粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法及开采装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法及开采装置，开采方法通过适当放宽井筒挡砂精度，使地层细砂和泥质组分流入井筒，一定的生产时间后，将粗粒径砂砾注入生产井管外地层，填补地层细组分和水合物产出造成的亏空，然后再开井生产，如此经过砂砾注入轮次与水合物储层流体抽取轮次的交替往复，实现提高粉砂质储层产能、防止地层大面积亏空、延长井筒防砂有效期的效果。砂砾注入与降压生产的交替进行，并配合适度出砂管理技术，实现粗粒径砂砾与地层泥质、砂质细颗粒和水合物分解空间的间歇性吞吐置换，促进粉砂质天然气水合物储层的高效降压开采，并降低海洋天然气水合物长期开采过程中的地层失稳坍塌风险，为我国海域粉砂质水合物开采提供新思路，并促进水合物商业化开采技术的发展。

Mining method and mining equipment for silty marine gas hydrate Boulding and puff

The invention discloses a silty gravel throughput of marine gas hydrate exploitation methods, equipment, mining method by wellbore sand retaining appropriate to relax the accuracy, the formation of fine sand and mud group split into well bore, the production time, the coarse gravel injection production well pipe field fill layer, cause the formation of fine group and hydrate output deficit, then open wells production, so after injection and fro round gravel hydrate reservoir fluid extraction cycles, improve silty reservoir capacity, prevent the formation of large area deficit, extend the validity period of sand control effect of wellbore. Injected with alternate antihypertensive gravel production, and with moderate sand management, realize the coarse gravel and sandy shale, space fine particles and hydrate decomposition of intermittent stimulation replacement, promote efficient buck silty natural gas hydrate reservoir exploitation and lower long-term exploitation of marine gas hydrate in the process of the strata instability collapse risk, provide new ideas for the exploitation of China Sea silt hydrate, and promote the development of commercial exploitation of hydrate technology.

【技术实现步骤摘要】
粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法及开采装置
本专利技术属于海洋天然气水合物高效开采领域，具体涉及一种粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采装置及开采方法。
技术介绍
天然气水合物广泛分布于高纬度陆地永久冻土带与大陆边缘海沉积物中，是一种重要的潜在能源，如何安全高效地对其进行开采利用已经成为当前国际上的研究热点。近年来，世界各国的研究重点已经由原来的水合物基础研究、水合物资源勘查逐步转入天然气水合物试采阶段。尤其是常规油气资源较为紧缺的国家，如日本，已经展开了大量的海域天然气水合物试开采研究并制定了中长期水合物开采产业化目标。从开采方法的角度，目前天然气水合物开采方法从机理上主要分为降压开采法、注热开采法、CO2置换开采法和注化学剂开采法等，从2002年Mallik5L-38水合物试采到2017年中国南海水合物试采，上述开采方法均已进行了部分或全部现场试验验证。历次试采实践均表明，降压开采法是最具有应用前景的天然气水合物开采方法。然而，无论是我国首次海域天然气水合物试采，还是国外历次水合物试采，均处于科学实验阶段，离产业化开采还有很多关键技术需要解决。降压法在开采海域天然气水合物过程中仍然面临着地层失稳、大面积出砂导致的长期开采提产难度大等关键问题。尤其是对我国海域大面积分布的粉砂质水合物储层而言，在常规降压法基础上改良的流体抽取法取得了短期试采的（60天）成功。但是由于该类储层沉积物粒径小、粘土含量高，属于极弱固结的低渗或超低渗储层，开采过程中如果按照常规油气储层防砂的思路进行严防死堵，则必然会对生产井产能产生严重影响；反之，稍微放大井筒挡砂精度，则近井地层的细颗粒或泥质颗粒会很容易流入井筒，久而久之，必然会导致近井地层的亏空。由于地层细组分产出造成的亏空与由于水合物分解造成的亏空叠加，将会使储层面临严重的稳定性问题，因此，从降压法开采粉砂质储层水合物的需求而言，需要对降压法进行进一步的改进和优化——降压开采中需要向储层中注入其他物质，从而解决上述问题。CO2置换开采法为维持天然气水合物储层稳定性提供了思路，但是由于该方法在置换过程中会形成CO2水合物，降低近井地层渗透率，导致后期持续开采困难。该方法在大粒径砂质储层（美国IgnikSikumi-2012试采）中尚且面临严重的开采效率问题，对粉砂质储层而言，其应用效果可想而知。因此，虽然CO2置换法能为水合物长期开采提供一定的借鉴思路，但是以水合物置换水合物的做法，在粉砂质水合物长期开采过程中显然是不可用的。如果能找到一种用其他高渗透物质置换水合物（同时置换近井泥质或细粉砂），则会对水合物的长期开采产生革命性的影响。如果将上述CO2换成热蒸汽注入，则CO2置换法即为通常意义上的注热法开采。该方法虽然有助于维持地层压力，从一定程度上减缓地层失稳，但是也无法从根本上解决地层失稳问题，而且已经被Mallik2L-38水合物试采证明其对海洋天然气水合物的开采适用性非常有限。常规稠油油藏开发过程中常用蒸汽吞吐来实现单井提产，目前已经有了非常成熟的应用，但对海洋天然气水合物储层而言，蒸汽吞吐的效率问题和对储层稳定性的改善程度却不容乐观。因此，从实际需求上讲，水合物开采需要“吞吐”，但“吞吐”的物质一定不是蒸汽，而是一种即能促进水合物分解，又能填充地层亏空的物质。2013年日本首次海洋天然气水合物试采工程采用裸眼管外砾石充填防砂工艺，取得了6天12万方天然气的效果，极大地鼓舞了全球海洋天然气水合物研究的信心。管外充填砾石层在生产初期起到了非常好的提高产能和防砂双重作用，但随着试采终止，“裸眼管外砾石充填”防砂完井工艺则被扣上了不适合海洋天然气水合物开采井的“冤枉帽子”：因为水合物分解过程中，管外地层空间逐渐变大，砾石充填层发生蠕动和亏空，导致产出流体直接冲击筛网，很快产生冲蚀破坏，导致防砂有效期急剧下降（6d），水合物试开采被迫终止。综上所述，目前的天然气水合物开采方法与现场实际需求之间还存在如下关键问题需要解决：1.降压法无法解决水合物长期开采条件下的地层亏空问题，常规防砂作业面临着因为地层亏空造成的防砂失效的挑战；2.长期稳定的水合物生产迫切需要对地层亏空量进行及时的填充或置换，但是CO2置换法只能解决水合物产出造成的亏空却无法解决由于地层泥砂产出造成的亏空，而且还会对天然气水合物的进一步生产产生影响；3.蒸汽吞吐法在常规稠油储层的开采中已经有了非常广阔的应用，但是蒸汽吞吐法吞吐的“蒸汽”只能促进水合物分解，无法填补地层亏空；4.一次性裸眼砾石充填防砂完井作业虽然能在短期内起到良好的作用，但由于没有后续物源补给，造成防砂有效期短，不足以满足海洋天然气水合物长期开采的需求。因此，亟待提出一种新型的、能够防止地层大面积亏空的开发方法，配合目前常用的降压法，从根本上解决目前海域天然气水合物试采过程中遇到的地层严重出砂、地层失稳等工程地质灾害，对于延长天然气水合物的开采生命周期至关重要，也有助于有效推进我国的海域天然气水合物产业化进程。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对我国大面积分布的粘土质粉砂海洋天然气水合物降压或流体抽取法开采过程中，所面临的提高产能、防砂措施和地层失稳之间的矛盾，基于出砂管理理念，提出一种粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采装置及开采方法。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法，包括以下步骤：（1）钻井至目标层位，对水合物储层进行裸眼筛管完井；（2）安装并下入井筒管柱组合；（3）进行筛管外砾石循环充填，观察充填压力变化，并及停止充填；（4）不起出原有管柱组合，调整阀门流程，开井生产，并实时观察地层出砂情况及井底生产压差变化；步骤（3）和步骤（4）根据时间节点及时切换、交替进行，使注入的砾石不断填充置换地层亏空，维持海洋粉砂质天然气水合物的长效生产。进一步的，所述步骤（1）通过以下方式实现：打开水合物储层，利用生产套管封固水合物储层上覆地层，下入机械筛管，对水合物储层进行裸眼下独立筛管完井，打人工井底；机械筛管与其上部生产套管之间预留砾石充填工具安装接口。进一步的，所述步骤（2）中，管柱组合的安装方式为：下入砾石充填工具、生产油管和充填管柱，生产油管和充填管柱位于生产套管内，且充填管柱分别与生产油管和砾石充填工具连通，砾石充填工具位于水合物储层的顶界，且在生产油管的入口端安装有控制阀及气体分离器，砾石充填工具与生产油管的连通处还设置有单向控制阀，砾石充填工具上还设置有充填转换阀。进一步的，步骤（3）砾石充填过程中，关闭砾石充填工具下侧的单向控制阀，打开砂砾充填转换阀，关闭生产油管下端的控制阀，通过充填管柱和砾石充填工具形成的通道向机械筛管外部注入砂砾，形成砂砾充填层，砂砾注入过程中携砂液透过机械筛管，由井筒环空上返至平台井口，井筒环空为生产油管和充填管柱的外壁与生成套管的内壁形成的环空；观察砂砾注入过程中的砂浆注入泵出口压力变化，当砂砾注入压力由P0逐渐增大到P1，停止砂砾注入，转入下一个生产阶段，所述P0为砂砾注入启动压力，P1为砂砾注入最大压力。进一步的，步骤（3）向步骤（4）转换的过程中：打开砾石充填工具下侧的单向控制阀，关闭砂砾充填转换阀，打开生产油管下端的控制阀，启动举升泵抽取地层流体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）钻井至目标层位，对水合物储层进行裸眼筛管完井；（2）安装并下入井筒管柱组合；（3）进行筛管外砾石循环充填，观察充填压力变化，并及停止充填；（4）不起出原有管柱组合，调整阀门流程，开井生产，并实时观察地层出砂情况及井底生产压差变化；步骤（3）和步骤（4）根据时间节点及时切换、交替进行，使注入的砾石不断填充置换地层亏空，维持海洋粉砂质天然气水合物的长效生产。

【技术特征摘要】
1.粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）钻井至目标层位，对水合物储层进行裸眼筛管完井；（2）安装并下入井筒管柱组合；（3）进行筛管外砾石循环充填，观察充填压力变化，并及停止充填；（4）不起出原有管柱组合，调整阀门流程，开井生产，并实时观察地层出砂情况及井底生产压差变化；步骤（3）和步骤（4）根据时间节点及时切换、交替进行，使注入的砾石不断填充置换地层亏空，维持海洋粉砂质天然气水合物的长效生产。2.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于：所述步骤（1）通过以下方式实现：打开水合物储层，利用生产套管封固水合物储层上覆地层，下入机械筛管，对水合物储层进行裸眼下独立筛管完井，打人工井底；机械筛管与其上部生产套管之间预留砾石充填工具安装接口。3.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于：所述步骤（2）中，管柱组合的安装方式为：下入砾石充填工具、生产油管和充填管柱，生产油管和充填管柱位于生产套管内，且充填管柱分别与生产油管和砾石充填工具连通，砾石充填工具位于水合物储层的顶界，且在生产油管的入口端安装有控制阀及气体分离器，砾石充填工具与生产油管的连通处还设置有单向控制阀，砾石充填工具上还设置有充填转换阀。4.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于：步骤（3）砾石充填过程中，关闭砾石充填工具下侧的单向控制阀，打开砂砾充填转换阀，关闭生产油管下端的控制阀，通过充填管柱和砾石充填工具形成的通道向机械筛管外部注入砂砾，形成砂砾充填层，砂砾注入过程中携砂液透过机械筛管，由井筒环空上返至平台井口，井筒环空为生产油管和充填管柱的外壁与生成套管的内壁形成的环空；观察砂砾注入过程中的砂浆注入泵出口压力变化，当砂砾注入压力由P0逐渐增大到P1，停止砂砾注入，转入下一个生产阶段，所述P0为砂砾注入启动压力，P1为砂砾注入最大压力。5.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于：步骤（3）向步骤（4）转换的过程中：打开砾石充填工具下侧的单向控制阀，关闭砂砾充填转换阀，打开生产油...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦龙，吴能友，胡高伟，刘昌岭，孙建业，李承峰，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37