基于CO2压裂的天然气水合物开采系统及方法技术方案

本发明专利技术属天然气水合物开采领域，提出了基于CO2压裂的天然气水合物开采系统及方法，系统包括压裂系统、产气系统、数据监测系统和主井，主井中压裂井、降压井沿主井轴线交替呈星型布置。方法为首先释放储层中的自由气，待储层稳定后，注入超临界CO2流体，为储层提供热量，促进水合物的分解的同时生成CO2水合物，增强地层的强度。当产气量再次变低时，二次注入超临界CO2流体对储层进行二次压裂和储层强化。压裂方式采用压裂液喷头在压裂井上螺旋布置的方式进行，实现对水合物储层的多角度改造。降压井与压裂井采用星型布置的方式分开布置，有利于压力的调控，有效的增大开采范围，保证产气的稳定和整个系统的安全，多井协同配合提高开采效率与CO2封存量。封存量。封存量。

【技术实现步骤摘要】
基于CO2压裂的天然气水合物开采系统及方法


[0001]本专利技术属天然气水合物开采
，涉及一种基于CO2压裂的天然气水合物开采增效与储层强化系统及方法。

技术介绍

[0002]天然气水合物因其储量巨大以及燃烧时清洁无污染而被许多研究者认为能够替代煤、石油等传统化石燃料成为新一代的能源，缓解全球能源危机；我国海底沉积物中的天然气水合物的储量巨大。
[0003]陆地水合物常规的开采方法有降压法、注热法、化学抑制等。这些在开采的过程中对地层的结构和组成都会造成一定的影响。采用降压法开采的时候，水合物会大量的分解，吸收大量的热量，导致储层内部结冰。降压开采效率不高，无法实施。注热法由于外界的环境温度较低，注热的成本会大大提高。CO2置换法在置换过程中，CO2水合物的生成导致储层压力降低。而且，在开采过程中，地层内部细颗粒的运移导致储层内部整体的渗透率降低，气水运移过程受阻，分解速度变慢。
[0004]提高渗透率是目前提高产气率的一种有效手段。目前主要的方法是通过高压流体，对储层进行加压改造。专利CN111287708A一种用于提高水合物藏采收率的储层改造装置与方法，制造裂缝，提高渗透率，增加气体运移通道。加快水合物分解速率，提高产气率。现提出的压裂方式主要有CO2压裂、热流体压裂。CO2压裂方式的优点在于在压裂的过程中，既可以提高储层的渗透率，也可以对储层中的甲烷水合物进行置换，生成CO2水合物。提高储层的强度，防止储层塌陷。热流体压裂的优点在于可以为天然气水合物的分解提供热量。加快甲烷水合物分解速度，提高产气率。但是缺点就是储层的稳定性不好，浪费大量的能量。容易对井筒造成破坏(CN103206199A热流体压裂开采天然气水合物装置及方法)。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现在的海底水合物的开采问题，采用不同的井型与现有的开采方法相结合来提高开采效率，提出了一种基于CO2压裂的天然气水合物开采增效与储层强化方法。体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然气水合物储层内部重新出现大量的裂缝，达到增加储层渗透率的目的。
[0006]水合物分解时要吸收大量的热量，储层温度甚至会降到零下。使得储层内部结冰，堵塞孔隙，使得储层渗透率下降，减缓产气。有人提出向地层中注入超临界二氧化碳，利用压力使得储层中重新出现裂缝。进入储层中的二氧化碳也会继续生成水合物，二氧化碳水合物生成过程中会释放大量热量，从而会进一步促进甲烷水合物的生成。这种开采方法实现高效海底水合物开采的同时维持地层的稳定，实现二氧化碳封存。本专利技术提出二氧化碳二次压裂法和星型的井型布置，来进一步提高海底水合物的开采效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，包括压裂系统、产气系统、数据监测
系统和主井；主井中压裂井、降压井沿主井轴线交替呈星型布置，并通过束井器固定相对位置；
[0009]所述压裂系统包括增压器、压裂液存储箱、压裂液喷头、反向截止阀；压裂井的作业端均匀布置多个压裂液喷头，压裂液喷头上设置反向截止阀，防止压裂液倒流回压裂井；所述增压器用于将压裂液从压裂液喷头喷出，对海底天然气水合物储层进行压裂并维持裂缝保持扩张状态；为了防止压力突变，压裂过程中，压裂液的注入方法为间歇式的注入；
[0010]所述产气系统包括压力传感器、背压阀；降压井的作业端均布多个采气孔用于收集分解产生的天然气；所述压力传感器布置在降压井作业端，用于对降压井的内部和外部的压力进行监测；所述背压阀设置在降压井远离作业端的一侧，用于控制降压井内部压力；
[0011]所述数据监测系统用于监测压裂井中压裂液的压力变化，以及降压井内外天然气压力的变化。
[0012]束井器的上孔的直径和个数随着井的个数的不同而变化，防止降压井与压裂井在主井中发生碰撞。
[0013]进一步地，所述产气系统还包括防沙网，防沙网设置在采气孔外部，用于防止储层沉积物进入降压井内部堵塞降压井。
[0014]进一步地，所述降压井和压裂井各4个，沿主井轴线交替呈星型布置，降压井和压裂井之间的夹角为45
°
。
[0015]进一步地，所述多个压裂液喷头螺旋式环绕的方式布置在压裂井外壁。
[0016]进一步地，每个压裂井上压裂液喷头数量为24个，等距的螺旋式环绕的方式布置在压裂井上，对储层可以进行360
°
压裂。
[0017]进一步地，压裂井的长度比降压井长，可以更大范围的增加开采面积。优选压裂井的长度比降压井长20m。
[0018]进一步地，压裂井或降压井的作业端与竖直主井之间的夹角为90
°
～100
°
。
[0019]进一步地，由于二氧化碳压裂的过程中会形成水合物，堵塞孔隙，降低压裂效果；进一步采用二氧化碳二次压裂的方案，对储层进行固化储层。进一步的改造、提高产气效率、增加二氧化碳封存量。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种基于CO2压裂的天然气水合物开采系统及方法，可以针对海底天然气水合物进行高效的开发和开采；目前已有的二氧化碳压裂改造储层、增加开采效率的技术。类似技术的压裂与开采的功能都集中在同一水平井上，压裂井与开采井都集中在同一水平井；同一位置上采用二氧化碳压裂后，二氧化碳水合物还会继续堵塞孔隙；使用单一水平井，压裂和开采只能作用于单一方向上的储层，开采效率低。
[0021]该方法结合现有的CO2液体压裂方式和开采方法，进一步提出一种星型的井型布置方法，压裂井和开采井各4个，之间的夹角为45
°
；该方法在所述直井的同一储层上钻取多个径向井，每个径向井都有不同的功能；压裂井和开采井间隔分布的方式，实现压裂和开采的过程不会互相影响。
[0022]本专利技术在实施过程中会解决在开采过程中储层堵塞的问题；采用二氧化碳二次压裂的方案，对储层进行进一步的改造固定、提高产气效率、增加二氧化碳封存量。为了增加压裂效果与产气效果，本专利技术提出星型的井型布置方法，实现压裂井与开采井的分离，使工作过程中更加安全；为后期多水平井协同工作提供一个新的思路。
附图说明
[0023]图1是基于CO2压裂的天然气水合物开采系统示意图；
[0024]图2是基于CO2压裂的天然气水合物开采系统作业面示意图；
[0025]图中：1天然气水合物储层；2开采船；3产气系统；4压裂液存储箱；5增压器；6主井；7束井器；8压裂井；9压裂液喷头；10压力传感器；11采气孔；12降压井；13背压阀；14反向截止阀；15防沙网。
具体实施方式
[0026]实施例1
[0027]一种基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，包括压裂系统、产气系统、数据监测系统和主井6；主井6中四个压裂井8、四个降压井12沿主井6轴线交替呈星型布置，并通过束井器7固定相对位置；
[0028]所述压裂系统包括增压器5、压裂液存储箱4、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，其特征在于，包括压裂系统、产气系统、数据监测系统和主井(6)；主井(6)中压裂井(8)、降压井(12)沿主井(6)轴线交替呈星型布置，并通过束井器(7)固定相对位置；所述压裂系统包括增压器(5)、压裂液存储箱(4)、压裂液喷头(9)、反向截止阀(14)；压裂井(8)的作业端均匀布置多个压裂液喷头(9)，压裂液喷头(9)上设置反向截止阀(14)，防止压裂液倒流回压裂井(8)；所述增压器(5)用于将压裂液从压裂液喷头(9)喷出，对海底天然气水合物储层进行压裂并维持裂缝保持扩张状态；所述产气系统包括压力传感器(10)、背压阀(13)；降压井(12)的作业端均布多个采气孔(11)用于收集分解产生的天然气；所述压力传感器(10)布置在降压井(12)作业端，用于对降压井(12)的内部和外部的压力进行监测；所述背压阀(13)设置在降压井(12)远离作业端的一侧，用于控制降压井(12)内部压力；所述数据监测系统用于监测压裂井(8)中压裂液的压力变化，以及降压井(12)内外天然气压力的变化。2.根据权利要求1所述的基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，其特征在于，所述产气系统还包括防沙网(15)，防沙网(15)设置在采气孔(11)外部，用于防止储层沉积物进入降压井(12)内部堵塞降压井。3.根据权利要求1所述的基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，其特征在于，所述降压井(12)和压裂井(8)各4个，沿主井(6)轴线交替呈星型布置，降压井(12)和压裂井(8)之间的夹角为45
°
。4.根据权利要求1所述的基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，其特征在于，所述多个压裂液喷头(9)螺旋式环绕的方式布置在压裂井(12)外壁。5.根据权利要求4所述的基于CO2压裂的天然气水合物开采系统，其特征在于，每个压裂井(12)上压裂液喷头(9)数量为24个，等距的螺旋式环绕的方式布置在压裂井上。6.根据权利要求1所述的基于CO2压裂的天然气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，关大伟，宋永臣，赵佳飞，张伦祥，刘卫国，刘瑜，杨明军，王大勇，张毅，李洋辉，凌铮，蒋兰兰，赵越超，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：