[發(fā)明專利]一種穩(wěn)固地層的天然氣水合物聯(lián)合開采方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110627142.0
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113294126B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐芬蘭;許振強;于彥江;李彬;申凱翔;史浩賢;陳靚;于浩雨;黃芳飛;寧波
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/26
• 代理公司: 北京金宏來專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11641
• 代理人: 李東梅

本發(fā)明公開了一種穩(wěn)固地層的天然氣水合物聯(lián)合開采方法及裝置，其中，聯(lián)合開采方法包括：搭建海上開采平臺和注入平臺，布設(shè)開采井和注氣井，其中，開采井水平段布設(shè)于上覆蓋層和水合物儲層交界位置處，注氣井水平段布設(shè)于水合物儲層內(nèi)并位于開采井水平段下方；在注氣井下入射孔壓裂聯(lián)作工具，注入二氧化碳熱介質(zhì)對注氣井水平段進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，注氣井燜井進(jìn)行置換反應(yīng)；在開采井下入生產(chǎn)管柱和定向水力射孔壓裂工具，向生產(chǎn)管柱注入支撐材料、熱海水和采出地層水，對開采井下伏的水合物儲層進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，形成高導(dǎo)流通道用于連通開采井水平段和注氣井水平段之間的水合物儲層；抽取出天然氣和殘余的二氧化碳?xì)怏w。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天然氣水合物開采技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種穩(wěn)固地層的天然氣水合物聯(lián)合開采方法及裝置。

背景技術(shù)

天然氣水合物是天然氣與水在低溫高壓環(huán)境下形成的籠形晶胞化合物，全球水合物資源量保守估計約為3.0х10¹⁵m³，比常規(guī)油氣資源量高出一個數(shù)量級。此外，天然氣水合物具有綠色無污染的燃燒特征，被譽為21世紀(jì)最有開發(fā)價值和前景的清潔能源，并有望改善目前非清潔能源占據(jù)市場主導(dǎo)的能源架構(gòu)。

天然氣水合物主要分布在工程條件苛刻的陸地永久凍土帶和水深超過300m的海底沉積物中，且90％以上分布在海洋區(qū)域。海域天然氣水合物儲層具有埋藏淺、膠結(jié)性差、滲透性差、分布非均勻等特征，且上覆下伏地層普遍具有一定的滲透性。若未來要實現(xiàn)大面積的天然氣水合物商業(yè)化開采，就必須要關(guān)注天然氣水合物大面積分解后導(dǎo)致的地質(zhì)坍塌、滑塌、天然氣泄漏等自然災(zāi)害和環(huán)境問題。

針對開采導(dǎo)致的地層變形沉降問題，現(xiàn)有技術(shù)通過向上覆下伏層注入水泥漿形成人工致密蓋層的方法，進(jìn)而提升降壓法的采收率、有效阻止甲烷泄漏和防止地質(zhì)災(zāi)害。或通過向上覆下伏層注入置換氣體，使其發(fā)生置換反應(yīng)形成CO₂/N₂水合物，有效增強接觸面的土體強度，降低接觸面土體的蠕變和不同土體的相對位移，有效增加儲層的產(chǎn)氣量和解決直接大量開采導(dǎo)致的儲層失穩(wěn)問題。但是，上述方法存在的問題在于三個方面：一是需要額外的作業(yè)和措施來實現(xiàn)地層的穩(wěn)固，提高開采的成本，如在上覆下伏層進(jìn)行射孔作業(yè)來注入大量的水泥漿，提高開采的材料成本且易造成環(huán)境污染，在上覆下伏層進(jìn)行置換氣體注入，由于置換反應(yīng)速率很慢，提高開采的材料和時間成本；二是無法準(zhǔn)確得知地層穩(wěn)固的覆蓋范圍、支撐強度和穩(wěn)固的效果，采用注入水泥漿或注入置換氣體建立穩(wěn)固層的作業(yè)，都無法準(zhǔn)確得知注入材料的走向和作用位置，無法實現(xiàn)開采區(qū)域的整體均衡的穩(wěn)固作用。三是工程實際實施困難，水泥漿存在瞬間凝固現(xiàn)象，導(dǎo)致射孔近井筒位置水泥漿大量堆積，而無法實現(xiàn)橫向上的延伸。而注氣置換存在反應(yīng)速率慢和置換率低的問題，無法高效實現(xiàn)穩(wěn)固的蓋層結(jié)構(gòu)，此外若地層溫壓不滿足置換條件要求，則易發(fā)生置換氣體的泄漏等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種穩(wěn)固地層的天然氣水合物聯(lián)合開采方法及裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種穩(wěn)固地層的天然氣水合物聯(lián)合開采方法，所述聯(lián)合開采方法包括：

固井步驟：搭建海上開采平臺和注入平臺，分別布設(shè)與開采平臺連接的開采井和與注入平臺連接的注氣井，其中，所述開采井水平段布設(shè)于上覆蓋層和水合物儲層交界位置處，所述注氣井水平段布設(shè)于水合物儲層內(nèi)并位于所述開采井水平段下方；

注氣井壓裂步驟：在注氣井下入射孔壓裂聯(lián)作工具，注入二氧化碳熱介質(zhì)對注氣井水平段進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，注氣井燜井進(jìn)行置換反應(yīng)；

開采井壓裂步驟：在開采井下入生產(chǎn)管柱和定向水力射孔壓裂工具，向生產(chǎn)管柱注入支撐材料、熱海水和采出地層水，對開采井下伏的水合物儲層進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，形成高導(dǎo)流通道用于連通開采井水平段和注氣井水平段之間的水合物儲層；

抽取步驟：在開采井下入生產(chǎn)套管，抽取出天然氣和殘余的二氧化碳?xì)怏w。