一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置与方法

本发明属于海洋天然气水合物开采，一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置与方法。

背景技术：

1、天然气水合物作为21世纪代替煤炭、石油、和天然气的新型洁净资源被全世界广泛关注，被认为是未来最具商业开发前景的战略资源之一。天然气水合物主要分布在极地和深水陆坡区，约95％储存在深水区，目前冻土和海域试采目标区为成岩天然气水合物矿体并多伴有下伏游离气。研究表明，在众多类型的天然气水合物矿藏中，含有下伏游离气的天然气水合物藏是一种最具商业化课程潜力的水合物类型，因此，对其进行深入研究具有重要意义和实际应用价值。

2、天然气水合物即可燃冰，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，是“笼形包合物”的一种形式。单位体积天然气水合物分解能产生超过150个单位体积的甲烷气体。现如今主要试采方法包括降压法、热激化法、气体置换法、化学抑制剂法和固态流化法，大部分是通过在海底分解水合物来采集甲烷气体。

3、中国专利cn108086961a公开了一种结合注热的水流侵蚀法海洋天然气水合物开采方法，首先在天然气水合物开采区域钻两开发井至天然气水合物储层内部，利用注水泵将海洋水注入到第一口开发井中对储层进行加热，使部分天然气水合物分解生成ch4，打开空隙通道，提高开采井周围渗透率，再通过控制天然气收集井的天然气收集速度控制两开采井间的压力差，利用压力差控制海洋水在储层内部的稳定流动，运用水流动过程中的驱替作用促进水合物持续逐步分解。

4、中国专利cn112780233a公开了一种下伏游离气天然气水合物开采模拟装置与方法，其在模拟反应器中安装气液渗流控制系统，将模拟反应器分为水合物区和游离气区；先采用模拟反应器倒置的方法制备具有上覆游离气的水合物藏，然后将模拟反应器上下翻转，制得具有下伏游离气的水合物藏；接着开展水合物开采试验，通过水合物层和游离气层压差自动开启气液渗流控制系统，实现开采过程上部水合物层和下部游离气层之间气液渗流均匀分布。

5、因此，需要开发一种不同于现有技术的能够同时开采海洋水合物与下伏游离气的装置与方法，并且不降低海洋水合物的采出量。

技术实现思路

1、根据上述两种资源的分布特点以及天然气水合物实际开采问题，本发明提出一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置与方法，充分利用天然气水合物下伏游离气开采时产生的高压效应，为射流泵提供动力，达到产生负压的效果，从而促进海洋水合物的分解，通过控制流量的大小，实现海洋水合物降压速率的控制，既可以解决开采海洋水合物时下伏游离气泄露的问题，也可以得到更多的油气资源。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明提出了一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，包括游离气开采工具、封隔器、止回阀、流量控制阀、射流泵、负压腔、水合物钻进工具、防倒流装置、控制系统、气液分离装置、干燥装置、单向阀、集气罐、排水管；在天然气水合物层及下浮游离气上方设有开采井，通过单筒多井技术实现水合物储层与下伏游离气的联合开采，在单井筒下端安装有预造斜装置，在预造斜装置的作用下，使多井筒根据不同的作用实现造斜转向，使开采装置到达指定的地层。

4、进一步，所述游离气开采工具位于竖直井最下端，所述封隔器、止回阀、流量控制阀位于开采游离气的竖直井壁的管柱内，所述封隔器防止高压游离气上窜，对钻井设备造成损坏，所述止回阀位于所述封隔器上方，防止管柱上方气体回流。

5、进一步，所述流量控制阀位于止回阀和射流泵之间，所述负压腔位于管柱交叉位置，所述流量控制阀通过控制高压游离气的流量大小，从而控制所述射流泵，所述射流泵开始工作，高压游离气从射流泵下方的喷嘴进入，在喉管入口处高速流过，使得在所述负压腔内产生负压。

6、进一步，所述水合物钻进工具在水合物储层钻进，负压腔产生的低压促进海洋水合物的分解，分解后的水合物混合物流向钻井平台，所述防倒流装置位于水平井初始段，防止上反的混合物气体回流。

7、进一步，所述控制系统位于钻井平台，控制流量控制阀以及相关设备，保障平台以及设备的安全。

8、进一步，所述气液分离装置、干燥装置、单向阀、集气罐、位于钻井平台，对开采出的海洋水合物混合物进一步处理，所述排水管与所述气液分离装置相连，排除分离后的海水。

9、一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采方法，其特征在于实现海洋水合物与下伏游离气的同时开采，高压游离气为射流泵提供动力，可控的产生负压腔，从而开采海洋水合物，具体步骤如下：

10、步骤1)：钻井与完井，钻探船到达指定位置进行钻进，通过单井多筒技术，在天然气水合物与下浮游离气所在储层上方构筑开采井，对开采井井壁布置固定装置及封隔装置，一根管柱钻入水合物储层，另一根管柱穿过水合物储层到达下伏游离气层；

11、步骤2)：游离气开采工具工作，当游离气开采工具到达下伏游离气储层并开始工作时，高压游离气通过游离气开采工具的开孔进入管柱，封隔器位于游离气开采工具的上部，其防止高压的游离气上窜，保护钻井时的安全，游离气进一步的通过止回阀，到达管柱上方，流经流量控制阀。

12、步骤3)：通过控制系统来调节流量控制阀的开度，从而控制游离气通过流量控制阀的流量大小，高压游离气到达射流泵，抽吸泵开始工作，从而产生负压腔，给水合物储层制造负压条件。

13、步骤4)：水合物钻进工具钻进到指定位置，负压腔为钻进通道制造负压条件，海洋水合物在负压条件下发生分解，此时水合物混合物通过管道上反，经过防倒流装置。

14、步骤5)：井下气体混合物通过管柱到达海洋处理平台，先经过气液分离装置，将海水与天然气混合物分离，分离后的海水通过排水管排回到海洋，分离后的天然气混合物经过干燥装置进行干燥，经过单向阀到达集气罐储存，最后等待下一步的处理。

15、本发明的有益效果是：本发明提供了一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置与方法，1)通过结合海洋水合物与下伏游离气的埋藏特点，实现海洋水合物与下伏游离气的同时开采，2)同时利用下伏游离气的高压特点，为射流泵提供动力，有效的节约了能源消耗，达到产生负压的效果，从而促进海洋水合物的分解，3)通过流量控制阀控制流量的大小，实现海洋水合物分解速率的控制，解决了天然气水合物安全、高效、充分的大规模的商业化开采提供了可行的方法。同时，对于后续海洋天然气水合物开采方法具有重大的意义。

技术特征：

1.一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，包括游离气开采工具(1)、封隔器(2)、止回阀(3)、流量控制阀(4)、射流泵(5)、负压腔(6)、水合物钻进工具(7)、防倒流装置(8)、控制系统(9)、气液分离装置(10)、干燥装置(11)、单向阀(12)、集气罐(13)、排水管(14)。

2.根据权利要求1所述的一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，所述游离气开采工具(1)位于竖直井最下端，封隔器(2)、止回阀(3)、流量控制阀(4)位于开采游离气的竖直井壁的管柱内，封隔器(2)防止高压游离气上窜，对钻井设备造成损坏，止回阀(3)位于封隔器(2)上方，防止管柱上方气体回流。

3.根据权利要求1所述的一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，所述流量控制阀(4)位于止回阀(3)和射流泵(5)之间，负压腔(6)位于管柱交叉位置，所述流量控制阀(4)通过控制高压游离气的流量大小，从而控制射流泵(5)，射流泵(5)开始工作，高压游离气从射流泵(5)下方的喷嘴进入，在喉管入口处高速流过，使得在负压腔(6)内产生负压。

4.根据权利要求1所述的一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，所述水合物钻进工具(7)在水合物储层钻进，负压腔(6)产生的低压促进海洋水合物的分解，分解后的水合物混合物流向钻井平台，防倒流装置(8)位于水平井初始段，防止上反的混合物气体回流。

5.根据权利要求1所述的一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，所述控制系统(9)位于钻井平台，控制流量控制阀(4)以及相关设备，保障平台以及设备的安全。

6.根据权利要求1所述的一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置，其特征在于，气液分离装置(10)、干燥装置(11)、单向阀(12)、集气罐(13)位于钻井平台，对开采出的海洋水合物混合物进一步处理，排水管(14)与气液分离装置(10)相连，排除分离后的海水。

7.一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采方法，其特征在于，用于实现海洋水合物与下伏游离气的同时开采，高压游离气为射流泵提供动力，可控的产生负压腔，从而开采海洋水合物，具体步骤如下：

技术总结
本发明涉及一种实现下伏游离气与海洋水合物联合开采装置与方法，其钻进工具到达指定位置时，竖直井开采下伏游离气，高压下伏游离气通过游离气开采工具的开孔进入管柱，高压游离气通过流量控制阀，流量控制阀控制高压游离气的流量大小，从而控制射流泵产生负压的大小；水合物钻进工具开采出水平井，利于海洋水合物的分解；分解后的海洋水合物到达钻井平台，在钻井平台实现后续处理。本发明实现海洋水合物与下伏游离气的同时开采，利用下伏游离气的高压特点，为射流泵提供动力，有效的节约了能源消耗，通过流量控制阀控制流量的大小，实现海洋水合物分解速率的控制，解决了天然气水合安全、高效，充分的大规模的商业化开采提供了可行的方法。

技术研发人员：王国荣,冯清,王党飞,张林锋,钟林,刘小平,张文超,胡刚,吴梦迪,曾秦涛,王杰
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12