一种双水平井开采海洋水合物的方法与流程

1.本发明涉及一种海底新能源开采方法，特别是涉及一种双水平井开采海洋水合物的方法。


背景技术：

2.天然气水合物储量巨大，分布广泛，清洁而被认为是一种很有前景的潜在能源。天然气水合物是由天然气和水在低温、高压条件下形成的似冰状的固态物质。 由于天然气水合物中含有大量甲烷等烃类气体，因此极易燃烧，被称为“可燃冰”。保守估计，全球天然气水合物中含碳量是煤、石油、天然气等化石能源总含碳量的两倍。水合物具有很高的储能密度，其在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油和天然气等燃料要小得多。
3.天然气水合物的开采方法大体上分为降压法、注化学剂法和注热法等。降压法就是通过直达天然气水合物层的生产井对天然气水合物藏进行降压，从而破坏天然气水合物的相平衡关系，使其发生分解产生天然气和水，这样天然气通过井开采出来。但降压法开采仅仅依靠天然气水合物层本身的能量，没有外来能量的供给，因此在开采的初期还会有较高的产气速度。但一段时间之后由于天然气水合物分解吸热，导致地层能量降低，天然气水合物分解速度减慢，甚至会因地层水结冰和天然气水合物的二次生成迫使生产中断。此外，天然气水合物分解也会使得天然气水合物地层亏空、地层发生沉陷、威胁海洋工程设施，从而存在较大的安全隐患。注化学剂法则是通过向天然气水合物层中注入一些化学溶液，这些化学物质能够使得天然气水合物不稳定发生分解。但是注入化学剂法成本太高，且会对海洋环境造成一定程度的污染。目前的注热法主要是向天然气水合物层内注入在生产平台上或地面上加热的高温热水、高温蒸汽。而在生产平台上或地面上加热热水、蒸汽需要大量的能量，这导致注热法成本高、设备复杂，使得天然气水合物开采成本高，经济性差。
4.综上所述，针对天然气水合物的巨大储量及诱人前景， 亟需一种安全、高效、经济的天然气水合物开采技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种双水平井开采海洋水合物的方法。
6.为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双水平井开采海洋水合物的方法，包括两相邻设置的水平井，所述水平井包括竖直段和水平段，两水平井均设有用于开采天然气水合物的井下泵，两水平井的水平段位于天然气水合物储层内，两水平井的水平段均设置有控砂筛管，其中一口水平井还设有注水泵、热流体注入管，所述注水泵与热流体注入管连接，所述热流体注入管自井口延伸至控砂筛管内，包括如下步骤：步骤一，降压分解阶段，两水平井均为降压生产井，两水平井均通过井下泵抽吸天
然气水合物层中的流体，两水平井的水平段井筒周围形成高渗透区域；所述降压分解阶段达到预设的降压生产时间后，进行步骤二；步骤二，热流体注入阶段，其中一口井启动所述注水泵注入热流体转换为热流体注入井，另一口井仍然是降压生产井，在高压力驱动下所述热流体在天然气水合物储层中由井筒开始向周围流动，天然气水合物进行分解，分解后得到的天然气在压力的驱动下，从压力较低的另一口井的井口中产出。
7.进一步的，所述降压生产井采用抽吸地层流体的方式实现降压开采。
8.进一步的，所述热流体注入井采用高压旋喷注浆工艺向泥质粉砂型天然气水合物储层热激射流注入流体，提高储层渗透率。
9.进一步的，采用内管式加热器的方式进行热激。
10.进一步的，一种双水平井开采海洋水合物的方法，包括两相邻设置的水平井，所述水平井包括竖直段和水平段，两水平井均设有用于开采天然气水合物的井下泵，两水平井的水平段位于天然气水合物储层内，其特征在于，所述水平井的井柱自上而下顺次连接有立管、完井尾管、控砂筛管；所述控砂筛管处于水平段，控砂筛管上设置有缝隙，水合物分解后从控砂筛管的缝隙处出来；其中一口水平井设有注水泵、热流体注入管，所述注水泵连接热流体注入管，所述热流体注入管所述自井口延伸至控砂筛管内。
11.进一步的，所述热流体注入管的管外设有套管。
12.进一步的，所述热流体注入管与套管之间设有管外封隔器。
13.进一步的，所述两水平井的水平段的井壁上均匀分布有气体排出口。
14.进一步的，所述水平井的竖直段下部还设有井下分离回填系统，用于将气液固三相进行初步的分离回填，防止砂泥堵塞不通。
15.进一步的，所述水平井的完井管柱上还设有完井工具分级箍。
16.本发明的方法充分利用了降压、 注热、射流注入支撑剂、储层稳定剂的联合作用，因而能够促进水合物高效分解，保证经济有效地生产。
附图说明
17.图1是本发明实施方式示意图；图中1、海水层，2、盖层，3、天然气水合物储层，4、控砂筛管，5、缝隙，6、防喷器，7、套管，8、井下分离回填系统，9、立管，10、完井工具分级箍，11、悬挂器，12、热流体注入管，13、环空。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述。
19.实施例一：一种双水平井开采海洋水合物的方法，包括降压为主热激射流辅助双水平井开采天然气水合物系统，包括两相邻设置的水平井，所述水平井主要由井口装置、抽吸举升排液系统、加热系统、免钻塞完井装置、旋流液固分离系统、控砂筛管4组成。
20.其工艺过程首先获取泥质粉砂型天然气水合物储藏区域相应的地质条件数据，建立开采泥质粉砂型天然气水合物的生产井，并在井口安装监测仪器，采用抽吸排液降压方式使近井区域的天然气水合物分解，同时采用旋流液固分离器排出近井区域的泥质和粉砂质成分；抽吸排液降压结束后，采用高压射流注液工艺向泥质粉砂型天然气水合物储层3注入凝胶型支撑剂，凝胶型支撑剂与泥质粉砂型天然气水合物储层3沉积物混合形成人工井壁稳定储层。
21.待井筒内温度或产气速率恢复正常后调节内管式加热器加热功率使产气量保持稳定，产气量保持稳定1小时后可选择关闭内管式加热器，如此往复调节内管式加热器加热功率或开启/关闭内管式加热器，实现降压热激联合开采天然气水合物。
22.实施例二：一种双水平井开采海洋水合物的方法，包括如下步骤：第一阶段为降压分解阶段，将相邻的两水平井的底部钻入天然气水合物层，所述两水平井均通过井下泵抽吸所述天然气水合物层中的流体，通过控制所述井下泵的排量控制井底生产压力，在所述两水平井的底部井筒周围形成高渗透区域；所述降压分解阶段达到预设的降压生产时间后，进行第二阶段。
23.第二阶段为热流体注入阶段；热流体注入阶段不需要提高压力，只是保证热流体的正常循环，从而加热天然气水合物储层3的作用。对于需要提供渗透率的储层，可以提高压力射流注入，改善储层渗透性。在两水平井的底部井筒周围形成高渗透区域；保障流体流通渠道顺畅和降压采气顺利进行。启动注热流体泵将热流体注入第一口水平井中，热流体在所述天然气水合物层中由井筒开始向周围流动，对所述天然气水合物进行分解，分解后得到的天然气在压力的驱动下从压力较低的所述第二口井中产出。
24.两口井在本发明的第一阶段均为降压生产井；而在本发明的第二阶段，其中一口井由降压生产井转变为热流体注入井，另一口井仍然为降压生产井进行降压生产。
25.实施例三：请参阅图1所示的一种双水平井开采海洋水合物的方法，利用钻井船在天然气水合物区域钻一系列水平井，利用这些水平井结合生产平台对天然气水合物层进行降压生产，开发天然气水合物并进行气、水处理。
26.以其中一组水平井为例，两水平井相邻设置，所述水平井包括竖直段和水平段，海水层1下为水合物的盖层2，盖层2下为水合物储层。
27.所述水平井的井柱自上而下依次由立管9、套管7、悬挂器11、完井尾管、控砂筛管4组成。
28.所述水平井的井口处设有防喷器6。
29.所述控砂筛管4处于完井管柱水平段，控砂筛管4上设置有缝隙5，水合物分解后从控砂筛管4的缝隙5处出来。
30.所述防喷器6用于控制井口压力。
31.所述套管7位于盖层2段。
32.所述水平井的竖直段下部设有井下分离回填系统8，可以将气液固三相进行初步的分离回填，防止砂泥堵塞不通。
33.所述立管9位于海水层1内。
34.所述水平井的完井管柱上设有完井工具分级箍10。
35.所述悬挂器11用于悬挂完井尾管，防止水合物分解，完井尾管无支撑的情况下，仍保证安全正常生产的目的。
36.所述热流体注入管12设置于套管7内，自井口延伸至控砂筛管4内，实现热流体的注入功能，所述套管7与完井尾管之间为管外封隔器封隔套管7的环空13。
37.两水平井的水平段均延伸至天然气水合物储层3，所述控砂筛管4位于天然气水合物储层3中，所述水平段的井壁上呈均匀分布气体排出口。
38.第一阶段中两水平井均为降压生产井，通过井下泵抽吸天然气水合物层中的流体，实现天然气水合物层的降压。
39.在降压过程中通过控制井下泵的排量控制井底生产压力，以保证天然气水合物层的稳定性和天然气水合物初期有效分解。
40.在热流体注入井底部井筒的周围，天然气水合物由于降压作用分解为产生气体和水，从而形成了高渗透区域，有助于第二阶段中热流体的注入。
41.在第二阶段的降压分解阶段中，其中一口井转换为热流体注入井，另一口井仍然是降压开采井。
42.需要注意控制井底与天然气水合物层水平井之间的压差，对于热流体注入井而言，既要保证在周围形成较大范围的高渗透区域，为第二阶段的热流体注入提供基础，又要防止非渗透层及天然气水合物层的胶结强度降低而引起的地层大范围、不可控的变形，还要防止天然气水合物吸热引起的天然气水合物层水平井中水结冰，及水合物二次生成可能引起的地层堵塞。
43.当降压生产时间达到预设的确定值后，即进入热流体注入阶段，热流体注入井向储层中注入高压激射的热流体，降压生产井将降压分解后得到的天然气收集起来。
44.依据天然气水合物的饱和度、地层渗透率、地层力学特性、海水温度、注水泵特性和储层温度等参数，确定热流体注入井中热流体的注入量。
45.启动平台上的注水泵，按照确定的注入量泵入热流体，注入井中，在高压力射流驱动下，热流体在天然气水合物层水平井中由井筒开始向周围流动。
46.在热流体的流动过程中，热量通过热传导和热对流传递给天然气水合物储层3，促使天然气水合物储层3升温；天然气水合物的相平衡遭到破坏发生分解，产生气体状态的天然气和水，并在压力驱动下从压力较低的降压开采井产出。
47.通过调节降压开采井中井下泵的排量或者气嘴的大小实现产量控制，调整的标准是保证水合物能够在热流体的作用下能够有效分解。
48.但是随着水合物的分解，原先有水合物占据的体积会逐渐出现亏空，这种亏空由裸眼井壁逐渐向地层内部延伸。与裸眼井壁相接处的储层会发生一定的蠕动和沉降过程，随着沉降过程的持续，会出现大的亏空，导致防砂筛管直接暴露在气、液、砂流动空间内，很快就会发生筛管冲蚀，导致防砂失效。针对这一情况本发明的施工工具及工艺过程可以尽量避免发生，从而保证正常生产。
49.本发明的施工工艺包括：悬挂器11位于盖层2和水合物层之间，完井工具分级箍10水平井水平井和管外封隔器位于a靶点。
50.完井工具分级箍10保证造斜段的固井施工质量。悬挂器11保证在水合物储层变形
失稳可能造成水平段筛管储层的亏空的情况下，还能保证正常的生产，也可以通过热流体注入井注入海绵型纤维凝胶来对水合物储层进行储层稳固作业。