[发明专利]一种海洋天然气水合物单井降压开采系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底油气资源的开采方法，特别是涉及一种海洋天然气水合物单井降压开采系统及方法，属于海洋油气藏资源开采技术领域。

背景技术

天然气水合物广泛分布于海洋大陆架沉积层中，是一种储量巨大的清洁能源，21世纪有望成为替代石油、煤炭的主要能源。目前最具有应用前景的海洋天然气水合物开采方法是降压法，即通过钻井使地层压力降低，天然气水合物分解，分解气和水在泵的抽提下沿井筒上升至水面开采平台，从而实现天然气的持续生产。降压法，不需要额外的分解能量，是一种具有较高经济性、环境友好的天然气水合物开采方法。

在进行海洋天然气水合物开采钻井时，传统钻井技术的设备、工程设计、施工工艺等都需要改进。目前大多数研究人员预想的海洋天然气水合物开采钻井过程包括三个阶段：

第一阶段，获取天然气水合物岩心，以分析海底沉积层中天然气水合物的赋存状态。

第二阶段，开采，以试验目的为主，主要评价开采的稳定性、安全性。

第三阶段，大量开采，即稳定生产过程。

根据海洋天然气水合物开采钻井的要求，一般认为采用钻探船或者半潜式钻井平台等浮式钻井平台更加适用于海洋天然气水合物开采。从目前的海洋钻井技术水平来看，可以从第一阶段和第二阶段开展初步的尝试，即在天然气水合物充分发育的海域开展获取岩心、单井开采的初步探索。然而，天然气水合物的开采不同于常规海洋油气开采，目前也没有海洋天然气水合物开采的钻井实例，针对海洋天然气水合物开采如何进行布井也没有十分明确的方案。

发明内容

本发明针对海洋天然气水合物钻心取样和开采中的技术不足和缺陷，提供一种海洋天然气水合物单井降压开采系统及方法，可以实现海洋天然气水合物的钻心取样和安全开采。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种海洋天然气水合物单井降压开采系统，整个开采系统包括综合监测井、生产井、分解监测井、钻心采样井和环境监测装置，共五个部分；

(1)综合监测井包括综合监测井套管、综合监测井传感器、综合监测井固井水泥、综合监测井井口装置和综合监测井电缆；综合监测井穿透水合物层钻进至下覆层顶部，综合监测井套管外壁设有传感器，固井水泥用于固井，井口装置设于井口并通过数据电缆至水面开采平台。

(2)生产井包括生产井套管、生产井固井水泥、生产井井口保护装置、生产井防井喷装置、生产井防砂装置、潜水泵、气水封隔器、天然气管路和水管路。生产井分为浅部生产井和深部生产井二部分，浅部生产井钻进至盖层底部，下套管，固井水泥固井后设置井口保护装置。深部生产井则先移除浅部生产井的井口保护装置，设置防井喷装置和气水举升器，继续钻进生产井至水合物上层，下套管、固井，设置防砂装置，设置水泵、气水封隔器等水下设备，连接天然气管路和水管路，连接综合监测井和分解监测井的电缆。

(3)分解监测井钻井包括分解监测井套管、分解监测井传感器、分解监测井固井水泥、分解监测井井口装置和分解监测井电缆；分解监测井钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管，套管外壁设有传感器，固井水泥固井后，最后设置井口装置，连接电缆至水面开采平台。

(4)钻心采样井：钻心采样井钻进至水合物层，采用保压采样装置(PTCS)采样。

(5)环境监测装置：环境监测装置由在海底铺设的甲烷泄漏和地震监测传感器阵列构成，通过数据电缆连接至水面开采平台。

上述的五个部分共同配合构成海洋天然气水合物单井降压开采系统。

上述开采系统的开采过程包括综合监测井钻井阶段、生产井浅部钻井阶段、分解监测井钻井阶段、钻心采样阶段、环境监测装置安装阶段、生产井深部钻井与开采阶段、封井与设备回收阶段等7个阶段。各阶段具体如下：

一、综合监测井钻井阶段：综合监测井穿透水合物层钻进至下覆层顶部(可采用随钻录井进行测井)，钻井完成后下综合监测井套管；综合监测井套管外壁设有温度传感器、光纤传感器等传感器，作为监测设备；用固井水泥固井后，再设置井口装置，连接数据电缆至水面开采平台，完成测井数据采集后封闭井口，断开数据电缆连接。

二、生产井浅部钻井阶段：生产井浅部钻井钻进至盖层底部，下套管，固井水泥固井后设置井口保护装置。

三、分解监测井钻井阶段：分解监测井钻进至水合物层底部不穿透，然后下套管，套管外壁设有传感器，固井水泥固井后，最后设置井口装置，连接电缆至水面开采平台，完成数据采集后关井，断开电缆连接。

四、钻心采样阶段：钻心井钻进至水合物层，采用保压采样装置(PTCS)采样，采样完成后直接封井。