo)管，一開(kāi)井筒與導(dǎo)管環(huán)空內(nèi)注水泥后形成水泥環(huán)；

S2、欠平衡固態(tài)流鉆采水合物施工過(guò)程：向S1中的導(dǎo)管下入鉆柱和鉆頭進(jìn)行鉆采作業(yè)，在鉆采過(guò)程中向鉆柱內(nèi)注入海水，海水將鉆頭打碎的儲(chǔ)層水合物顆粒及泥沙從鉆柱與井筒形成的環(huán)空帶出，被帶出的水合物顆粒、泥沙混合流經(jīng)過(guò)分離得到天然氣、海水和泥沙，整個(gè)過(guò)程中保持井底形成負(fù)壓，鉆柱和鉆頭持續(xù)作業(yè)，直至設(shè)計(jì)井深；

S3、泥沙回填過(guò)程：向儲(chǔ)層內(nèi)注入海水和S2中采出并收集的泥沙，在井底形成一定的超壓，實(shí)現(xiàn)泥沙在開(kāi)采儲(chǔ)層的回填，同時(shí)向上緩慢拖到油管，最終完成整個(gè)井筒的泥沙回填。

優(yōu)選地，S2中向鉆柱與井筒形成的環(huán)空注入天然氣，使得鉆頭處的液柱壓力小于儲(chǔ)層壓力，在井底形成的負(fù)壓。

優(yōu)選地，S3中海水和S2中采處并收集的泥沙經(jīng)過(guò)鉆柱和鉆頭進(jìn)入儲(chǔ)層，鉆頭處的液壓大于儲(chǔ)層壓力，實(shí)現(xiàn)泥沙回填。

一種基于權(quán)利要求1所述的欠平衡正循環(huán)條件下天然氣水合物固態(tài)流開(kāi)采方法的開(kāi)采系統(tǒng)，所述開(kāi)采系統(tǒng)包括地面設(shè)備系統(tǒng)及水下系統(tǒng)；

所述地面設(shè)備系統(tǒng)包括鉆機(jī)、地面分離系統(tǒng)、液化系統(tǒng)、天然氣液化氣罐、海洋平臺(tái)、填砂罐、天然氣穩(wěn)壓罐、天然氣增壓泵、海水吸入管線、海水注入管線和海水注入泵；