一种天然气水合物降压开采和CO2埋存结合的工艺方法与流程

本发明属于天然气水合物开采领域和CO₂地质埋存领域，具体的说，是一种天然气水合物降压开采和CO₂地质埋存结合的工艺方法。

背景技术：

天然气水合物是全球第二大碳储库，仅次于碳酸盐岩，其热能相当于全球已知煤、石油和天然气总热能的2倍。另外，天然气水合物分解释放的天然气主要是甲烷，燃烧后几乎不产生环境污染物质，因而是未来理想的洁净能源。总之，天然气水合物具有巨大的开发价值。目前，传统开采方法主要有降压法、热激发法和化学剂法，新型开采方法主要有CO₂置换法和固体开采法。其中降压开采水合物可行性较高，其特点是经济、操作简单、无需增加设备，是所有开采方法中的首选方法。但是降压开采法也存在缺陷，主要包括：一是水合物分解为吸热过程，温度不断降低会导致天然气水合物二次生成或地层水结冰，进而造成储层的渗透率下降，压力降在地层中传播速度较慢，影响天然气水合物分解产气速度；二是随着储层能量消耗，产气速度递减较大；三是天然气水合物的开采将引起地层强度的降低，可能导致地层失稳。

由CO₂大量释放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻，而地质埋存是减少CO₂排放的有效途径之一。CO₂地质埋存的主要场所包括：废弃油气藏或正在开发的油气藏、地下盐水层、无法开采的煤层和天然气水合物藏。相比于其他方式，CO₂以固相的水合物形式埋存具有埋存量大、安全性高的双重优势，目前主要的方案是通过CO₂置换开采天然气水合物的方法，实现天然气水合物开采的同时生成CO₂水合物，实现埋存。开采天然气水合物和CO₂地质埋存相结合的优点在于：一是CO₂水合物的生成热大于天然气水合物的分解热，能有效保持地层温度，避免天然气水合物的二次生成和地层水结冰；二是注入CO₂能补充地层能量，提高采收率；三是CO₂水合物的生成有助于提高地层的稳定性。但是这种结合方法主要有以下缺陷：一是置换速率不高，效率也较低，导致埋存量较小；二是导致CH₄和CO₂混合，带来气体分离的麻烦和成本，而且还导致CO₂－CH₄混合气体水合物的生成，降低了产气量和CO₂埋存量。

鉴于以上原因，本发明在充分考虑天然气水合物降压开采、CO₂在水合物藏埋存的优点和不足的基础上，提出了一种的降压开采天然气水合物和CO₂埋存结合的工艺方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种同时实现天然气水合物降压开采和CO₂地质埋存的工艺方法。

本发明的技术方案主要包括以下工艺步骤：

(1)在储层中钻一口分支水平井，水平井段靠近储层底部；

(2)直井段和水平井段下生产套管，接着直井段上部下油管，油管底部安装封隔器；

(3)对封隔器和储层顶部之间的生产套管进行射孔；

(4)在井口通过抽气泵的泵吸作用对套管和油管之间的环形空间进行降压，开采天然气水合物；

(5)当产气速度过低时关泵停产，并对天然气水合物完全分解区的水平井段进行射孔；

(6)注入泵往油管中泵入CO₂，CO₂从射开的水平井段进入储层并生成水合物，实现CO₂埋存；同时，应控制注气速度与CO₂水合物生成速度相适应，避免大量CO₂气体从CO₂水合物生成前缘向上扩散与CH₄气体混合或在储层上部生成CO₂水合物降低渗透率；

(7)当储层上部压力接近相应温度下天然气水合物生成的临界平衡压力时，停止泵入CO₂，避免天然气水合物的二次生成；

(8)重复步骤(4)、(5)、(6)和(7)，并且降压开采时应保证压力在相应温度下CO₂水合物分解的临界平衡压力以上，避免CO₂水合物分解；

(9)当无法再获得工业气流，往环形空间泵入CO₂，使储层上部也生成CO₂水合物，提高CO₂埋存量。

所述的一种天然气水合物降压开采和CO₂埋存结合的工艺方法，其特征在于，分支水平井的水平井段靠近储层底部，考虑了CH₄和CO₂的密度差异，避免了两者的大量混合；还充分利用储层底部压力较高的特点，有利于CO₂水合物的快速生成，缩短作业时间。

所述的一种天然气水合物降压开采和CO₂埋存结合的工艺方法，其特征在于，提出一种套管、封隔器和油管组成的注采一体化管柱结构，使一口井具有采气和注气的双重作用，大幅度降低了海上作业成本。

所述的一种降压开采水合物和CO₂埋存的结合方法，其特征在于，天然气水合藏分区域降压开采，保证开采过程的效益较高，并能确保对地层、井壁稳定性的及时控制。

所述的一种天然气水合物降压开采和CO₂埋存结合的工艺方法，其特征在于，水平井段分区域射孔，避免了降压开采时CO₂进入储层导致CO₂和CH₄混合。

所述的一种天然气水合物降压开采和CO₂埋存结合的工艺方法，其特征在于，水平井段分区域注入CO₂，解决了单一固定位置注入CO₂时，由于CO₂水合物生成导致注入能力逐渐降低的问题，并能及时提高了储层的温度、补充地层能量来提高采收率和加强地层的稳定性，同时能实现CO₂以水合物的形式埋存。

所述的一种天然气水合物降压开采和CO₂埋存结合的工艺方法，其特征在于，天然气水合物降压开采和注入CO₂交替进行，避免了CH₄和CO₂的混合。

本发明的有益效果体现为能同时实现天然气水合物开采、长期埋存大量CO₂和保证地层的稳定性。本发明设备简单、操作方便，是一种开发天然气水合物和CO₂埋存的新途径。

附图说明

图1所示为分支水平井及管柱结构示意图；

图2所示为降压开采储层示意图；

图3所示为注入CO₂埋存储层示意图；

图中：1、套管；2、油管；3、封隔器。

具体实施方式

下面结合说明书附图来详细描述本发明实施方式：

(1)在储层中钻一口分支水平井，水平井段靠近储层底部，如附图1所示。

(2)直井段和水平井段下生产套管，接着直井段上部下油管，油管底部安装封隔器，如附图1所示。

(3)对封隔器和储层顶部之间的生产套管进行射孔，以便CH₄气体流入套管和油管之间的环形空间。

(4)在井口通过抽气泵对环形空间进行泵吸降压，天然气水合物分解产生CH₄气体，在重力分异和压力差综合作用下CH₄气体流入储层上部的环形空间内实现采气。

(5)当产气速度过低时关泵停产，储层中残留部分CH₄气体和水，受重力分异作用影响，CH₄气体主要集中在储层上部。此时，储层存在两个区域：气水两相区和天然气水合物区，如附图2所示。

(6)将天然气水合物完全分解区的水平井段射开，以便注入CO₂。

(7)注入泵往油管中泵入CO₂，CO₂从射开的水平井段进入储层并生成水合物，实现CO₂埋存；同时，应控制注气速度与CO₂水合物生成速度相适应，避免大量CO₂气体从CO₂水合物生成前缘向上扩散与CH₄气体混合或在储层上部生成CO₂水合物降低渗透率。在这个过程中，在压力差和重力分异的综合作用下，CH₄气体进一步向储层顶部聚集，处于被压缩状态，下次降压生产时，这部分CH₄气体首先流入环形空间，提高了采收率，并将压力降快速传递到天然气水合物区使其分解。

(8)当储层上部压力接近相应温度下天然气水合物生成的临界平衡压力时，停止泵入CO₂，避免天然气水合物的二次生成。此时，储层有三个区域：天然气水合物区、气水两相区和CO₂水合物区，如附图3所示。

(9)重复步骤(4)、(5)、(6)、(7)和(8)，并且在降压开采时应保证压力在CO₂水合物分解的临界平衡压力以上，避免CO₂水合物分解。

(10)当无法再获得工业气流，可往环形空间泵入CO₂，使储层上部也生成CO₂水合物，提高CO₂埋存量，同时进一步提高地层稳定性。

以上所述为本发明的优选的实施方式，当然不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的保护范围。