一种天然气水合物开采方法技术

本发明专利技术提供一种天然气水合物开采方法，采用射孔+蜂窝状混凝土进行天然气水合物开采的技术方案，能够有效降低天然气水合物开采过程中地层蠕变、坍塌、滑坡等事故的风险，同时，利用形成的蜂窝状混凝土充当过滤挡砂层，减少了地层出砂的可能，提高了水合物的开采效率。提高了水合物的开采效率。提高了水合物的开采效率。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物开采方法


[0001]本专利技术涉及非常规能源开采
，具体涉及一种天然气水合物开采方法，该方法适用于薄层天然气水合物的开采。

技术介绍

[0002]天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate)，是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为可燃冰”、"固体瓦斯"和"气冰"，化学式为CH4·
nH2O。天然气水合物常见于深海沉积物或陆上永久冻土中，其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。
[0003]天然气水合物开采技术主要包括降压法、原位破碎抽取法、CO2置换法、热激发开采法及化学试剂注入法等。降压法是指通过降低储层压力促使天然气水合物分解；热激发开采法是指直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解；化学试剂注入法是指通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破坏天然气水合物藏的相平衡条件，促使天然气水合物分解；CO2置换法首先由日本研究者提出，方法依据的是天然气水合物稳定带的压力条件，在一定的温度条件下，天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2水合物更高；原位破碎抽取法包括固态流化法和机械
‑
热联合开采法，固态流化法最早由我国提出，通过从地层中钻采出天然气水合物的岩石，然后将碎屑举升至海面，再利用海水实现水合物压力、温度的改变进而分解水合物，与降压法相比，该技术的最大特点在于天然气水合物分解于井筒内，而降压法则是在储层储层中分解，2017年中海油利用固态流化法在南海进行试采作业，应用效果证明了该技术的可行性和优越性。
[0004]尽管现有的开采技术实现了天然气水合物的试采作业，但是，受制于天然气水合物开采的复杂环境，开采过程中会出现很多的问题，开采难度比较大，普遍存在单井产量低、开采成本过高、开采效率低等问题，难以支撑商业化开采。这些开采过程中出现的问题体现在，例如，当前开采技术中常规的热采法效率低，且只能实现局部加热；降压法开采速度慢、效率低，且它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压开采法才具有经济可行性；对于CO2置换法，根据MasaKi Ota使用气态CO2，在压力为3.25MPa，温度从271.2K变化至275.2K的条件下进行置换实验得到的数据可以得知，置换速率在反应进行大约10h之后变得相当缓慢，若不能提高置换反应的速率，该技术将不具备实际的应用价值。
[0005]近年来，人们也提出了一些新的开采技术，例如借鉴于蒸汽辅助重力驱油技术、蒸汽吞吐技术等而提出了双水平井热水注入法、单井热吞吐法、部分氧化法、电加热辅助降压法以及CO2置换辅助降压法等。然而，不论是哪种开采方法或技术，在天然气水合物尤其是具有覆盖地层的天然气水合物沉积层的开采过程中，由于天然气水合物的分解，都会面临引起地层应力重新分布而可能导致地层蠕变、坍塌、滑坡、套管变形及井口安全等事故的风险；此外，随着天然气水合物的分解，地层出砂严重，对开采设备提出了更高的要求。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种天然气水合物开采方法，目的是消除或减少现有技术的至少一个缺陷，或者至少向现有技术提供有用的替代方案。
[0007]本专利技术提供一种天然气水合物开采方法，该方法包括以下步骤：S1、在天然气水合物层的上部盖层钻第一水平井，并向下射孔穿透天然气水合物层；S2、在射孔处形成蜂窝状混凝土，该蜂窝状混凝土连通第一水平井井口和天然气水合物层；S3、穿过蜂窝状混凝土，在天然气水合物层底部或天然气水合物层的下覆岩层钻第二水平井；S4、利用第二水平井注热、第一水平井采气。
[0008]其中，在步骤S1中，第一水平井开设在上部盖层的底部距离天然气水合物层顶部1～2m的位置处；第一水平井采用常规套管固井的方式完井即可，在固井完成后对第一水平井的水平段进行分段下行射孔作业，即每隔一段距离进行一次密集射孔，射孔时采用平面射孔的方式向下射孔，优选的，射孔后在第一水平井下部形成多个扇形射孔区域，且每个扇形射孔区域整体所在的平面与第一水平井的水平段的轴线大体上垂直；优选的，射孔向下穿透整个天然气水合物层并射穿下覆岩层顶部的部分区域。
[0009]其中，在步骤S2中，蜂窝状混凝土形成的具体步骤包括：射孔作业完成后，向第一水平井内注入尚未发泡的低温泡沫水泥，待低温泡沫水泥填满射孔区域后采用正循环或反循环的方式低替出第一水平井井筒内的低温泡沫水泥，低替结束后，第一水平井井筒内的低温泡沫水泥基本被替出，而射孔区域中仍然填满低温泡沫水泥，随后，向第一水平井井筒中下入加热器，接着，启动加热器使射孔区域中的尚未发泡的低温泡沫水泥快速受热，此时，射孔区域周围的部分天然气水合物受热分解，产生的天然气与受热后的泡沫水泥混合使得泡沫水泥快速起泡，同时天然气不断从天然气水合物层经射孔区域中的泡沫水泥流向第一水平井井筒，使得泡沫水泥快速凝固形成蜂窝状混凝土；优选的，在低温泡沫水泥的注入过程中还应对注入压力进行控制，以控制水合物的分解。
[0010]优选的，其中的加热器为微波加热器，低温泡沫水泥的配方为碳化硅+起泡剂+水泥材料，启动微波加热器，通过一定功率的微波持续对射孔区域中的高导热系数的碳化硅颗粒进行微波辐射加热，使得射孔区域中的低温泡沫水泥整体快速受热。
[0011]优选的，在泡沫水泥快速起泡的过程中，部分泡沫水泥将涌向第一水平井井筒，为了避免泡沫水泥对井筒内的加热器的影响，实现对加热器的重复使用，所述向第一水平井井筒中下入加热器的步骤中，加热器通过放置在封闭的隔离管内下入，当加热器随封闭的隔离管下入至指定位置时，启动加热器，此时泡沫水泥快速起泡，部分起泡后的泡沫水泥涌向第一水平井井筒的套管与上述封闭的隔离管之间的环形空间，并在该环形空间中形成蜂窝状混凝土，之后，将封闭的隔离管继续保留在第一水平井井筒内，单独取回封闭的隔离管内的加热器，以备下次使用。
[0012]其中，在步骤S3中，在蜂窝状混凝土形成之后，还包括在天然气水合物层的底部钻第二水平井，第二水平井的水平段分布设置有注热孔段，每一注热孔段可包含一个或多个注热孔(图3示出了一个注热孔的情况)，其中，相邻注热孔段之间的距离为S，且由水平井的
趾端至跟端方向，满足S
i
＝S0+(i
‑
1)*
△
x，其中，S
i
为第i个相邻段的距离，S0为初始距离，即第二个注热孔段与第一个注热孔段之间的距离，i为相邻段的个数，i＝1，2
……
N，N为大于等于2的正整数，
△
x为相邻段经验递增值，由现场施工确定。
[0013]其中，步骤S3之后，并在实施步骤S4之前，还包括以下步骤：在天然气水合物层的底部钻完第二水平井后，在天然气水合物层的顶部钻第三水平井，第三水平井水平段采用常规筛管完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、在天然气水合物层的上部盖层钻第一水平井，并向下射孔穿透天然气水合物层；S2、在射孔处形成蜂窝状混凝土，该蜂窝状混凝土连通第一水平井井口和天然气水合物层；S3、穿过蜂窝状混凝土，在天然气水合物层底部或天然气水合物层的下覆岩层钻第二水平井；S4、利用第二水平井注热、第一水平井采气。2.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于，在步骤S1中，向下射孔穿透天然气水合物层并射穿下覆岩层顶部的部分区域。3.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于，在步骤S2中，蜂窝状混凝土形成的具体步骤包括：射孔作业完成后，向第一水平井内注入尚未发泡的低温泡沫水泥，待低温泡沫水泥填满射孔区域后低替出第一水平井井筒内的低温泡沫水泥，随后，向第一水平井井筒中下入加热器，利用加热器使射孔区域中的尚未发泡的低温泡沫水泥快速受热，射孔区域周围的部分天然气水合物受热分解，产生的天然气与受热后的泡沫水泥混合使得泡沫水泥快速起泡，同时天然气不断从天然气水合物层经射孔区域中的泡沫水泥流向第一水平井井筒，使得泡沫水泥快速凝固形成蜂窝状混凝土。4.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于，所述加热器为微波加热器，所述低温泡沫水泥的配方为碳化硅+起泡剂+水泥材料，启动微波加热器，通过一定功率的微波持续对射孔区域中的高导热系数的碳化硅颗粒进行微波辐射加热，使得射孔区域中的低温泡沫水泥整体快速受热。5.如权利要求3所述的天然气水合物开采方法，其特征在于，所述向第一水平井井筒中下入加热器的步骤中，加热器通过放置在封闭的隔离管内下入，当加热器随封闭的隔离管下入至指定位置时，启动加热器，此时泡沫水泥快速起泡，部分起泡后的泡沫水泥涌向第一水平井井筒的套管与上述封闭的隔离管之间的环形空间，并在该环形空间中形成蜂窝状混凝土，之后，将封闭的隔离管继续保留在第一水平井井筒内，单独取回封闭的隔离管内的加热器，以备下次使用。6.如权利要求1所述的天然气水合物开采方法，其特征在于，在步...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：郑素珍，
类型：发明
国别省市：