[發(fā)明專利]基于水合物法開發(fā)海洋天然氣水合物系統(tǒng)的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011115532.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN112709552B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李彥龍;吳能友;陳強(qiáng);劉昌嶺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島海洋地質(zhì)研究所
• 主分類號(hào): E21B43/01
• 分類號(hào): E21B43/01;E21B43/04;E21B41/00
• 代理公司: 青島匯智海納知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

本發(fā)明公開一種基于水合物法開發(fā)海洋天然氣水合物系統(tǒng)的裝置及方法，采用“去平臺(tái)”化的模式，通過在海底安裝一系列大型水合物收集裝置，使其與水合物所在的非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層連通并促進(jìn)水合物分解氣、伴生氣、淺層氣進(jìn)入水合物收集裝置后再次生成水合物；待水合物收集裝置滿載水合物后，使用大型工程船或浮式液化天然氣船進(jìn)行回收，以有效減緩產(chǎn)能需求矛盾，降低水合物試采成本。本方案既能夠?qū)崿F(xiàn)低豐度非常規(guī)天然氣的多氣合采，也可以實(shí)現(xiàn)非連續(xù)分布的水合物礦體的低成本單獨(dú)開采，避免了海底輸氣管路的鋪設(shè)，并可有效減緩產(chǎn)能需求矛盾，降低水合物試采成本，有效解決由于水合物分解效率引起的產(chǎn)能低和平臺(tái)長期服役導(dǎo)致的“耗不起”之間的矛盾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋天然氣水合物開采領(lǐng)域，具體涉及一種低成本、集約型、利用水合物技術(shù)實(shí)現(xiàn)海洋天然氣水合物系統(tǒng)中非常規(guī)天然氣資源開發(fā)的方法。

背景技術(shù)

狹義的海洋天然氣水合物系統(tǒng)主要是指由沉積物、孔隙水、水合物組成的多相多組份體系；廣義的海洋天然氣水合物系統(tǒng)除了上述組成外，還可能包括與水合物底界毗鄰的水合物伴生氣，以及與其處于同一壓力系統(tǒng)或與其具有相同氣源特征的淺層氣。本申請(qǐng)方案中采用廣義的海洋天然氣水合物系統(tǒng)進(jìn)行表述。水合物、水合物伴生氣、淺層氣是海洋天然氣水合物系統(tǒng)所蘊(yùn)含的主要資源。海洋天然氣水合物系統(tǒng)在全球分布廣泛、儲(chǔ)量巨大，但其資源品位差、聚集程度弱，現(xiàn)有技術(shù)條件下的資源經(jīng)濟(jì)可采性差。

在眾多天然氣水合物勘探開發(fā)國家計(jì)劃的支持下，迄今已在加拿大北部麥肯齊三角洲外緣的Mallik、阿拉斯加北部陸坡、中國祁連山木里盆地等3個(gè)凍土區(qū)，以及日本東南沿海Nankai海槽、中國南海神狐海域等2個(gè)海域累計(jì)開展了11井次的試采工作，在生產(chǎn)工程、技術(shù)、理論等方面都取得了一系列進(jìn)步。

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物試采的基本原理是：通過一定的物理化學(xué)手段促使原地狀態(tài)的天然氣水合物分解為氣—水兩相，然后應(yīng)用類似于油氣開采的手段將天然氣產(chǎn)出到地面。從促進(jìn)水合物在原地分解轉(zhuǎn)化的角度，目前所用的方法主要有降壓法、注熱法、二氧化碳置換法及上述單一方法的聯(lián)合應(yīng)用。在當(dāng)前基于常規(guī)油氣開采技術(shù)改良方案的開采技術(shù)大背景下，天然氣水合物能否滿足產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，一方面取決于天然氣價(jià)格，另一方面則取決于產(chǎn)能。其中后者是從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定性因素。

但是，在現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)下，目前全球陸域天然氣水合物試采最高日均產(chǎn)能的最大值約為產(chǎn)業(yè)化開采日均產(chǎn)能門檻值的1/138，海域天然氣水合物試采最高日均產(chǎn)能約為產(chǎn)業(yè)化開采日均產(chǎn)能門檻的1/17。即：目前天然氣水合物開采產(chǎn)能距離產(chǎn)業(yè)化開采產(chǎn)能門檻仍然有2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的差距。因此，追求產(chǎn)能最大化是目前中國天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的重要目標(biāo)。

實(shí)際上，無論采取何種增產(chǎn)措施，天然氣水合物的分解速率一定存在其極限值，即：地層中的水合物不可能瞬間發(fā)生分解。因此在基于石油天然氣開發(fā)技術(shù)改良版的天然氣水合物開發(fā)方法的大背景下，天然氣水合物開發(fā)井的產(chǎn)能一定存在“天花板”，不可能按照人為意志無限增大。因此，如果沒有顛覆性的、有別于常規(guī)深水油氣開采的新方法出現(xiàn)，現(xiàn)行產(chǎn)能需求與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)之間的鴻溝的彌補(bǔ)，難上加難。其主要原因是：當(dāng)前開采條件下，只要開展水合物開發(fā)，大型深水平臺(tái)(開發(fā)平臺(tái))就必須長期服役，僅平臺(tái)日費(fèi)一項(xiàng)的每天成本都在幾百萬人民幣級(jí)別，即使通過水平井、多分支井等技術(shù)的改良實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的量級(jí)突破，也將有很大一部分被平臺(tái)日費(fèi)等附屬費(fèi)用抵充。

綜上所述：(1)天然氣水合物開采效率低是由天然氣水合物本身的分解動(dòng)力學(xué)特征決定的，無論使用何種技術(shù)手段加速其分解，其分解的速率一定是存在極限值的，不可能發(fā)生瞬間大面積的分解，因此單井控制條件下的水合物產(chǎn)氣速率存在一個(gè)極限值；(2)能否產(chǎn)業(yè)化不僅取決于產(chǎn)能能否增加，更取決于開采成本能否降低，在水合物分解速率天花板效應(yīng)制約下，與其投入巨額的人力物力提高天然氣水合物單井產(chǎn)能，不如變平臺(tái)長期服役式開采為集約型開采；(3)天然氣水合物具備的分散型特征決定了其無法形成連續(xù)的、成規(guī)模的礦體，零散礦體的天然氣儲(chǔ)量不足以支撐海底輸氣管道的建設(shè)，因此無法直接將天然氣水合物產(chǎn)出氣輸送到產(chǎn)水管道中。