一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采方法及装置与流程

本发明涉及天然气水合物开采设备，尤其涉及一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采方法及装置。

背景技术：

1、目前，我国已实现两轮天然气水合物试采工程，验证了开采工程实施的可行性，现处于实现生产性转型阶段，加速推进产业化时期，提升开采产能，减低开采成本，真正实现天然气水合物产业化应用。前两轮试采工程实施采用的降压开采方法，面对产业化应用需求仍存在开采成本高、产量递减速度快、稳产高产困难等关键问题。天然气水合物储层多数属于低渗透未固结的泥质粉砂天然气水合物储层类型，储层渗透率低且易于发生蠕动变形，通过借鉴油气行业常用的水力压裂方法来改造储层，虽然施工可行，但是储改建立的通道很难维持，且改造的深度和广度都受限于工程技术水平，很难建立有效的高渗透率储层导流通道。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采方法及装置。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采方法，包括如下步骤：

3、步骤一：选取合适的天然气水合物储层作为开采对象，在海上区域搭建海上开采平台，海上开采平台上放置钻探建井所需的钻井设备、套管，并放置开采水合物储层所需的储气罐、气液固分离存储设备、泵注物料存储设备和储液加热设备；水合物储层由上而下包括上覆盖层、上部储层区域、建井生产区域、下部扰动区域和下覆盖层；搭建用于进行水合物开采的生产井，生产井自上而下贯穿海水区域、上覆盖层、上部储层区域和建井生产区域四个区域，生产井包括生产垂直段和与其连接的生产水平段；在位于建井生产区域的生产井下方搭建增产井；

4、步骤二：在下部扰动区域进行增产井钻井工序，在生产井下部区域进行若干个水平分支井建设；

5、步骤三：在建井生产区域进行生产井钻井工序，在水合物储层中部位置建设生产水平段，与生产水平段连接的生产垂直段向上延伸至海上开采平台；生产井钻井后下入生产井固井套管，套管外部筑有生产井水泥环，开采时在生产井固井套管内下入生产井生产管柱；

6、步骤四：在建井生产区域进行生产井储层改造工序，下入安装有水力射孔泵注设备的连续油管，抽取储液加热设备中的热海水进行水力喷射，在生产井固井套管与生产井水泥环上形成贯穿的水力射流孔洞，之后泵注物料存储设备向水力射流孔洞内注入乙二醇和固化树脂，水力射流孔洞射出的液体形成高导流通道，高导流通道将生产井与增产井连通；

7、步骤五：完成工程建设阶段工序，在生产井中下入生产井生产管柱进行水合物的开采，将开采获得的气液固混合物举升至海上开采平台，经过气液固分离存储设备的分离处理，提取出纯净的天然气进行存储并运输至运用场地。

8、一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，包括海上开采平台、储气罐、与储气罐连接的气液固分离存储设备、泵注物料存储设备、储液加热设备、生产井和增产井；所述海上开采平台搭建在勘探出有天然气水合物储层的海上区域；水合物储层由上而下包括上覆盖层、上部储层区域、建井生产区域、下部扰动区域和下覆盖层；所述增产井搭建在下部扰动区域，所述增产井包括垂直段和与其连接的水平段，水平段设有若干个水平分支井，所述水平分支井建设在下部扰动区域内；搭建用于进行水合物开采的生产井，所述生产井自上而下贯穿海水区域、上覆盖层、上部储层区域和建井生产区域四个区域，所述生产井包括生产垂直段和与其连接的生产水平段；所述生产水平段搭建在水合物储层中部位置且位于所述增产井上方，所述生产垂直段向上延伸至所述海上开采平台；所述生产井由外而内包括生产井水泥环、生产井固井套管和生产井生产管柱，储层改造工序下入安装有水力射孔泵注设备的连续油管，抽取储液加热设备中的热海水进行水力喷射，在生产井固井套管与生产井水泥环上形成贯穿的水力射流孔洞；所述泵注物料存储设备向水力射流孔洞注入乙二醇和固化树脂，水力射流孔洞射出的液体形成高导流通道，高导流通道将所述生产井与所述增产井连通；所述生产井与气液固分离存储设备、泵注物料存储设备、储液加热设备分别连接。

9、所述增产井充填有砂粒，该砂粒的直径不小于水合物储层中储层砂粒的粒径的10～20倍。

10、若干个所述水平分支井位于与所述生产水平段平行的同一层位上并呈梳齿状分布形式；或者，若干个所述水平分支井为间隔分布且向多方向延伸的鱼骨状分布形式。

11、若干个所述水平分支井位于不同层位；或者，若干个所述水平分支井中，一部分水平分支井位于同一层位上，另一部分水平分支井位于不同层位上。

12、所述生产井生产管柱上装配有防砂筛管，所述防砂筛管安装下入后位于生产水平段位置；所述防砂筛管内充填有砾石。

13、所述砾石的粒径为建井生产区域或下部扰动区域内所在储层颗粒的粒径的6～10倍。

14、与现有技术对比，本发明的优点在于：本开采方法与装置，通过采用双层多分支水平井的建井方式，上层水平井作为天然气水合物的生产井，用于进行水合物的开采；下层多分支水平井作为天然气水合物储层改造的增产井，用于进行水合物储层的改造。该开采方法旨在通过多数量多方位的增产井建设，实现对天然气水合物储层的大范围区域储层扰动，诱导区域地层沉降从而使得储层原始稳定条件发生变化，产生复杂微裂缝，增加地层的渗流能力，并且随着天然气水合物降压开采时长的增加，地层水合物不断分解导致井筒周边地层力学强度降低，沉积物不断向下沉降压实，生产井筒周边逐步形成地层空洞，储层上部含水合物地层稳固状态变化，随之同样发生地层沉降，形成新的沟通渠道扩大开采范围。本开采方法通过合理的理论分析和井位设计，利用水合物弱固结储层开采过程中存在的地层蠕变沉降现象，经由设计合理的工程实施和沉降控制，形成复杂的地层沟通裂缝，实现水合物储层大范围的储改沟通，形成有效的经济高产的水合物开采方式。

技术特征：

1.一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，其特征在于：包括海上开采平台、储气罐、与储气罐连接的气液固分离存储设备、泵注物料存储设备、储液加热设备、生产井和增产井；所述海上开采平台搭建在勘探出有天然气水合物储层的海上区域；水合物储层由上而下包括上覆盖层、上部储层区域、建井生产区域、下部扰动区域和下覆盖层；所述增产井搭建在下部扰动区域，所述增产井包括垂直段和与其连接的水平段，水平段设有若干个水平分支井，所述水平分支井建设在下部扰动区域内；搭建用于进行水合物开采的生产井，所述生产井自上而下贯穿海水区域、上覆盖层、上部储层区域和建井生产区域四个区域，所述生产井包括生产垂直段和与其连接的生产水平段；所述生产水平段搭建在水合物储层中部位置且位于所述增产井上方，所述生产垂直段向上延伸至所述海上开采平台；所述生产井由外而内包括生产井水泥环、生产井固井套管和生产井生产管柱，储层改造工序下入安装有水力射孔泵注设备的连续油管，抽取储液加热设备中的热海水进行水力喷射，在生产井固井套管与生产井水泥环上形成贯穿的水力射流孔洞；所述泵注物料存储设备向水力射流孔洞注入乙二醇和固化树脂，水力射流孔洞射出的液体形成高导流通道，高导流通道将所述生产井与所述增产井连通；所述生产井与气液固分离存储设备、泵注物料存储设备、储液加热设备分别连接。

3.根据权利要求2所述的人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，其特征在于：所述增产井充填有砂粒，该砂粒的直径不小于水合物储层中储层砂粒的粒径的10～20倍。

4.根据权利要求2所述的人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，其特征在于：若干个所述水平分支井位于与所述生产水平段平行的同一层位上并呈梳齿状分布形式；或者，若干个所述水平分支井为间隔分布且向多方向延伸的鱼骨状分布形式。

5.根据权利要求2所述的人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，其特征在于：若干个所述水平分支井位于不同层位；或者，若干个所述水平分支井中，一部分水平分支井位于同一层位上，另一部分水平分支井位于不同层位上。

6.根据权利要求2所述的人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，其特征在于：所述生产井生产管柱上装配有防砂筛管，所述防砂筛管安装下入后位于生产水平段位置；所述防砂筛管内充填有砾石。

7.根据权利要求6所述的人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采装置，其特征在于：所述砾石的粒径为建井生产区域或下部扰动区域内所在储层颗粒的粒径的6～10倍。

技术总结
本发明公开了一种人工诱导区域沉降改造储层的水合物开采方法及装置，在下部扰动区域进行增产井钻井工序，在生产井下部区域进行若干个水平分支井建设，在建井生产区域进行生产井钻井工序，在水合物储层中部位置建设生产井；完成工程建设阶段工序，在生产井中下入生产井生产管柱进行水合物的开采，将开采获得的气液固混合物举升至海上开采平台，经过气液固分离存储设备的分离处理，提取出纯净的天然气进行存储并运输至运用场地。本开采方法通过井位设计，利用水合物弱固结储层开采过程中存在的地层蠕变沉降现象，经由设计合理的工程实施和沉降控制，形成复杂的地层沟通裂缝，实现水合物储层大范围的储改沟通，形成有效的经济高产的水合物开采方式。

技术研发人员：宁波,欧芬兰,李晶,耿澜涛,仇德智
受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15