深部地热水循环开采海底水合物的方法

摘要

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：由至少两口井组成一个注采井组，在水合物层用水平井段或定向井段连接注水井和采气井；深部热地层水上行，把自身携带的热量传递给水合物，引起水合物的分解；分解出的天然气流过水平井或定向井中的防砂装置采出；在采气井中用泵将产出的天然气混相流体抽到平台气水分离器中进行气水分离，并降低了水平井段或定向井段的压力；分离出的水经泵加压后通过采气井再回注到深部地热水层。本发明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。

说明书

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：

本开采方法由两口井或多口井组成一个注水及采气井组，中间用水平井段或定向井段进行连接注水井和采气回注井；注水井钻过水合物层后，继续延伸到水温在40℃以上的深部地热水层，以便提供有适当温度的注入水；采气回注井钻过水合物层后，应延伸到与注水井的地热水同层的深部地层，以实现污水回注；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；用井下抽水泵把深部地热水上抽，到达水合物层后用配水器向水合物层注水；地热水把自身携带的热量传递给水合物，引起水合物的分解，分解出的天然气流过防砂装置采出，而把产砂滞留在储层；用泵将天然气混相流体抽到海平面平台上气水分离器中进行气水分离；分离出的水经泵加压后再回注到采气回注井的深部水层，避免环境污染。

本发明的要点是利用地层深部的地热能量来开采海床附近的天然气水合物。由于天然气水合物藏的开采需要大量的能量来使水合物分解，我们设想利用水为介质把地层深部的能量传递到水合物层，使水合物分解为水和天然气。

本发明考虑到一个海上平台往往打几口乃至十几口井的实际做法，采用了由注水井和采气回注井组成注采井网的生产模式。由于初始条件下水合物层的渗透率比较低，因此需要用水平井段或定向井段来连接注水井与采气回注井。

本发明利用了减压法来加快水合物层水合物的分解。在抽注热水前，先降压排水采气，使井筒附近的水合物分解；在抽注热水过程中，用抽吸泵上抽天然气混相流体，导致水合物层水平井段或定向井段压力的降低。

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。水合物层水平井段或定向井段可不下套管，直接采用防砂筛管完井。

本发明充分利用地热能量。地热水把能量传递给水合物层，分离后的水再回注到地热水层，温度回升后再被上抽，形成了地热水的循环利用，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、井下抽水泵  2、封隔器  3、下封隔器  4、注水配水器  5、上封隔器

6、套管  7、注水管  8、充填砾石  9、防砂筛管  10、采气管

11、抽吸泵  12、气水分离器  13、天然气输出管道

14、污水回注加压泵  15、污水回注管  16、上封隔器  17、下封隔器

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，继续延伸到水温在40℃以上的深部地热水层；采气回注井钻过水合物层后，延伸到与注水井的地热水相同的储层，以实现污水回注，并在水合物层中部通过采气回注井的上部井段打一口水平井，用来连接注水井和采气回注井。采气井在水合物层段采用砾石充填、防砂筛管工艺措施进行防砂。

注水井下套管6固井后射开地热水层，安装井下抽水泵1通过注水管7把深部地层的热水上抽，到达水合物层后再用配水器4向水合物层注水。地热水层及水合物层用封隔器2和3分隔。由于高饱和水合物层初始渗透率低，为了降低注水压力，在抽注热水前，先降压排水采气，使井筒附近的水合物分解，来提高注水能力和效果。

热地层水进入水合物层以后，把自身携带的热量传递给水合物，引起水合物分解。分解产生的天然气流过充填砾石8和防砂筛管9采出，而把产砂滞留在储层。注水井的上封隔器5和下封隔器3与采气回注井的上封隔器16和下封隔器17形成了一个密闭的空间，进一步限制了产砂的运移。用抽吸泵11将天然气混相流体通过采气管10抽到气水分离器12中进行气水分离。泵抽天然气混相流体时将导致采气井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13，分离出的水则经污水回注泵14加压后再回注到深部地热水层，以避免地层污水往海洋中的排放。回注到地层的水在地热层渗流过程中温度不断升高，可再次被抽出；通过地热水不断循环携带热量给水合物层加热来有效开采海底天然气水合物。