一种利用热力射流开采天然气水合物的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种利用热力射流开采天然气水合物的方法及系统。该方法包括：将燃烧反应装置下置于天然气水合物储层的井内目标位置，向其中注入氧气和燃料，并通电点火，燃烧产物经燃烧反应装置喷出形成高速射流，射流和燃烧产生的热作用于天然气水合物储层，使天然气水合物分解，分解出的天然气上返至地面；逐渐减少注入燃料直至停止，同时逐渐将部分上返至地面的天然气以及水注入，与氧气混合持续燃烧，使天然气水合物进一步分解。该系统至少包括：燃烧反应装置、连续油管内管、连续油管外管、电缆线、生产套管、供水装置、供燃料装置、供氧装置、天然气储集与供给装置以及泵组。本发明专利技术具有开采成本较低、开采效率较高、系统结构较为简单等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种利用热力射流开采天然气水合物的方法及系统，属于能源开采

技术介绍
当前，全球经济不断发展，对能源的需求也在进一步增大，随着开发的进行，常规油气储量不断下降，且开采难度不断增大。天然气水合物在自然界中分布广泛，主要存在于海底O?1500m深的大陆架和北极等地的永久冻土带。据有关专家估计，天然气水合物总量巨大，总资源量为目前煤炭和油气总资源量的两倍。目前，已有多个国家发现天然气水合物矿藏，我国也在南海神狐海域、青海省祁连山南缘永久冻土带以及天峻县木里镇成功钻获可燃冰。Im3天然气水合物蕴藏的能量相当于164m3天然气的热值，且燃烧产物清洁无污染。因此，天然气水合物被认定为一种具有开发前景的潜在能源。目前，对于天然气水合物开采的研究，仍处于探索阶段。理论上，天然气水合物的开采方法可以分成两个大类:一类是将含有天然气水合物的储层物质整体采出至地面，再通过一定的分离手段得到天然气水合物，比较典型的有固体开采法或水利提升法。这一类方法面临的困难为实施难度大且不可预见因素太多，因此，相关研究与报道相对较少。另一类方法的主要思路为破坏天然气水合物的生成条件或生存条件，使得储层中天然气水合物分解，进而实现开采的目的。依据该思路形成的开采技术主要有:热激发开采技术、降压开采技术、注化学试剂开采技术。近年来，有学者提出利用二氧化碳置换开采技术以及压裂开米技术等。到目前为止，针对热激发开采思路的技术研究最多，总的来看，经历了注入热流体加热、火驱加热、井下电磁加热、微波加热几个发展方向与阶段。热激发法的原理是通过一定措施提高天然气水合物储层的温度，促使其分解平衡发生移动，产生自由气，从而实现开采。但传统加热方式的热利用效率较低，新型加热方式仍处于试验阶段，需要进一步完善。降压开采技术主要也是依靠降低储层压力，破坏原有水合物分解平衡，从而产生自由气，达到开采的目的。降压主要依靠采用低密度钻井液钻井实现。当天然气水合物储层具有下伏的气层或者水层，也可以通过栗出游离气体或水来降低天然气水合物层的压力。降压法的优点是实施简便，成本较低。缺点主要体现在三个方面:一是开采速度慢；二是由于地面没有注入热量至水合物储层，水合物分解所吸收的热量必须由储层内周围物质提供，这会导致水合物储层周围环境温度降低，当温度降低到一定程度，会抑制水合物的进一步分解，进而导致产量下降；注化学试剂开采技术的原理是通过将某些化学试剂，注入至天然气水合物储层，降低天然气水合物的稳定温度，诱导天然气水合物分解，从而实现开采。常用的化学试剂有盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等。化学试剂法的优点是操作简单方便，缺点是化学药剂作用速度相对较慢，而且价格相对昂贵，同时有可能引发环境污染，这在一定程度上限制了注化学试剂开采技术的发展。此外，近几年有学者提出了二氧化碳置换开采以及压裂气体开采的思路。二氧化碳置换开采技术的原理通过向天然气水合物储层注入二氧化碳气体，生成二氧化碳水合物，置换出天然气水合物中甲烷的同时实现二氧化碳的埋存。压裂开采技术的原理是通过在天然气水合物储层制造人工裂缝，降低孔隙压力，提供天然气运移通道，促进水合物的开采。压裂开采技术主要包括水力压裂开采技术、高能气体压裂开采技术、爆炸压裂开采技术几种。由上可知，目前还没有一种经济有效的方法可以用来实现天然气水合物的大规模工业化开采。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种利用热力射流开采天然气水合物的方法及系统。该方法及系统有望实现高效、经济开发天然气水合物。为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用热力射流开采天然气水合物的方法，其包括以下步骤:将燃烧反应装置下置于天然气水合物储层的井内目标位置，向所述燃烧反应装置中注入含氧气体和燃料，并使所述燃烧反应装置通电点火，燃料开始燃烧，燃烧产物经所述燃烧反应装置喷出形成高速射流，燃烧产生的热和射流的冲击力作用于天然气水合物储层，使天然气水合物分解，分解出的天然气上返至地面；然后逐渐减少向所述燃烧反应装置中注入燃料直至停止，同时逐渐将部分上返至地面的天然气以及水注入到所述燃烧反应装置中，与含氧气体混合，发生高强度持续性的超临界水氧化反应，氧化产物经所述燃烧反应装置喷出形成高速射流，燃烧产生的热和射流的冲击力作用于天然气水合物储层，使天然气水合物进一步分解，分解出的天然气上返至地面；保持含氧气体与水向所述燃烧反应装置中的连续注入，以及部分分解出的并上返至地面的天然气向所述燃烧反应装置中的循环注入，从而实现对天然气水合物的开采。在上述的方法，优选地，位于天然气水合物储层的井包括位于天然气水合物储层不同层位的多分支井；更优选地，位于天然气水合物储层的井是通过热力射流钻出的。其中，通过热力射流钻井可以参考CN103790516A(申请号:201410075665.9，专利技术名称:一种利用热力射流高效破岩的钻井新方法，本申请将其全文引用于此作为参考)中所公开的钻井方法。在上述的方法，优选地，所述含氧气体为氧气；理论上氧气和纯氧都可以，为了保证反应程度，在本专利技术的一【具体实施方式】中，使用的是纯氧。在上述的方法，优选地，所述含氧气体、燃料、水以及部分上返至地面的天然气是通过两个不同直径、内外相套的连续油管管路注入到所述燃烧反应装置中的，其中，所述含氧气体是通过连续油管外管注入，所述燃料、水以及部分上返至地面的天然气是通过连续油管内管注入。在上述的方法，优选地，所述分解出的天然气上返至地面是通过生产套管，所述生产套管的直径大于所述连续油管外管，并套于所述连续油管外管之外。在上述的方法，优选地，使所述燃烧反应装置通电点火是通过连接于所述燃烧反应装置的电缆线，所述电缆线设置于所述连续油管外管与所述连续油管内管之间，并与所述燃烧反应装置中的电阻丝相连接。在上述的方法，优选地，使所述燃烧反应装置通电点火，当燃料开始燃烧后，便停止对所述燃烧反应装置通电。由于燃烧反应能放出大量的热，所以当燃料开始燃烧后便无需再提供热量，反应便可以自发进行下去。在上述的方法，优选地，开始向所述燃烧反应装置中逐渐注入部分上返至地面的天然气以及水后，控制所述燃烧反应装置的燃烧反应腔内的压力在30MPa以上(可以通过地面栗组控制该压力)。在上述的方法，优选地，调节注入到所述燃烧反应装置中的含氧气体与部分上返至地面的天然气的速率比，以控制所述燃烧反应装置中的火焰温度，进而控制开采速率。更优选地，定义反应中实际注入含氧气体量与理论所需含氧气体量之比为反应系数，调节含氧气体的反应系数为0.5?6。尤为优选地，调节含氧气体的反应系数为2.5?6，可以进一步实现燃料更充分的燃烧。根据本专利技术的【具体实施方式】，优选地，上述的方法还包括以下步骤:对上返至地面的天然气进行分离以得到纯净的天然气，并且注入到所述燃烧反应装置中的部分上返至地面的天然气为分离后得到的纯净的天然气。上返至地面的天然气实际上是气水混合物，经气液分离后，可以得到纯净的天然气。在上述的方法，优选地，所述燃料包括甲醇、甲烷、乙炔和氢气等中的一种或几种的组合。在本专利技术提供的上述方法中，通过从地面注入少量燃料以及含氧气体至天然气水合物储层，在燃烧反应装置内加热电阻丝至燃料着火点实现点火，燃烧后的热流体经燃烧反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用热力射流开采天然气水合物的方法，其包括以下步骤：将燃烧反应装置下置于天然气水合物储层的井内目标位置，向所述燃烧反应装置中注入含氧气体和燃料，并使所述燃烧反应装置通电点火，燃料开始燃烧，燃烧产物经所述燃烧反应装置喷出形成高速射流，燃烧产生的热和射流的冲击力作用于天然气水合物储层，使天然气水合物分解，分解出的天然气上返至地面；然后逐渐减少向所述燃烧反应装置中注入燃料直至停止，同时逐渐将部分上返至地面的天然气以及水注入到所述燃烧反应装置中，与含氧气体混合，发生高强度持续性的超临界水氧化反应，氧化产物经所述燃烧反应装置喷出形成高速射流，燃烧产生的热和射流的冲击力作用于天然气水合物储层，使天然气水合物进一步分解，分解出的天然气上返至地面；保持含氧气体与水向所述燃烧反应装置中的连续注入，以及部分分解出的并上返至地面的天然气向所述燃烧反应装置中的循环注入，从而实现对天然气水合物的开采。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋先知，李根生，胡晓东，黄中伟，田守嶒，史怀忠，王海柱，盛茂，
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