单井注热循环开采海底水合物的方法.pdf

本发明提供了一种开采海底水合物的方法。该方法包括以下步骤：本方法为单井作业。在水合物层顶部打一水平井段，扩大水合物层的裸露面积。在水平井段末端，连接割缝衬管，增加循环介质的过流面积。油管和环空形成一个循环，由水作为循环介质。平台热水从油管注入，热水从水平井段衬管和油管与地层之间的环空中返回垂直井段，在此过程中与地层交换能量，引起水合物分解。产出混合液在环空上返。水平井段采用防砂装置，而把产砂滞留在储层。采出水经处理后重新注入地下，循环使用，与海水封闭，避免污染环境。

1、  一种开采海底天然气水合物的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)由单井油管和环空形成一个循环，由水作为循环介质，平台热水从油管注入，在环空返出；
(2)在水合物层顶部打一水平井段，增加水合物层的裸露面积；
(3)水平井段采用防砂装置，而把产砂滞留在储层；
(4)水平井段末端连接割缝衬管，增加注入热水的过流面积以及与水合物层的接触面积；
(5)为提高井筒附近水合物层的渗透率，注采前采气井应放喷采气，加快水合物分解，增加井筒附近砂体的连通性；
(6)水合物分解后的混合液在环空中上返至井口；
(7)采出水经处理后重新注入地下，循环使用，与海水封闭，避免污染环境。

2、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：平台将循环介质加热后，热量将通过循环介质传递到水合物层。

3、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：热水从油管注入，经过水合物层后与产出混合液一起在环空上返。

4、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：在水合物层顶部，需要打一水平井段，以增加水合物层的裸露面积。

5、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：在水平井段末端，连接割缝衬管，增加循环介质的过流面积。

6、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：热水从水平井段衬管和油管与地层之间的环空中返回垂直井段，在此过程中与地层交换能量，引起水合物分解。

7、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：水合物层钻的水平井用防砂装置完井，以有效地把产砂挡在储层。

8、  如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于：采出水经处理后重新注入地下，循环使用，与海水封闭，避免污染环境。

单井注热循环开采海底水合物的方法
技术领域
本发明涉及一种天然气水合物开采方法。
背景技术
随着油气资源的巨大消耗，人类在21世纪后期将面临油气资源的巨大危机。特别是中国作为能源消耗大国，年原油进口已经超过一亿吨。国内陆上油气田的产量勉强保持稳定，专家估计短期内很难再有重大突破。而天然气水合物作为一种替代能源，正在被世界各国的科学家所青睐。
天然气水合物是由天然气和水分子组成的类冰状的固态结晶体，天然气主要由甲烷组成，故也称为甲烷水合物。因含大量的甲烷气体而具有极强的燃烧力，可以直接燃烧，所以又俗称为“可燃冰”。天然气水合物的能量密度很高，据理论计算1m³的饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164m³的甲烷气体，是其它非常规气源岩(诸如煤层气、黑色页岩)能量密度的10倍，为常规天然气能量密度的2～5倍，相当于0.164吨石油的能量。另外，天然气水合物燃烧只产生二氧化碳和水，不会污染环境，是一种难得的绿色洁净能源。
最重要的是，天然气水合物的储量非常丰富。根据天然气水合物存在的稳定条件分析，陆地上20.7％和大洋底90％的地区具有形成天然气水合物的有利条件，据此估计全球天然气水合物中的甲烷碳含量达10¹⁶kg或含有20×10¹⁵m³的甲烷气，相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等常规化石燃料总碳储量的两倍。
综合各国科学家提出的天然气水合物开采的方法，主要包括：(1)加热法，是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体泵入天然气水合物储层，通过热量传递、温度升高促使水合物分解；(2)降压法，是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使天然气水合物分解的目的；(3)化学剂法，将盐水、甲醇、乙醇等化学剂从井孔泵入地层后，可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，引起天然气水合物的分解。以上各种开采技术都有其本身的局限性，如加热法热损失大、效率低，降压法开采速度慢，化学剂法费用昂贵等。从以上各方法的使用来看，单单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达到对天然气水合物的经济有效的开采。
目前，各国关于天然气水合物的研究只是处于试验阶段，还没有达到商业开采的阶段。到目前为止，还没有一种可以用来开采天然气水合物的具体而有效的方法。实际投入生产尚有争议的只有俄罗斯西伯利亚的麦索雅哈气田，利用降压和注入抑制剂的方法已经生产了20年。
鉴于以上原因，本发明在充分考虑各种天然气水合物开采方法的优点和不足的基础上，提出了一种经济、环保、高效地大规模开采海底天然气水合物的工艺方法，为水合物的开采开辟了一条新的途径。
发明内容
本发明的目的是要提供一种经济、环保、高效地可用于大规模开采海底天然气水合物的工艺方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本方法为单井作业。在水合物层顶部打一水平井段，扩大水合物层的裸露面积。在水平井段末端，连接割缝衬管，增加循环介质的过流面积。油管和环空形成一个循环，由水作为循环介质。
平台热水从油管注入，热水从水平井段衬管和油管与地层之间的环空中返回垂直井段，在此过程中与地层交换能量，引起水合物分解。产出混合液在环空上返。水平井段采用防砂装置，而把产砂滞留在储层。采出水经处理后重新注入地下，循环使用，与海水封闭，避免污染环境。
本发明的要点是水合物分解所需要的能量由海洋平台通过循环介质传递，使水合物分解为水和天然气。
本发明考虑到海洋作业成本的问题，采用了由注水井和采气井合二为一的单井注采生产模式。在水合物层顶部打一水平井段，扩大水合物层的裸露面积，由油管和环空形成一个循环，单井即可作业。
本发明采用了防砂措施。由于水合物层砂体浅，砂体本身胶结差，水合物分解后胶结更差，所以在水合物层采气必须采用防砂措施，如采用砾石充填、防砂筛管工艺技术。水合物层水平井段采用裸眼完井方式。
本发明注入水和采出水循环利用，避免了向海洋中排污。
本发明的方法采用加热及降压相结合的方法与技术，较好地克服了现有开采海底水合物各种方法的弊端，设备简单、操作方便、科学环保，可以应用于大规模地开采海底水合物。
附图说明
图1是本发明实施例的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明所采用的装置包括以下部分：
1、封隔器  2、油管  3、套管  4、抽吸泵  5、气液分离器
6、天然气输出管道  7、污水处理及加热装置  8、注水加压泵
9、充填砾石  10、水平井段油管  11、割缝衬管
如附图1所示，首先利用深水钻井技术把注水井钻过水合物层后，在水合物层顶部打一水平井段，采用砾石充填、防砂筛管工艺措施进行防砂。
下套管3固井，水平井段裸眼完井，并进行砾石充填。在平台对循环介质进行加热后，由高压泵8泵入油管2进入地层。在割缝衬管11处热水进入水合物层，并在压力作用下沿割缝衬管和油管10与地层之间的环空(充填有砾石)返回。在此过程中，热水与地层以及水合物进行能量交换。水合物分解为天然气和水，并在压力作用下进入垂直井筒。由于密度差异，天然气在垂直井筒环空中上升，在井口收集处理。抽吸泵4将气水混合液抽到气水分离器5中进行气水分离。泵抽气水混合液时将导致水平井段的压力降低，进而有利于天然气水合物的快速分解。分离出的气进入天然气输出管道6，分离出的水则经处理加热装置7并通过回注泵8加压后再携带热量回注到水合物层，给水合物层加热来有效开采海底天然气水合物。