一种安全高效的海洋天然气水合物降压分解开采装置和方法

摘要

一种安全高效的海洋天然气水合物降压分解开采装置和方法，该装置包括防止出砂装置、气水分离装置和安全防护装置，还可以设置防止水合物二次生成装置。采用该装置进行海洋天然气水合物降压分解开采的方法，包括以下步骤：分解气水砂向井筒流动，沉积层泥砂被阻隔，气水进入井筒；在水泵的抽提作用下气水沿井筒向上流动，经过分离进入各自的管道，最后被提升到开采平台或船舶上；实时检测井压，一旦发生异常自隔离水合物层，断开气、水管路，暂停产气。本发明的能够很好的防止水合物分解形成的流砂进入井筒，并且在井筒内实现气水分离、防止水合物在井筒内的二次生成等，实现海洋天然气水合物的安全、高效开采。

说明书

技术领域

本发明属于海洋油气藏开采技术领域，涉及一种安全高效的海洋天然气水 合物降压分解开采装置和方法。

背景技术

天然气水合物广泛分布于海底沉积层和陆地永久冻土层中，是一种储量巨 大的清洁能源，并且有望成为替代石油、煤炭的主要能源。天然气水合物的开 采方法大体分为降压法、注热法和注化学抑制剂法，这三类开采方法的主要目 的都是改变天然气水合物稳定存在的环境，使其分解产生流动的气体和水后加 以开采。注热法需要提供大量的热量来源，经济性较差；注化学抑制剂法有可 能对海洋地层和水环境造成污染。所以，目前降压法是具有较高经济性、环境 友好的天然气水合物开采方法。

降压法是目前最经济的天然气水合物开采方法，但在实施中存在很多问题， 如：仅仅依靠天然气水合物层本身的能量，没有外来能量供给进行开采，虽然 在开采初期能够有较高的产气速度，但是随着天然气水合物分解吸热造成地层 能量逐渐降低，使得水合物分解速度减慢，甚至会造成地层水结冰、天然气水 合物二次生成而使产气完全停止；同时，水合物分解后沉积层颗粒失去支撑在 地层压力作用下产生压密效应、流动效应，使得地层的渗透率大大降低，严重 情况下甚至会阻塞管道使生产中断。因此，针对天然气水合物降压开采过程中 的水合物二次生成、沉积层颗粒阻塞管道等问题，亟需一种安全、经济、高效 的天然气水合物降压开采技术，特别是生产井的设计方案和开采方法。

发明内容

针对海洋天然气水合物降压开采过程中可能出现的上述问题，本发明提供 一种安全高效的海洋天然气水合物降压分解开采装置和方法，能够较好的防止 水合物分解形成的流砂进入井筒，并且在井筒内实现气水分离、防止水合物在 井筒内的二次生成等，实现海洋天然气水合物的安全、高效开采。

为了实现上述功能，本发明采取以下技术方案：

一种安全高效的海洋天然气水合物降压分解开采装置，包括防止出砂装置、 气水分离装置和安全防护装置。

所述的防止出砂装置位于水合物层，包括砾石填充组和滤砂套管，砾石填 充组在外层，滤砂套管在内层；砾石填充组用于阻挡大颗粒的沉积物进入井筒， 滤砂套管用于阻挡小颗粒的沉积物进入井筒。

所述的气水分离装置位于盖层，包括电动潜水泵和气水封隔器，电动潜水 泵用于将分解水提升至钻井平台或者钻井船上，气水封隔器用于将分解的天然 气和水分离开，分别进入各自的管道。

所述的安全防护装置包括防井喷监测器、主动封井器和管路切断器，防井 喷监测器设置在井口用于监测井压，在紧急情况下，主动封井器用于隔离水合 物层和盖层，将水合物分解的气水封在水合物层内，管路切断器用于切断产气、 产水管路使开采平台或船舶与井分离。

上述的海洋天然气水合物降压分解开采装置，还可以设置防止水合物二次 生成装置。该防止水合物二次生成装置位于盖层，包括一个电加热器，通过加 热方式防止水合物在井筒内二次生成、阻塞井筒。

采用所述装置进行海洋天然气水合物降压分解开采的方法，包括以下步骤：

1.海洋天然气水合物分解产生的气、水、砂向井筒流动，经防止出砂装置 过滤后，沉积层的泥、砂被阻隔，气、水进入井筒；

2.在电动潜水泵的抽提作用下气、水沿井筒向上流动，经过气水封隔器的 分离进入各自的管道，最后被提升到开采平台或船舶上；

3.装置运行过程中，安全防护装置实时检测井压，防井喷监测器一旦发生 异常，主动封井器隔离水合物层和盖层，将水合物分解的气水封在水合物层内， 管路切断器用于切断产气、产水管路使开采平台或船舶与井分离，暂停产气；

4.开采结束后，切断管路、提升井内设备装备，并向井筒内注入封井材料完 成封井。

如果设置了防止水合物二次生成装置，则使电加热器始终处于工作状态， 通过加热方式，有效防止水合物二次生成和结冰阻塞井筒。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用砾石填充组和滤砂套管双重防砂，可以有效防止水合物分解产 生的流砂进入井筒；

2.本发明设置电加热装置，有效防止水合物二次生成和结冰；

3.本发明设置管路切断器，可以迅速使钻井平台或船舶与开采井分离；

4.本发明设置主动封井器，在紧急情况下能够迅速隔离水合物层；通过综合 上述开采方案，可以实现海底天然气水合物安全高效开采。

附图说明

附图是本发明装置的结构示意图。

图中：1砾石填充组；2滤砂套管；3主动封井器；4电加热器；5电动潜水泵； 6气水封隔器；7管路切断器；8防井喷监测器；9输水管；10输气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

1）分解气、水向井筒流动：钻井完成后，随着地层压力降低井筒周围水合 物层自然分解为气和水，并向井筒移动，分解后沉积层结构被破坏，伴随沉积 层颗粒流向井筒，砾石填充组1阻挡下较大颗粒，滤砂套管2阻挡下较小颗粒， 仅仅使分解气、水流入井筒；

2）气、水分离：分解后的气、水在电动潜水泵5的抽提作用下，沿井筒向 上流动，电加热器4防止水合物二次生成阻塞电动潜水泵，通过气水封隔器6 分解气、水分别进入输水管9和输气管10，最后被提升到开采平台或船舶上， 分解水可以重新注回水合物层；

3）安全防护：防井喷监测器8实时检测井压，一旦发生异常自动操作主动 封井器3动作，隔离水合物层和盖层，同时操作管路切断器7，暂停产气；

4）开采结束封井：开采结束后，切断管路、提升防井喷监测器与井口分离， 提升电动潜水泵、电加热器，回收主动封井器、滤砂套管、砾石填充组等装备， 并向井筒内注入封井材料完成封井。