利用人工储层开发水合物的开采系统及方法与流程

本发明涉及油田化学及天然气水合物开采领域，特别涉及利用人工储层开发水合物的开采系统及方法。

背景技术：

1、天然气水合物(简称水合物)具有分布范围广、资源量丰富，资源量丰富、环境污染小等优点，被视为未来潜在替代新型清洁能源。水合物主要赋藏于陆上冻土和深海沉积物中，其中海域水合物储层埋藏较浅，储层主要为弱固结或未固结的砂质和泥质粉砂沉积物，这使得水合物开采过程中会导致储层力学性质发生变化，诱发储层沉降、井眼出砂等一系列风险问题，从而导致水合物开采只能在近井筒周围进行，无法持续往更远端深入；同时，在降压开采过程中，水合物二次生成及结冰容易造成冰堵现象。

2、从世界范围内已进行的水合物试采项目来看，水合物开采过程中的井筒失稳、出砂堵塞以及冰堵是水合物开采过程中不可避免的现象，成为制约水合物安全、高效、持续开采的三大主要因素。

3、在储层或井筒失稳方面，很多研究从布置生产井、辅助井上考虑进行防治。中国专利cn111255419 a公开了一种天然气水合物复合开采方法，利用二氧化碳水合物稳定性好的优点，保证地层的稳定，避免地质灾害和水合物大量分解，但是单纯通过co2置换方法来进行水合物开采，即使投入很大成本去布置径向井、多套管柱等，该系统开采效率也并不高；中国专利cn109252832 a公开了一种基于储层稳定的水合物开采方法及开采装置，利用1口生产井，2口辅助井来通过降压和置换相结合达到方法来开采水合物。

4、在防砂技术上，国内外从射孔段加装防砂筛网、粉砂分离回填、“粗+细”砾石充填以及类似geoform防砂系统等方面进行了大量研究和实践，也获得了一定的认识和成功经验。中国专利cn113107437 a公开了一种泥质粉砂天然气水合物储层开采的多级防砂方法，通过加装筛管、粗细砾石充填、防止金属纤维隔层以及泵注絮凝剂的方法来进行防砂，但措施仅局限于井筒附近，无法让生产深入储层内部。

5、在预防和处理水合物开采中冰堵的问题上，近年来对化学生热剂的研究较多，但还没有形成一种公认技术可靠经济的试采系统及应用方法。中国专利cn109281643 a公开了一种延缓自生热体系，所述体系是由氯化铵水溶液和油包水型亚硝酸钠组成，通过将亚硝酸钠制备出油包水型乳液，达到减缓二者接触的目的，但这对于水合物的高效激发分解作用较小，而且仅限于近井地带。

6、目前来看，还未有现有技术从水合物安全、高效、持续开采上面统一考虑，提出合适的水合物开采系统及方法。

技术实现思路

1、本发明要克服现有技术的不足，提供利用人工储层开发水合物的开采系统及方法，应用于天然气水合物开采试采工程领域，可满足直井、斜井、水平井开采天然气水合物的工艺要求。

2、为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、利用人工储层开发水合物的开采系统，包括开采井、人工储层系统以及防砂、解堵系统，其特征在于:

4、所述开采井可以为直井、斜井、水平井，优选为水平井；

5、所述人工储层系统：通过多簇密集射孔，多尺度多级加砂压裂+相变压裂建立的，该多簇密集射孔是将水平段的每一级射孔簇间距减小，簇数增加的布孔方式，目的是为大范围、密集人工储层的建立提供更多的起裂、进砂通道；该多尺度多级加砂压裂+相变压裂是利用不同类型支撑剂、不同粒径支撑剂以及不同支撑充填形式来建立大范围的人工储层，所述不同粒径支撑剂为石英砂和相变支撑剂，所述不同支撑充填形式采用多组合粒径充填以及相变充填补偿；

6、所述防砂、解堵系统：包括自聚防砂工作液、解堵工作液体系以及地面配套设备；所述自聚防砂工作液包括如下质量百分比的组成：智能自聚防砂剂1％～1.5％、乙二醇10％～15％，其余部分为水；

7、所述解堵工作液为自生热体系或抑制剂溶液中的一种，其中：所述自生热体系以nh4cl/nano2为主剂，以乙酸/乙酸乙酯为催化剂的高生热效率体系，施工时体系生热剂溶液随相变压裂液一起混合泵入地层，而催化剂溶液在相变压裂液停注后顶替入地层与主剂溶液反应生热；所述抑制剂溶液为5％～10％的氯化钠、氯化钾中的一种，或是20％～30％的甲醇、乙二醇中的一种，或是2％～5％的聚乙烯己内酰胺-顺丁二烯二酰胺、聚乙烯醇中的一种。

8、优选的，所述射孔簇间距控制在5～6m/簇，所述射孔簇数每段在10簇以上；

9、所述多尺度多级加砂压裂+相变压裂的目的是利用不同类型支撑剂、不同粒径支撑剂以及不同支撑充填形式来建立大范围的人工储层；

10、优选的，所述不同类型支撑剂为石英砂和相变支撑剂，所述不同支撑充填形式是指多组合粒径充填以及相变充填补偿；

11、优选的，所述多组合粒径充填是采用石英砂完成的；

12、优选的，所述相变充填补偿是由相变支撑剂完成的；

13、优选的，所述石英砂为70/140目、40/70目、30/50目的一种或多种组合；

14、优选的，所述相变支撑剂是在常规压裂结束后泵入的相变压裂液相变而成的，其设计量为石英砂总量的10％～15％；

15、所述多尺度多级加砂压裂中引入一种智能自聚防砂剂，能够在地层中大范围地自动捕捉砂粒，自聚成团，提高人工储层充填层强度，并且保持较好的渗透率；

16、优选的，所述相变压裂液是利用自生热体系在地层中生热加温引发相变的，其相变温度可在10～120℃范围内调整。

17、优选的，所述智能自聚防砂剂是由松香改性环氧树脂、碳九石油树脂、丙基三乙酰氧基硅烷、环氧树脂乳化剂disponil ls500、间苯二甲胺为主要成分，在有机溶剂中一定的反应条件下制备而成；

18、进一步的，所述智能自聚防砂剂推荐用量是0.8％～1.5％，可以根据储层要求优化其作用温度，作用范围10～150℃可调；

19、优选的，所述自生热体系优选以nh4cl/nano2为主剂，以乙酸/乙酸乙酯为催化剂的高生热效率体系，进一步的，施工时体系生热剂溶液随相变压裂液一起混合泵入地层，而催化剂溶液在相变压裂液停注后顶替入地层与主剂溶液反应生热。

20、所述防砂、解堵系统包含自聚防砂工作液、解堵工作液体系以及地面配套设备。

21、优选的，所述自聚防砂工作液包括如下质量百分比的组成：智能自聚防砂剂1％～1.5％、乙二醇10％～15％，其余部分为水；

22、优选的，所述解堵工作液为权4所述自生热体系或抑制剂溶液中的一种；

23、本发明还提供利用人工储层开发水合物的方法、流程及相关参数控制等，详细如下：

24、s01、开采井钻完井，推荐井型为水平井；

25、s02、综合方案设计：包括水平井分段分簇、工作液优化设计、多尺度多级加砂压裂+相变压裂设计以及水合物开采过程中防砂、解堵方案优化设计等；

26、s03、建立人工储层：

27、s03-1、首先进行多尺度多级加砂压裂加入多种粒径的石英砂组合支撑，加砂压裂中过程中加入智能自聚防砂剂，将人工储层支撑充填层有效固结，提高强度，防止出砂；

28、s03-2、泵注复配过自生热主剂的相变压裂，停注相变压裂液后倒换催化剂溶液，顶替入地层与自生热主剂溶液反应生热，使得相变压裂液在一定温度作用下相变成支撑剂，在人工储层外侧进行充填和补偿，进一步扩大人工储层规模。

29、s04、水合物复合开采：

30、s04-1、针对水合物开采过程中出砂情况普遍的现象，通过防砂、解堵系统不定期的向人工储层注入一定量的自聚防砂工作液，在人工储层外围设置一层屏障，防止出砂堵塞井筒；

31、s04-2、开采过程中如果发现产量明显降低，判断人工储层或井筒可能存在冰堵，通过防砂、解堵系统向地层注入解堵工作液，有效防止和消除开采过程中可能出现的冰堵，同时也对水合物储层起到自生热原位激发分解或化学抑制水合物二次生成的作用。

32、将本发明所述的系统及方法应用于天然气水合物的开采施工中，保障井筒、储层安全稳定性和水合物开发的持续性，利于水合物的安全、安全、高效、深度开发。

33、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

34、从天然气水合物的长远开发考虑，在开采井周围建立较为庞大的人工储层，扩大井筒对外接触面积，保障井筒、储层安全稳定性和水合物开发的持续性，利于水合物的安全、高效、深度开发。

35、(1)本发明提出了人工储层建立的相关技术及方法，是水合物开采能否持续、稳定开采的关键；

36、(2)本发明能够很好地解决了水合物开采过程中出砂、冰堵等问题，进一步提高水合物开采效率；

37、(3)可进行水合物储层原位激发分解或抑制生成，促进水合物开采向深部进发；

38、(4)本发明可以满足直井、斜井、水平井试采天然气水合物的工艺要求，提高开采效率，节约生产成本，可操作性强。