一种开采海洋天然气水合物资源的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种开采海洋天然气水合物资源的系统及方法，该系统包括垂直井，其包括套管，套管用于贯穿海水层和水合物藏上覆盖层，并下穿至天然气水合物储层；套管位于天然气水合物储层的区段设置有射孔通道；水平井和套管的底端相连；生产管柱设置在套管内并下深至水平井内；生产管柱的底部设置有气水收集进口；注热水管设置在生产管柱内，生产管柱和注热水管之间形成的环空区域用以进行抽气抽水降压作业；注热水管的底部设置有热水注入口；气囊设置在水平井内，与注热水管的热水注入口相连。本发明专利技术方案提供的大尺寸垂直井+水平井的天然气水合物开采井结构扩大了天然气水合物开采半径，增加了水合物分解开采面积。增加了水合物分解开采面积。增加了水合物分解开采面积。

【技术实现步骤摘要】
一种开采海洋天然气水合物资源的系统及方法


[0001]本专利技术涉及海洋天然水合物资源开发利用领，具体涉及一种降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统。

技术介绍

[0002]据统计，全球已探明的天然气水合物资源量相当于已知石油、煤炭和天然气等常规化石燃料总和的两倍[SLOAN E D,KOH C A.Clathrate hydrates of natural gases[M].Boca Raton:CRC press,2007.]天然气水合物已被视为是21世纪最有潜力替代常规化石燃料的清洁能源，资源潜力巨大，90％以上的水合物资源分布在海洋大陆边缘。
[0003]加拿大、美国、日本和中国都已在水合物赋存区进行了水合物试验性开采(试采)作业，试采采用的方法为注热法、降压法以及二氧化碳置换法等。日本2013年、2017年在南海海槽海域进行的两次试采和2017年、2020年中国在南海神狐海域进行的两次水合物试采采用的开采方式都是降压法。综合这些现场试采表明降压法最有效，尤其在海上施工较容易实现。其他开采方法，在现场试采实践中暴露出诸多问题，如开采成本高、能量损失打、效率低下、中长期采气生产速率低和大规模采气的储层管理问题等。例如注热法开采虽然能够补充储层能量并在很大程度上缓解工程地质风险，但因为其向储层注热的热损严重、能量传递慢和热效率低等因素，在开采深海天然气水合物中单纯依靠注热法很难实现天然气水合物的高效生成，其作为主要方法的开采前景不容乐观。
[0004]目前，基于现场试采、数值模拟计算和实验模拟等研究结果，普遍认为降压法及基于降压法的改良方案可能是实现海域天然气水合物产业化试采的最佳途径，而其他方法可作为降压法的辅助增产提效措施或产气稳定措施使用。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中所提及的开采问题，本专利技术提出了一种降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统及方法，实现成本可控、能量利用高、安全环保且满足大规模持续产气的开采目的
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，包括：
[0008]垂直井，其包括套管，所述套管用于贯穿海水层和水合物藏上覆盖层，并下穿至天然气水合物储层；所述套管位于天然气水合物储层的区段设置有射孔通道；
[0009]水平井，其和所述套管的底端相连；
[0010]生产管柱，其设置在所述套管内并下深至所述水平井内；所述生产管柱的底部设置有气水收集进口；
[0011]注热水管，其设置在所述生产管柱内，所述生产管柱和注热水管之间形成的环空区域用以进行抽气抽水降压作业；所述注热水管的底部设置有热水注入口；
[0012]气囊，其设置在所述水平井内，与所述注热水管的热水注入口相连。
[0013]进一步地，所述的降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，还包括：
[0014]气水储集箱，其和所述生产管柱相连，用以存储从天然气水合物储层中所开采到的天然气和水，并完成天然气和海水的分离和回收利用；
[0015]所述气水储集箱设置在海上平台上，气水储集箱回收的天然气除了收集储运外，一部分供应给燃气动力装置以满足海上平台能源利用所需；
[0016]所述气水储集箱回收的海水通过利用来自燃气动力装置的废烟气热量在余热利用装置中再加热后由注水泵加压后经过注热水管回注到气囊中，以实现热吞吐开采。
[0017]进一步地，所述气水储集箱还与海水补偿装置相连，当气水储集箱中需要回注到气囊的水量不满足所需时，通过海水补偿装置的输水管抽取海平面的海水进行补充；当从气囊抽取回到气水储集箱中的海水量大于所需时，气水储集箱回收的水将通过液体收集管道进行收集处理以供其他需要。
[0018]进一步地，在所述套管与生产管柱之间设置有封隔器，所述封隔器位于所述射孔通道之上。
[0019]进一步地，在所述生产管柱的底部还设置有出水口，所述出水口低于气水收集进口；所述气囊还和出水口相连。
[0020]进一步地，在所述气水收集进口和出水口中均设置单向阀。
[0021]进一步地，在所述热水注入口中设置有恒压阀。
[0022]进一步地，在所述气囊上设置有排水口。
[0023]进一步地，在所述水平井内设置有温度传感器和压力传感器，用以对天然气水合物储层及水平井内的温度压力进行实时监测，以掌握天然气水合物储层和开采的最新变化情况，并以此根据最新情况对整个降压联合热吞吐开采进度进行调控。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的方法，所述方法基于上述的系统，所述方法包括：
[0025]S1、使用钻头钻进天然气水合物储层，然后布置套管贯穿海水层和水合物藏上覆盖层，并下穿至天然气水合物储层，在垂直井眼周围按矿藏甜点位置进一步钻进设置定向分布的水平井，完成垂直井和水平井的固井和砾石防砂；
[0026]S2、当降压开采的采气量减少时，根据垂直井和水平井降压段的开采出气量、天然气水合物储层压力以及温度情况，适时通过套管内布置的注热水管向设置在水平井中的气囊内注入热水，气囊在注入热水后关闭进出口并将其静置一段时间；期间利用气囊的注水扩张延伸功能，在水平井内形成封闭空间，起到“焖井”作用，以增加气囊内的热水与气囊外的流体及水平井井壁的接触和热量传递效率，达到水合物的热吞吐开采效果，满足水合物进一步降压吸热分解开采的热量需求；
[0027]S3、待天然气水合物储层的水合物进一步分解之后，在保证天然气水合物储层和水平井井壁稳定性的基础上对气囊抽出海水降压，同时根据出气量的情况以及天然气水合物储层储层的压力、温度监测数据决定“焖井”时间，对气囊中的海水进行排水作业，实现降压与热吞吐联合开采天然气水合物；
[0028]S4、根据出气量判断水平井附近的天然气水合物储层储层流体流通情况，当发现
水平井井筒周围堵塞情况时，通过调整气囊排水口阀门的开度来调节向水平井内排水的速度和流量，以此实现抽水降压过程中的天然气水合物储层压力稳定性；
[0029]S5、重复执行步骤S2、S3和S4，通过不断的降压开采和热水吞吐联合循环，实现持续产气的海域天然气水合物资源开采目的
[0030]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0031]1、本专利技术方案提供的大尺寸垂直井+水平井的天然气水合物开采井结构扩大了天然气水合物开采半径，增加了水合物分解开采面积；
[0032]2、本专利技术提供的开采井结构布置方案考虑了周围一定范围内水合物矿体的分布情况，定向水平井钻进考虑了垂直井眼(主井眼)周围按矿藏甜点位置，从而能最大限度地保证了开采的连续性，也进一步保证了开采的经济性；
[0033]3、本专利技术提供的方案利用水平井内气囊实现热吞吐开采效果，利用气囊的扩张延伸功能可以在井内实现任何方向上的封堵和传热，且根据扩张延伸效果，传热面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，包括：垂直井，其包括套管，所述套管用于贯穿海水层和水合物藏上覆盖层，并下穿至天然气水合物储层；所述套管位于天然气水合物储层的区段设置有射孔通道；水平井，其和所述套管的底端相连；生产管柱，其设置在所述套管内并下深至所述水平井内；所述生产管柱的底部设置有气水收集进口；注热水管，其设置在所述生产管柱内，所述生产管柱和注热水管之间形成的环空区域用以进行抽气抽水降压作业；所述注热水管的底部设置有热水注入口；气囊，其设置在所述水平井内，与所述注热水管的热水注入口相连。2.如权利要求1所述的降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，还包括：气水储集箱，其和所述生产管柱相连，用以存储从天然气水合物储层中所开采到的天然气和水，并完成天然气和海水的分离和回收利用；所述气水储集箱设置在海上平台上，气水储集箱回收的天然气除了收集储运外，一部分供应给燃气动力装置以满足海上平台能源利用所需；所述气水储集箱回收的海水通过利用来自燃气动力装置的废烟气热量在余热利用装置中再加热后由注水泵加压后经过注热水管回注到气囊中，以实现热吞吐开采。3.如权利要求2所述的降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，所述气水储集箱还与海水补偿装置相连，当气水储集箱中需要回注到气囊的水量不满足所需时，通过海水补偿装置的输水管抽取海平面的海水进行补充；当从气囊抽取回到气水储集箱中的海水量大于所需时，气水储集箱回收的水将通过液体收集管道进行收集处理以供其他需要。4.如权利要求1所述的降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，在所述套管与生产管柱之间设置有封隔器，所述封隔器位于所述射孔通道之上。5.如权利要求1所述的降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，在所述生产管柱的底部还设置有出水口，所述出水口低于气水收集进口；所述气囊还和出水口相连。6.如权利要求5所述的降压联合热吞吐法开采海洋天然气水合物资源的系统，其特征在于，在所述气水收集进口和出水口中均设置单向阀。7.如权利要求1所述的降压联合热吞吐法开采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小森，阮徐可，陈朝阳，李刚，张郁，王屹，颜克凤，周佳媛，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：