一种海域天然气水合物储层改造开采的方法技术

本发明专利技术提供了一种海域天然气水合物储层改造开采的方法。该方法包括：在天然气水合物储层部署生产井，在天然气水合物储层的上部盖层部署注入井；向注入井中注入CO

Method for rebuilding natural gas hydrate reservoir in sea area

The invention provides a method for reforming and exploiting natural gas hydrate reservoir in the sea area. The method comprises deploying a production well in a gas hydrate reservoir, deploying an injection well in the upper cover layer of a gas hydrate reservoir, and injecting CO into the injection well

【技术实现步骤摘要】
一种海域天然气水合物储层改造开采的方法
本专利技术涉及一种储层改造开采的方法，尤其涉及一种海域天然气水合物储层改造开采的方法，属于天然气水合物开采领域。
技术介绍
天然气水合物是由天然气和水分子组成的类似冰状的固态结晶体，天然气主要由甲烷组成，故也称为甲烷水合物。天然气水合物的能量密度很高，据理论计算1立方米的饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164立方米的甲烷气体，是其它非常规气源岩(诸如煤层气、黑色页岩)能量密度的10倍，为常规天然气能量密度的2-5倍。虽然水合物资源前景诱人，但是，由于天然气水合物资源环境的复杂性以及开发过程中可能带来的环境安全问题，世界范围内针对天然气水合物大规模商业开发仍持谨慎态度。目前该领域研究工作仍处于机理探讨、开采技术论证以及小规模试验开采的阶段，天然气水合物资源的安全高效利用将依赖理论以及工程技术的创新和突破。与常规油气资源不同，自然界中尤其是海底环境下的天然水合物储层通常没有发育成熟的上覆盖层或封闭岩层。天然气水合物开采过程中可能出现甲烷气的大面积逸散导致严重的环境灾害。水合物以固态形式与沉积物颗粒相互作用维持沉积物的稳定性，所以开采过程中水合物相态的转变将破坏这种稳定性，引发坍塌、滑坡、海啸等地质灾害。此外，多数水合物储层存在渗透率低的特点，分解过程产生大量的水，会进一步降低气体的相对渗透率，影响采气效率和稳定性。水合物分解常需要一些激发措施，如降压、注热水、注抑制剂等，这些作业同样受制于水合物储层的低渗透性和没有封闭的盖层的影响。因此，为应对可能的环境和地质风险以及提高水合物开采效率，水合物开采前及开采过程中需要进行储层改造和保护作业。虽然储层改造在常规油气以及页岩气开采中是一项常见的作业，但在水合物开采方面中还没有明确提出这一概念。在天然气水合物开采前后及开采过程中进行储层改造和保护的主要目标是降低水合物开采导致的环境和地质风险，提高产气速度、延长高效产气的周期。真正意义上的天然气水合物储层改造和保护相关研究在国际上尚处于空白状态。国际上已有的现场开采试验均未进行储层改造和保护作业，其结果是试开采获得的单井产气量和产气周期均很不理想，完全达不到商业开采的要求。所以要实现水合物的商业开采，储层改造和保护是必经之路。而目前国内外缺乏专门相关的研究。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种海域天然气水合物储层改造开采方法，该方法可以防止天然气非可控逸散以及开采过程中海水对储层的侵淹，降低水束缚效应，提高产气率，同时维持地层力学稳定性。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种海域天然气水合物储层改造开采的方法，该海域天然气水合物储层改造开采的方法包括以下步骤：在天然气水合物储层部署生产井，在天然气水合物储层的上部盖层部署注入井；向注入井中注入CO2，当CO2覆盖天然气水合物储层的上部盖层，且厚度达到上部盖层内二氧化碳水合物稳定区厚度的50％-90％时，停止注入CO2；当上部盖层沉积物内CO2水合物生长停止，或当CO2水合物平均饱和度大于30％后，采用降压开采方式进行开采；当采出气体组成中CO2摩尔含量大于90％时，或当储层压力降到开采压力时，停止开采，关闭生产井，完成对海域天然气水合物储层的改造开采。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，向注入井中注入的CO2包括液态二氧化碳或超临界二氧化碳。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，向注入井中注入CO2时，CO2的注入温度为高于上部盖层压力下CO2水合物的生成温度。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，向注入井中注入CO2时，CO2的注入温度为高于上部盖层压力下CO2水合物的生成温度，目的是防止注入过程中水合物生成而堵塞注入通道。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，向注入井中注入CO2时，CO2的注入压力小于注入温度下CO2水合物的生成压力，不超过天然气水合物储层的上部盖层的破裂压力。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，降压开采时的开采压力为高于天然气水合物储层的上部盖层处CO2水合物的稳定压力，低于天然气水合物的稳定压力。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，CO2覆盖天然气水合物储层的上部盖层是指CO2全面覆盖天然气水合物储层的上部盖层。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，对降压开采的开采温度没有要求，本领域常规温度即可。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，注入井和生产井均为直井。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，注入井为水平井，生产井为直井。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，注入井和生产井均为水平井。在本专利技术提供的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，优选地，海域天然气水合物储层为上方存在CO2水合物热力学稳定区域的海域天然气水合物储层。本专利技术的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，CO2水合物的转化量、范围、渗透性，CO2气体迁移以及降压生产开始时间点均根据地球物理测量方法确定。本专利技术的海域天然气水合物储层改造开采的方法中，采用降压开采方法，降压可以诱导形成的CO2盖层向下迁移，随着开采的进行盖层处释放出CO2气体并向下运移至天然气水合物采空区重新形成水合物。本专利技术的海域天然气水合物储层改造开采的方法，针对海底天然气水合物储层的低渗透、盖层高渗的特点，基于CO2水合物原理的储层改造思路，天然气水合物储层上部区域存在着广泛的CO2水合物热力学稳定区域，将天然气水合物储层改造/保护与CO2海底封存结合起来，即向天然气水合物储层上方盖层CO2水合物稳定区域内注入CO2并使之转化为低渗透性且具有一定强度的人造CO2水合物封盖层包围天然气水合物储层，然后进行开采作业。本专利技术的海域天然气水合物储层改造开采的方法，具有如下优点：利用人造盖层，防止天然气非可控逸散以及开采过程中海水对储层的侵淹，利于对储层进行排水减压作业，降低水束缚效应，提高气体渗透率，同时维持地层的胶结状态，即力学稳定性；人造CO2水合物盖层可以引出另一种更高效的置换开采技术。目前采用的将CO2直接注入甲烷水合物储层的置换开采方法，采出气中甲烷浓度很低，储层中甲烷的置换百分率也较低。而如果采用CO2水合物盖层+降压联合模式来开采，CO2水合物盖层随着天然气水合物的分解而向下迁移。因为天然气水合物的降压开采，会引起分解波及的储层温度降低，压力的降低导致CO2水合物盖层的下边界不稳定而分解，产生的CO2向下迁移到低温区(天然气水合物采空区)再次形成水合物，分解-再生成的连续进行将导致CO2盖层的下移，不仅保护了天然气水合物采空区的地质稳定性，而且保证采出气中甲烷的高浓度和高的置换分率。本专利技术的海域天然气水合物储层改造开采的方法基于CO2水合物原理进行天然气水合物储层改造与保护，是一种原创性的技术思想。它能够强化海底CO2封存效果以及提高天然气水合物开采的效率和安全系数，符合我国目前碳减排和封存、以及未来大规模商业开发天然气水合物资源的近期和长远需求。附图说明图1是实施例1中海域天然气水合物储层改造开采示意图。图2是实施例1中天然气水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海域天然气水合物储层改造开采的方法，其特征在于，该海域天然气水合物储层改造开采的方法包括以下步骤：在天然气水合物储层部署生产井，在天然气水合物储层的上部盖层部署注入井；向所述注入井中注入CO

【技术特征摘要】
1.一种海域天然气水合物储层改造开采的方法，其特征在于，该海域天然气水合物储层改造开采的方法包括以下步骤：在天然气水合物储层部署生产井，在天然气水合物储层的上部盖层部署注入井；向所述注入井中注入CO2，当CO2覆盖天然气水合物储层的上部盖层，且厚度达到上部盖层内二氧化碳水合物稳定区厚度的50％-90％时，停止注入CO2；当上部盖层沉积物内CO2水合物生长停止，或当CO2水合物平均饱和度大于30％后，采用降压开采方式进行开采；当采出气体组成中CO2的摩尔含量大于90％时，或当储层压力降到开采压力时，停止开采，关闭生产井，完成所述的对海域天然气水合物储层的改造开采。2.根据权利要求1所述的海域天然气水合物储层改造开采的方法，其特征在于，向所述注入井中注入的CO2包括液态二氧化碳或超临界二氧化碳。3.根据权利要求1所述的海域天然气水合物储层改造开采的方法，其特征在于，向所述注入井中注入CO2时，CO2的注入温度为高于上部盖层压力下CO2水合物的生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长宇，顾金祥，陈光进，李楠，刘蓓，杨兰英，孙振峰，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11