[发明专利]一种开采海洋天然气水合物的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋天然气水合物开采方法与装置，属于海洋油气藏开发领域。

背景技术

天然气水合物是低温高压条件下由水和气体分子构成的冰状固体物质，随储层和气源性质不同，其性状也不尽相同。海底天然气水合物的开采方式与现有气藏开采方式有重大差别，文献中常见的开采方法是注热分解法、降压分解法、注入抑制剂分解法和置换分解法等。降压分解法是通过减小气水合物表面压力，使其处于相平衡区域之外从而发生分解。该法面临的最大问题是分解速度过慢，气体产出量有限。注热分解法通过向水合物中注入热量促其升温从而造成水合物分解。注热可由多种手段实现，比如向气水合物中注入热水，蒸汽或特殊介质(比如特殊的酸或碱)，甚至火烧气水合物，也可使用微波加热。前两种方法尚可考虑采用地热来实现，而微波加热必须要考虑巨大的能量来源，以及合理的控制热量波及范围；注入介质的方法需要经过进一步的实验室研究和现场试验，因为大部分沉积层的渗透率并不高，难以保证注入介质的作用范围和最终效果；火烧气水合物则需要考虑更多的技术问题，比如如何注入氧气以及在气水合物中打通燃烧的通道等。还需注意，常规油气藏开发过程中，生产压力通常由地层流体提供，通过注入流体即可基本维持初始生产压差。而对于气水合物，开采时如果注入足够热量，那么其分解时产生的天然气完全有能力造成地层压力的急剧升高，甚至大大高于初始地层压力。注入抑制剂法原理是通过向气水合物层注入化学试剂改变其相平衡从而引起分解。该法可能引起环境污染，不适宜大规模开发应用。置换分解法是一种新颖的开采方法，一旦实现，既能够采出宝贵的资源，又能将温室效应显著的二氧化碳封存在海底。但是相关试验表明，这种方法反应速度过慢，而且二氧化碳在矿藏中的运移将受到地层和气水合物的阻隔，替换效率很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种开采海洋天然气水合物的方法与装置。本方法是向海洋天然气水合物中注入溶解剂，使固态气水合物转化为液态后进行收集，之后对该溶液进行分离获得天然气。既能合理有效地开发气水合物，又能保证环境和设备的安全。

本发明所述的开采海洋天然气水合物的方法由如下步骤实现：

1.构建安全井组

安全井组由观察井和加固井组成，其目的是保障海底的稳定性，削弱天然气水合物被采出所带来的影响，安全井组的建设过程遵循如下步骤：

(1)钻观察井

开发初期应在整个作业区域内合理布置观察井，用以了解海底地层的动态；观察井可采用深水钻井技术完成，可使用小井眼钻井技术以降低成本，钻达设计深度后根据地质状况确定是否固井；应保证观察井能够实时准确地取得地层参数。

(2)钻加固井

加固井用于向开采过气水合物的海底地层注入固化剂以稳固矿层骨架，防止海底滑坡或岩层流动；钻井完成后不固井。

加固井采用等直径井身结构，使用套管钻井技术完成；井身为封闭金属筒结构，由悬挂段，剪切接头和口袋段三部分组成；悬挂段连接井身与平台，口袋段封闭井筒，剪切接头连接悬挂段和口袋段，并控制固化剂的注入位置；固化剂的注入有两种工作模式：一是主动注入，即由观察井所得资料表明海底地层可能出现不稳定迹象时，增大加固井中压力，则井身自剪切接头处断开，固化剂即被注入地层；二是被动注入，即地层突然发生流动时将使加固井由剪切接头处剪断，固化剂由断开处注入地层。

(3)建设海底安全监控平台

海底安全监控平台不承担天然气水合物开采任务，只负责检测和控制海底地层的稳定，防止出现滑坡的异常现象。

监控平台的规模和形式应与实际需要相匹配；地质稳定区域勿需建设这类平台；近海区域可使用固定式平台；深海区域则使用浮动式平台；平台上设有观察井资料收集和分析工作区，装有加固井压力和流量监控设备，备有足量固化剂；固化剂可以为水泥或其他类似属性的物质。

2.构建开发井组

开发井组由注入井和收集井组成，其目的是用溶解剂将气水合物进行溶解后再分离产出天然气；开发井组是产出天然气的必要装置，其建设过程可分为如下步骤：

(1)钻注入井

注入井采用水平井，其水平段位于气水合物储层的较低层位；视储层地质条件选择合适的完井方式，保证井眼与储层良好连通；注入井的走向与储层走向一致，以尽可能多得接触气水合物。

注入剂经由注入井进入储层，注入井可使用单一水平井，也可使用多井筒并排注入。

由注入井输入的溶解剂造成气水合物溶解，且产出溶液密度比相同条件下的空隙水密度小，因而在浮力作用下逐渐向地层上部运动。