深水天然气水合物注采系统和深水天然气水合物注采方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910281208.8 (22)申请日 2019.04.09 (71)申请人 中国石油大学 （北京） 地址 102249 北京市昌平区府学路18号 (72)发明人 陈绪跃杨进高德利洪煜群 邹蚁麒孟令雨 (74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 代理人 刘虎李健 (51)Int.Cl. E21B 43/01(2006.01) (54)发明名称 深水天然气水合物注采系统和深水天然气 水合物注采方法 (57)摘要 本发明公开了一种深水天然气水合物注采 系统。

2、和深水天然气水合物注采方法。 所述深水天 然气水合物注采系统包括： 钻采平台； 第一大位 移井， 第一大位移井的第二端部能够伸入到深水 天然气水合物储层内， 第一大位移井用于向深水 天然气水合物储层内注入化学试剂、 二氧化碳和 用于加热的流体中的至少一者； 和第二大位移 井， 第二大位移井的第二端部伸入到深水天然气 水合物储层内以便开采深水天然气水合物储层 中的天然气水合物。 根据本发明实施例的深水天 然气水合物注采系统具有产量高、 建设成本低、 风险小、 能够连续运行、 开采量高、 便于生产操作 和维护等优点， 可望实现深水天然气水合物资源 的大规模商业开采。 权利要求书2页 说明书5页 附。

3、图1页 CN 109915083 A 2019.06.21 CN 109915083 A 1.一种深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 包括： 能够设在浅水的钻采平台(10)； 第一大位移井(30)， 所述第一大位移井(30)的第一端部设在所述钻采平台(10)上， 所 述第一大位移井(30)的第二端部(310)能够伸入到深水天然气水合物储层(2)内， 其中所述 第一大位移井(30)用于向所述深水天然气水合物储层(2)内注入化学试剂、 二氧化碳和用 于加热的流体中的至少一者； 和 第二大位移井(20)， 所述第二大位移井(20)的第一端部设在所述钻采平台(10)上， 所 述第二大位移井。

4、(20)的第二端部(210)能够伸入到所述深水天然气水合物储层(2)内以便 开采所述深水天然气水合物储层(2)中的天然气水合物。 2.根据权利要求1所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 所述第一大位 移井(30)和所述第二大位移井(20)中的每一者包括： 竖直段(220)， 所述竖直段(220)的上端部设在所述钻采平台(10)上； 和 开采段(230)， 所述开采段(230)的第一端部与所述竖直段(220)的下端部相连， 所述开 采段(230)的第二端部(231)能够伸入到所述深水天然气水合物储层(2)内。 3.根据权利要求2所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于，。

5、 所述第一大位 移井(30)和所述第二大位移井(20)中的每一者进一步包括过渡段(240)， 所述过渡段(240) 的第一端部与所述竖直段(220)的下端部相连， 所述过渡段(240)的第二端部与所述开采段 (230)的第一端部相连。 4.根据权利要求2所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 所述第二大位 移井(20)的所述开采段(230)的至少一部分位于所述深水天然气水合物储层(2)内。 5.根据权利要求2所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 所述第二大位 移井(20)的所述开采段(230)包括能够伸入到自由天然气储层(3)内的第一开采部(232)以 及能够伸入。

6、到所述深水天然气水合物储层(2)内的第二开采部(233)。 6.根据权利要求1所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 所述第一大位 移井(30)为多个， 每个所述第一大位移井(30)用于向所述深水天然气水合物储层(2)内注 入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者。 7.根据权利要求1-6中任一项所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 每 个所述第一大位移井(30)的第一部分位于所述深水天然气水合物储层(2)内， 每个所述第 二大位移井(20)的第二部分位于所述深水天然气水合物储层(2)内， 其中多个所述第一部 分和多个所述第二部分彼此平行， 优选地， 多。

7、个所述第一部分与多个所述第二部分在上下 方向上一一相对。 8.根据权利要求1所述的深水天然气水合物注采系统(1)， 其特征在于， 所述第一大位 移井(30)为多个， 所述第二大位移井(20)为多个， 其中每个所述第一大位移井(30)的第一 端部设在所述钻采平台(10)上， 多个所述第一大位移井(30)的第二端部(310)能够一一对 应地伸入到多个深水天然气水合物储层(2)内， 每个所述第二大位移井(20)的第一端部设 在所述钻采平台(10)上， 多个所述第二大位移井(20)的第二端部(210)能够一一对应地伸 入到多个深水天然气水合物储层(2)内。 9.一种深水天然气水合物注采方法， 其特征在。

8、于， 包括以下步骤： 在浅水设置钻采平台(10)； 和 权利要求书 1/2 页 2 CN 109915083 A 2 基于所述钻采平台(10)向深水天然气水合物储层(2)钻井以便形成第一大位移井(30) 和第二大位移井(20)， 其中利用所述第一大位移井(30)向所述深水天然气水合物储层(2) 内注入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者， 利用所述第二大位移井(20) 开采所述深水天然气水合物储层(2)中的天然气水合物。 10.根据权利要求9所述的深水天然气水合物注采方法， 其特征在于， 基于同一个所述 钻采平台(10)向多个深水天然气水合物储层(2)钻井以便形成多个所述第一大位移。

9、井(30) 和多个所述第二大位移井(20)， 通过多个所述第一大位移井(30)和多个所述第二大位移井 (20)开采多个所述深水天然气水合物储层(2)中的天然气水合物。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109915083 A 3 深水天然气水合物注采系统和深水天然气水合物注采方法 技术领域 0001 本发明涉及能源领域， 具体地， 涉及深水天然气水合物注采系统， 还涉及深水天然 气水合物注采方法。 背景技术 0002 天然气水合物是甲烷等烃类气体与水在高压低温条件下形成的笼形化合物， 俗称 可燃冰。 天然气水合物主要分布在冻土带和海洋大陆坡500米-3000米水深的深水区， 其中 约95储存在。

10、海洋深水区域。 目前， 天然气水合物的开采方法主要有注热开采法、 降压开采 法、 注化学试剂开采法和二氧化碳置换法等。 发明内容 0003 本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题， 提供深水天然气水合物注采系统 和深水天然气水合物注采方法。 0004 为了实现上述目的， 本发明第一方面提供一种深水天然气水合物注采系统， 所述 深水天然气水合物注采系统包括： 能够设在浅水的钻采平台； 第一大位移井， 所述第一大位 移井的第一端部设在所述钻采平台上， 所述第一大位移井的第二端部能够伸入到深水天然 气水合物储层内， 其中所述第一大位移井用于向所述深水天然气水合物储层内注入化学试 剂、 二氧化碳和用。

11、于加热的流体中的至少一者； 和第二大位移井， 所述第二大位移井的第一 端部设在所述钻采平台上， 所述第二大位移井的第二端部能够伸入到所述深水天然气水合 物储层内以便开采所述深水天然气水合物储层中的天然气水合物。 0005 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统具有产量高、 建设成本低、 风险 小、 能够连续运行的优点。 0006 优选地， 所述第一大位移井和所述第二大位移井中的每一者包括： 竖直段， 所述竖 直段的上端部设在所述钻采平台上； 和开采段， 所述开采段的第一端部与所述竖直段的下 端部相连， 所述开采段的第二端部能够伸入到所述深水天然气水合物储层内。 0007 优选地， 所述第一。

12、大位移井和所述第二大位移井中的每一者进一步包括过渡段， 所述过渡段的第一端部与所述竖直段的下端部相连， 所述过渡段的第二端部与所述开采段 的第一端部相连。 0008 优选地， 所述第二大位移井的所述开采段的至少一部分位于所述深水天然气水合 物储层内。 0009 优选地， 所述第二大位移井的所述开采段包括能够伸入到自由天然气储层内的第 一开采部以及能够伸入到所述深水天然气水合物储层内的第二开采部。 0010 优选地， 所述第一大位移井为多个， 每个所述第一大位移井用于向所述深水天然 气水合物储层内注入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者。 0011 优选地， 每个所述第一大位移井的第。

13、一部分位于所述深水天然气水合物储层内， 每个所述第二大位移井的第二部分位于所述深水天然气水合物储层内， 其中多个所述第一 说明书 1/5 页 4 CN 109915083 A 4 部分和多个所述第二部分彼此平行， 优选地， 多个所述第一部分与多个所述第二部分在上 下方向上一一相对。 0012 优选地， 所述第一大位移井为多个， 所述第二大位移井为多个， 其中每个所述第一 大位移井的第一端部设在所述钻采平台上， 多个所述第一大位移井的第二端部能够一一对 应地伸入到多个深水天然气水合物储层内， 每个所述第二大位移井的第一端部设在所述钻 采平台上， 多个所述第二大位移井的第二端部能够一一对应地伸入到。

14、多个深水天然气水合 物储层内。 0013 本发明第二方面提供深水天然气水合物注采方法， 所述深水天然气水合物注采方 法包括以下步骤： 在浅水设置钻采平台； 和基于所述钻采平台向深水天然气水合物储层钻 井以便形成第一大位移井和第二大位移井， 其中利用所述第一大位移井向所述深水天然气 水合物储层内注入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者， 利用所述第二大 位移井开采所述深水天然气水合物储层中的天然气水合物。 0014 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采方法具有产量高、 建设成本低、 风险 小、 能够连续运行的优点。 0015 优选地， 基于同一个所述钻采平台向多个深水天然气水合物储。

15、层钻井以便形成多 个所述第一大位移井和多个所述第二大位移井， 通过多个所述第一大位移井和多个所述第 二大位移井开采多个所述深水天然气水合物储层中的天然气水合物。 附图说明 0016 图1是根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统的结构示意图。 具体实施方式 0017 下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出。 下面通过参考 附图描述的实施例是示例性的， 旨在用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。 0018 下面参考附图描述根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统1。 如图1所 示， 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统1包括第一大位移井30、 第二大位移井 。

16、20和能够设在浅水的钻采平台10。 0019 第一大位移井30的第一端部设在钻采平台10上， 第一大位移井30的第二端部310 能够伸入到深水天然气水合物储层2内。 其中， 第一大位移井30用于向深水天然气水合物储 层2内注入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者。 第二大位移井20的第一端 部设在钻采平台10上， 第二大位移井20的第二端部210能够伸入到深水天然气水合物储层2 内， 以便开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。 其中， 浅水是指深度小于500米的 区域。 0020 由于第二大位移井20具有非常大的水平位移， 因此第二大位移井20具有非常大的 采气面积， 从而可。

17、以显著地提高天然气的单井产量。 0021 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统1通过设置第二大位移井20， 从 而可以将钻采平台10建造在海洋的浅水区。 由此不仅无需使用昂贵的浮式作业平台， 而且 可以将深水水下井口移至位于浅水区的钻采平台10上， 无须建立水下井口和相应的浮式钻 采系统， 从而不仅可以大幅度降低建井工程成本， 而且能够避免很多工程、 地质和井控风 说明书 2/5 页 5 CN 109915083 A 5 险， 特别有利于安全环保以及后续生产操作和维护。 0022 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统1通过设置第一大位移井30和第 二大位移井20， 从而可以各自独立。

18、地、 互不干扰地采气和使天然气水合物释放出天然气(通 过注入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者)。 换言之， 可以在使天然气水 合物释放出天然气的同时， 将释放出的天然气采出。 其中， 可以利用降压开采法、 通过第二 大位移井20开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。 0023 由此可以连续地使天然气水合物释放出天然气以及连续地从深水天然气水合物 储层2采出天然气， 从而可以使深水天然气水合物注采系统1连续地运行， 以便提高深水天 然气水合物注采系统1的开采量。 0024 而且， 由于钻采平台10位于浅水区， 因此第一大位移井30的一部分和第二大位移 井20的一部分位于浅水。

19、区的地层内。 由于同一垂直深度下或相近垂直深度下浅水区地层的 地温比深水区地层的地温高出很多， 因此当通过第一大位移井30向深水天然气水合物储层 2内注入用于加热的流体时， 可以利用浅水区的地层加热该流体。 由此无需向该流体提供额 外的热量， 就可以实现对深水天然气水合物储层2的注热开采， 从而可以降低深水天然气水 合物注采系统1的能耗和运行成本。 0025 此外， 浅水区的地层的热量可以通过第二大位移井20传递到深水天然气水合物储 层2。 因此， 深水天然气水合物注采系统1在利用降压开采法开采深水天然气水合物储层2中 的天然气水合物时， 通过第二大位移井20传递到深水天然气水合物储层2的热量。

20、可以延长 开采时间， 进而可以提高开采效率。 0026 因此， 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采系统1具有产量高、 建设成本 低、 风险小、 能够连续运行、 开采量高、 便于生产操作和维护等优点， 可望实现深水天然气水 合物资源的大规模商业开采。 0027 钻采平台10可以通过已知的方式建造在海洋的浅水区， 这与本申请的发明点无 关， 因此不再详细地描述。 优选地， 钻采平台10可以是固定式钻采平台。 0028 如图1所示， 在本发明的一些实施例中， 第一大位移井30和第二大位移井20都可以 包括竖直段220和开采段230， 竖直段220的上端部设在钻采平台10上。 开采段230的第一端。

21、 部与竖直段220的下端部相连， 开采段230的第二端部231能够伸入到深水天然气水合物储 层2内。 0029 如图1所示， 第一大位移井30和第二大位移井20可以进一步包括过渡段240， 过渡 段240的第一端部与竖直段220的下端部相连， 过渡段240的第二端部与开采段230的第一端 部相连。 由此可以使第一大位移井30和第二大位移井20的结构更加合理。 0030 优选地， 第二大位移井20的开采段230的至少一部分位于深水天然气水合物储层2 内。 由此可以进一步增加第二大位移井20的采气面积， 从而可以进一步提高天然气的单井 产量。 优选地， 第一大位移井30的水平位移与垂深之比大于等于。

22、2， 第二大位移井20的水平 位移与垂深之比大于等于2。 由此可以进一步增加第二大位移井20的采气面积， 从而可以进 一步提高天然气的单井产量。 0031 如图1所示， 在本发明的一些示例中， 第二大位移井20的开采段230包括能够伸入 到自由天然气储层3内的第一开采部232以及能够伸入到深水天然气水合物储层2内的第二 开采部233。 换言之， 第二大位移井20能够穿过自由天然气储层3， 大位移井20能够伸入到深 说明书 3/5 页 6 CN 109915083 A 6 水天然气水合物储层2内。 由此可以实现同时开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合 物和自由天然气储层3中的天然气。 003。

23、2 由于第二大位移井20的第一开采部232位于自由天然气储层3内， 因此第二大位移 井20可以开采自由天然气储层3中的天然气。 随着自由天然气储层3中的天然气通过第二大 位移井20被排出， 从而可以降低深水天然气水合物储层2的压力， 由此可以在不设置降压 (减压)装置的情况下， 实现对深水天然气水合物储层2的降压开采， 即在开采自由天然气的 同时实现对深水天然气水合物的降压开采。 0033 在本发明的一个示例中， 第一大位移井30为多个， 每个第一大位移井30用于向深 水天然气水合物储层2内注入化学试剂、 二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者。 例如， 第一大位移井30可以是三个， 第一个第一。

24、大位移井30可以用于向深水天然气水合物储层2 内注入化学试剂， 第二个第一大位移井30可以用于向深水天然气水合物储层2内注入二氧 化碳， 第三个第一大位移井30可以用于向深水天然气水合物储层2内注入用于加热的流体。 由此可以实现多种开采方法的联合开采， 从而可以进一步提高深水天然气水合物注采系统 1的产量。 0034 优选地， 每个第一大位移井30的第一部分位于深水天然气水合物储层2内， 每个第 二大位移井20的第二部分位于深水天然气水合物储层2内。 其中， 多个该第一部分和多个该 第二部分彼此平行。 也就是说， 每个该第一部分与每个该第二部分彼此平行， 多个该第一部 分彼此平行， 多个该第二。

25、部分彼此平行。 由此可以使深水天然气水合物注采系统1的结构更 加合理。 0035 更加优选地， 多个该第一部分与多个该第二部分在上下方向上一一相对。 换言之， 该第一部分的数量可以等于该第二部分的数量， 每个该第一部分在上下方向上与一个该第 二部分相对， 每个该第二部分在上下方向上与一个该第一部分相对。 由此可以使深水天然 气水合物注采系统1的结构更加合理。 0036 在本发明的一个具体示例中， 第一大位移井30为多个， 第二大位移井20为多个。 其 中， 每个第一大位移井30的第一端部设在钻采平台10上， 多个第一大位移井30的第二端部 310能够一一对应地伸入到多个深水天然气水合物储层2内。

26、， 每个第二大位移井20的第一端 部设在钻采平台10上， 多个第二大位移井20的第二端部210能够一一对应地伸入到多个深 水天然气水合物储层2内。 0037 由此只需要设置一个钻采平台10， 就可以开采多个深水天然气水合物储层2中的 天然气水合物， 从而大大增加了单个钻采平台10的控制面积， 减少了钻采平台10的数量， 不 仅能节省巨额建造成本， 而且能极大地降低环境影响。 0038 本发明还提供了深水天然气水合物注采方法。 根据本发明实施例的深水天然气水 合物注采方法包括以下步骤： 0039 在浅水设置钻采平台10； 和 0040 基于钻采平台10向深水天然气水合物储层2钻井以便形成第一大位。

27、移井30和第二 大位移井20， 其中利用第一大位移井30向深水天然气水合物储层2内注入化学试剂、 二氧化 碳和用于加热的流体中的至少一者， 利用第二大位移井20开采深水天然气水合物储层2中 的天然气水合物。 0041 因此， 根据本发明实施例的深水天然气水合物注采方法具有产量高、 建设成本低、 说明书 4/5 页 7 CN 109915083 A 7 风险小、 能够连续运行、 开采量高、 便于生产操作和维护等优点， 可望实现深水天然气水合 物资源的大规模商业开采。 0042 在本发明的一个示例中， 可以基于同一个钻采平台10向多个深水天然气水合物储 层2钻井以便形成多个第一大位移井30和多个第。

28、二大位移井20， 通过多个第一大位移井30 和多个第二大位移井20开采多个深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。 由此可以大 大增加单个钻采平台10的控制面积， 减少钻采平台10的数量， 从而不仅能节省巨额建造成 本， 而且能极大地降低环境影响。 0043 在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语 “中心” 、“纵向” 、“横向” 、“长度” 、“宽度” 、 “厚度” 、“上” 、“下” 、“前” 、“后” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底”“内” 、“外” 、“顺时 针” 、“逆时针” 、“轴向” 、“径向” 、“周向” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方。

29、位或 位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 0044 此外， 术语 “第一” 、“第二” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。 由此， 限定有 “第一” 、“第二” 的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。 在本发明的描述中，“多个” 的含义是至少两个， 例如两个， 三 个等， 除非另有明确具体的限定。 0045 在本发明中， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相连” 、“连接” 、“固定” 等 术语。

30、应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或成一体； 可以是机械连 接， 也可以是电连接或彼此可通讯； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以 是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系， 除非另有明确的限定。 对于本领域的 普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 0046 在本发明中， 除非另有明确的规定和限定， 第一特征在第二特征 “上” 或 “下” 可以 是第一和第二特征直接接触， 或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。 而且， 第一特征在 第二特征 “之上” 、“上方” 和 “上面” 可是第一特征在第二特征正上方或斜。

31、上方， 或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。 第一特征在第二特征 “之下” 、“下方” 和 “下面” 可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方， 或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 0047 在本说明书的描述中， 参考术语 “一个实施例” 、“一些实施例” 、“示例” 、“具体示 例” 、 或 “一些示例” 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、 材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。 在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不 必须针对的是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 此外， 在不相互矛盾的情况下， 本领域的技 术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。 0048 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例， 可以理解的是， 上述实施例是示例 性的， 不能理解为对本发明的限制， 本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述 实施例进行变化、 修改、 替换和变型。 说明书 5/5 页 8 CN 109915083 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 109915083 A 9 。