[发明专利]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

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。