一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法技术

一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，包括如下步骤：垂直井钻进；垂直井井底集气腔室的建造；水平井钻进：包括直径段、第一造斜段、稳斜段、第二造斜段和水平段；在水平井内下入第二生产套管，所述第二生产套管的端部与人工建造的所述集气腔室的侧壁进行密封连接；后期完井储层改造和防砂筛管下入；多口水平井钻进及与垂直井对接连通密封；降压抽采。本发明专利技术利用一口垂直井与多口水平井对接连通，提高井组与天然气水合物层矿体的接触面积，提高产气量；多井汇聚集中抽采大大减少了完井后期降压抽采井的数量，起到显著降低运营管理成本的作用。

A Connected and Convergent Exploitation Method for Multi-well Groups of Natural Gas Hydrate in Sea Area

【技术实现步骤摘要】
一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法
本专利技术涉及海洋天然气水合物能源开发应用领域，尤其涉及一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法。
技术介绍
截至2017年底，我国已发现矿产173种，其中天然气水合物为当年新立矿种，初步预测我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量，储量丰富。2016年南海神狐海域水合物试采尽管已经取得了巨大成功，但受直井可控储层面积的限制，日产气量和持续稳产时间还远不够，距离水合物的产业化开采还有相当长的距离，将水平井钻井技术和多井组连通汇聚开采技术运用到先导试验区水合物试采是必然的趋势。当前全球海域天然气水合物试采方案采用的均是直井降压法试采技术，即将直井钻进至水合物储层，采用降压法进行水合物试采。实践证明：有的试采6天产气12万立方米，影响储层范围只有10米左右。而有的采用直井试采连续生产60天，产气30万m³。随着时间的推移，通过垂直井进行水合物开采，水合物产气量在短期内快速减少，暴露出垂直井控矿面积小而无法实现稳产的弊端。天然气水合物开采应实现产业化开采，这样亟需开发高效关键技术来支撑产业化的进展。多井连通汇聚开采技术通过钻多口定向水平井同时与一口垂直井连通形成四通八达的“井工厂”采气模式，减化生产程序，降低开采成本，实现大幅增产，为海域水合物的产业化开采提供一项重要增产稳产方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，利用一个垂直井与多个水平井对接连通，提高井组与天然气水合物层矿体的接触面积，提高产气量；多井汇聚集中抽采大大减少了完井后期降压抽采井的数量，起到显著降低运营管理成本的作用。本专利技术所述的技术问题是以如下技术方案解决的：一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，包括如下开采步骤：a、垂直井钻进：垂直井由海底泥面钻达天然气水合物层顶板，不进入水合物层，在垂直井中下入第一表层套管进行固井，之后将垂直井钻至水合物层底板以下；b、垂直井井底集气腔室的建造：在垂直井处的水合物层底板下部进行大直径扩腔，形成人造腔体，在人造腔体内注入水泥浆充填固井，侯凝，形成人造固化体，所述人造固化体达到强度要求后下钻透孔，并钻进至所述人造固化体内，在所述第一表层套管内下入第一生产套管，固井，候凝，固井水泥达到固化强度后下钻扫掉第一生产套管内多余的水泥，位于人造固化体内部的第一生产套管内腔作为整个井组的集气腔室；c、水平井的钻进：水平井施工直井段和第一造斜段，钻至所述天然气水合物层顶板上方，下入第二表层套管进行固井；在钻头处加入磁信号发生装置后，下钻，进行水平井稳斜段、第二造斜段和水平段的钻进，所述水平段钻进到距离所述集气腔室靶点一定距离时，通过垂直井内测井电缆下入的磁定位测量探头接收水平井钻头处的磁信号发生装置发出的磁信号，精确引导水平井钻头钻入垂直井下方的所述集气腔室的靶区内；d、在水平井内下入第二生产套管，所述第二生产套管的端部穿过人造固化体与所述集气腔室的侧壁密封连接，并进行连通井组内密封压力测试；e、水平井进行后期完井储层改造和防砂筛管下入；f、根据步骤c—d进行多口水平井的钻进，多口水平井均与同一口垂直井下方的集气腔室连通密封；g、在垂直井内下入采气管柱，进行降压抽采。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤c中，所述水平段的井斜角为45—88°，所述水平段的井长度为100—2000m。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤b中，所述人造固化体的直径r≥2m，在所述人造固化体内下钻透孔，人造固化体底部不钻穿，底部保留的固化体厚度≥2m。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤a中，将垂直井钻至水合物层底板以下20-50m。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤b中，所述第一生产套管内多余水泥钻扫时，其最底部保留一段水泥柱，其高度≥2m。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤f中，依据海水的深度和抽采降压的幅值确定连通井组内的密封压力≥10MPa。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤f中，上下相邻的两口水平井与所述集气腔室密封连接处的垂直方向的距离≥1m。上述海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，所述步骤c中，水平井的井口与垂直井井口水平距离为200-2000m，根据井组要达到的产能和天然气水合物层层厚确定，所述水平段钻进到距离所述集气腔室靶点100m时，引导水平井钻头钻入垂直井井底的人造固化体内的集气腔室中。本专利技术采用多井汇聚模式，一口垂直井与多口水平井对接连通，垂直井作为中心采气井，底部建造人工固化体，设置集气腔室，在垂直井四周相隔一定距离布置水平井，分别钻入垂直井井底集气腔室内，并与集气腔室对接连通，形成一条条完整的“U”形通道，大大减少了完井采气系统的数量，并实现了产量的大幅提升，降低了后期运营管理成本；水平井的水平段钻进与垂直方向保持45—88°倾斜角，钻井轨迹由上而下穿透水合物矿层，在后期降压抽采过程中，地层中产出的水和少量砂可以依靠重力和水流作用自动汇集在中心垂直井井底，集中统一排出；垂直井中和水平井中分别下入的第一表层套管和第二表层套管，既用于封隔水合物上覆地层，同时还用于支撑泥面以上井口装置的重量。附图说明图1为本专利技术多井汇聚模式结构示意图；图2为垂直井井底人造固化体密封腔室结构示意图；图3为单口水平井与垂直井对接连通结构示意图。图中各标号分别表示为：A、水平段；B、第二造斜段；C、稳斜段；D、第一造斜段；E、直井段；R1、第一造斜段平均狗腿度；R2、第二造斜段平均狗腿度；L、水平井与垂直井井口距离；H、天然气水合物层层厚；H1、水合物层顶板深度；h、人造腔体的高度；r、人造腔体的直径；1、泥面；2、天然气水合物层顶板；3、第一表层套管；4、集气腔室；5、第一生产套管；6、第二表层套管；7、第二生产套管；8、采气管柱；9、垂直井；10、水平井；11、水合物层底板；12、人造固化体。具体实施方式本专利技术以一口垂直井为中心作为目标靶井钻至水合物层底板以下20-50m，该垂直井完井直径的大小和深度依据当前成熟的完井管柱和电潜泵等的规格型号而定，并同时满足日采产气量和后期水平井对接连通密封的基本要求，通常垂直井的完井生产套管规格不少于φ339.7mm。水平井井位根据水合物矿层的分布特征布置于垂直井四周，分别以一定的水平段倾角由上而下穿透水合物层，水平段井斜角通常在45～88°，精确钻进至垂直井井底人工建造固化体中的集气腔室内，并与之精准对接连通。每一口水平井套管端部都必须与垂直井形成可靠密封。最终实现所有水平井通道与垂直井在一个密封体系内，达到一口垂直井抽采即可完成对所有水平井的水合物降压分解，达到一井降压、井组产气的目的。以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。a、垂直井钻进：垂直井9由海底泥面1钻达天然气水合物层顶板2，但不进入水合物层内，在垂直井中下入第一表层套管3，下至天然气水合物层顶板2，进行固井，所述第一表层套管3用于隔离水合物层和上覆地层及海水，同时避免因固井放热导致水合物分解影响固井质量；第一表层套管3通常选用不少于20"套管，然后将垂直井钻至水合物层底板11以下20-50m。b、垂直井井底集气腔室的建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，其特征在于：包括如下步骤：a、垂直井钻进：垂直井（9）由海底泥面（1）钻达天然气水合物层顶板（2），不进入水合物层，在垂直井中下入第一表层套管（3）进行固井，将垂直井钻至水合物层底板（11）以下；b、垂直井井底集气腔室的建造：在垂直井处的水合物层底板（11）下部进行大直径扩腔，形成人造腔体，在人造腔体内注入水泥浆充填固井，侯凝，形成人造固化体（12），所述人造固化体（12）达到强度要求后下钻透孔，并钻进至所述人造固化体（12）内，在所述第一表层套管（3）内下入第一生产套管（5），固井，候凝，固井水泥达到固化强度后下钻扫掉第一生产套管（5）内多余的水泥，位于人造固化体（12）内部的第一生产套管（5）内腔作为整个井组的集气腔室（4）；c、水平井的钻进：水平井（10）施工直井段（E）和第一造斜段（D），钻至所述天然气水合物层顶板（2）上方，下入第二表层套管（6）进行固井；在钻头处加入磁信号发生装置后，下钻，进行水平井稳斜段（C）、第二造斜段（B）和水平段（A）的钻进，所述水平段（A）钻进到距离所述集气腔室（4）靶点一定距离时，通过垂直井内测井电缆下入的磁定位测量探头接收水平井钻头处的磁信号发生装置发出的磁信号，精确引导水平井钻头钻入垂直井下方的所述集气腔室（4）的靶区内；d、在水平井内下入第二生产套管（7），所述第二生产套管（7）的端部穿过人造固化体（12）与所述集气腔室（4）的侧壁密封连接，并进行连通井组内密封压力测试；e、水平井进行后期完井储层改造和防砂筛管下入；f、根据步骤c‑d进行多口水平井的钻进，多口水平井均与同一口垂直井下方的集气腔室（4）连通密封；g、在垂直井内下入采气管柱（8），进行降压抽采。...

【技术特征摘要】
1.一种海域天然气水合物多井组连通汇聚开采方法，其特征在于：包括如下步骤：a、垂直井钻进：垂直井（9）由海底泥面（1）钻达天然气水合物层顶板（2），不进入水合物层，在垂直井中下入第一表层套管（3）进行固井，将垂直井钻至水合物层底板（11）以下；b、垂直井井底集气腔室的建造：在垂直井处的水合物层底板（11）下部进行大直径扩腔，形成人造腔体，在人造腔体内注入水泥浆充填固井，侯凝，形成人造固化体（12），所述人造固化体（12）达到强度要求后下钻透孔，并钻进至所述人造固化体（12）内，在所述第一表层套管（3）内下入第一生产套管（5），固井，候凝，固井水泥达到固化强度后下钻扫掉第一生产套管（5）内多余的水泥，位于人造固化体（12）内部的第一生产套管（5）内腔作为整个井组的集气腔室（4）；c、水平井的钻进：水平井（10）施工直井段（E）和第一造斜段（D），钻至所述天然气水合物层顶板（2）上方，下入第二表层套管（6）进行固井；在钻头处加入磁信号发生装置后，下钻，进行水平井稳斜段（C）、第二造斜段（B）和水平段（A）的钻进，所述水平段（A）钻进到距离所述集气腔室（4）靶点一定距离时，通过垂直井内测井电缆下入的磁定位测量探头接收水平井钻头处的磁信号发生装置发出的磁信号，精确引导水平井钻头钻入垂直井下方的所述集气腔室（4）的靶区内；d、在水平井内下入第二生产套管（7），所述第二生产套管（7）的端部穿过人造固化体（12）与所述集气腔室（4）的侧壁密封连接，并进行连通井组内密封压力测试；e、水平井进行后期完井储层改造和防砂筛管下入；f、根据步骤c-d进行多口水平井的钻进，多口水平井均与同一口垂直井下方的集气腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶建良，秦绪文，邱海峻，谢文卫，胡汉月，刘春生，冯起赠，宋刚，于好善，牛庆磊，陈建垚，陈根龙，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44