[发明专利]热流体压裂开采天然气水合物装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于非常规油气开采技术领域，具体地，涉及一种开采天然气水合物装置及方法。

背景技术

随着我国经济发展对油气能源需求量的急剧增长以及油气能源新战略的实施，油气勘探开发领域不断扩展，从常规油气资源逐渐向非常规天然气资源转移。天然气水合物作为一种潜在的能源具有广阔的前景和发展空间。据统计，海底天然气水合物的分布范围占海洋总面积的10％，相当于4000万平方公里，是迄今为止海底最有价值、最具前景的能源，足够人类使用100年。有科学家预测：天然气水合物蕴藏量相当于目前世界能源销费量的200倍，对缓解人类面临的能源枯竭危机具有举足轻重的作用。我国仅南海陆坡和海槽沉积物中的水合物蕴藏量就可达37.5亿吨油当量，能够满足我国今后数百年的能源需求。美国和日本已提出准备在2015年前后进行天然气水合物的商业性开采。国务院于2006年1月颁发了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》和《国务院关于加强地质工作的决定》，大力支持天然气水合物的勘探开发研究工作。

目前，国际上天然气水合物的开采方法主要包括热激法、降压法、注化学药剂法、CO₂置换法及固体开采法。由于天然气水合物以固态胶结物的形式充填于沉积物孔隙中，其传热传质效率相对于常规油气藏要低得多，且受制于有限的井筒与储层接触面积，使得以上方法开采水合物藏的分解周期长，且往往伴随着大量的热量损失，开采效率受到限制。本发明提出一种新的天然气水合物开采方法——热流体压裂开采天然气水合物方法，该方法可极大地扩展产出通道与储层的接触面积，提高导流能力和传热传质效率，且可以将热激法、降压法及注化学药剂法结合在其中一并使用，充分发挥各自的优势，提高了开采效率，是一种非常有前景的水合物开采方法。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种热流体压裂开采天然气水合物装置及方法，用于提高天然气水合物储层的导流能力与传热传质特性，实现天然气水合物的热流体压裂和降压开采过程。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种热流体压裂开采天然气水合物装置，包括压裂液注入系统、天然气开采系统和井眼系统；其特征在于：三通阀门的三个端口分别通过管线与压裂液注入系统、天然气开采系统、井眼系统连接；压裂液注入系统用于提供高压热流体压裂液；天然气开采系统实现水合物的降压开采；井眼系统用于打开水合物储层；三通阀门11用于改变介质流向。

优选地，压裂液注入系统包括第一储液罐、增压泵、加热系统、液体流量计，第一储液罐、增压泵、加热系统、液体流量计通过管线连接。

优选地，天然气开采系统包括卸压装置、气液分离灌、气体流量计、输气管线和第二储液罐；卸压装置通过管线与气液分离罐连接；气液分离灌的出气口通过气体流量计与输气管线连接，出液口与第二储液罐连接。

优选地，井眼系统包括压裂管柱、井筒和井口装置；压裂管柱通过井口装置固定在井筒内。

优选地，三通阀门的一端通过管线与压裂液注入系统的液体流量计连接，一端通过管线与天然气开采系统的卸压装置连接，一端通过管线与井眼系统的温度计连接，三通阀门与井口连接的管线上设有温度计、压力计。

优选地，热流体介质为水或化学药剂，化学药剂为水合物抑制剂，水合物抑制剂为质量浓度为10%-25%的乙二醇水溶液。

热流体压裂开采天然气水合物方法，采用上述的热流体压裂开采天然气水合物装置，其特征在于：

(1)、建立热流体压裂开采天然气水合物的井筒；

(2)、装配热流体压裂开采天然气水合物的装置；

优选地，建立热流体压裂开采天然气水合物的井眼的方法为：在天然气水合物藏区域钻垂直井眼，在钻至水合物储层上方10m以内时，停钻下入套管固井，而后钻穿水合物储层，裸眼完井。

优选地，装配热流体压裂开采天然气水合物的装置的方法为：①装配压裂液注入系统：把第一储液罐、增压泵、加热系统、液体流量计依次通过管线连接；

②装配天然气开采系统：把卸压装置通过管线与气液分离罐连接；把气液分离灌的出气口通过气体流量计与输气管线连接、出液口与第二储液罐连接；

③装配井眼系统：压裂管柱通过井口装置固定在井筒内，并通过封隔器坐封，坐封位置为套管底部的套管鞋以上30-50m处；

④把三通阀门的三个端口通过管线分别与液体流量计、卸压装置、井口装置相连，在三通阀门与井口装置相连的管线上设置温度计和压力计。

优选地，实施天然气水合物的热流体压裂开采的方法为：