[发明专利]利用底层产气清除水合物井中出砂出水的装置及方法

说明书

本发明涉及一种利用底层产气清除水合物井中出砂出水的装置。利用底层产气清除水合物井中出砂出水的装置包括：数据监测传输系统、数据分析处理系统和自动反应调节系统；数据监测传输系统实时监测传输井下和井口的温度、压力及流量数据；数据分析处理系统计算携带井底出砂出水所需的气体流量及抑制水合物在生产管柱中生成所需抑制剂的量，并发出相应的气体流量调节指令和水合物抑制剂注入指令；自动反应调节系统根据数据分析处理系统的指令，自动调节井下流量控制阀，并向套管环空注入适量的水合物抑制剂。本发明能在不影响正常生产的情况下清除水合物井中的出砂和出水，并能实现同时开采天然气水合物储层和底部的天然气藏。

技术领域

本发明属于天然气水合物勘探开发领域，具体地，涉及一种利用底层产气清除水合物井中出砂出水的装置及方法。

背景技术

天然气水合物是一种燃烧能量高的清洁能源，被各国视为石油天然气的替代能源，主要分布于深海沉积物和陆地永久冻土中。我国的天然气水合物储量十分丰富，特别是南海海域存在大量天然气水合物。我国的天然气水合物开发走在世界前沿，目前已经在南海北部的神狐海域和青海祁连山地区取得了天然气水合物样品，并即将在南海海域开展天然气水合物试采工程。

现有的天然气水合物开采方法主要有热激法、降压法、注化学药剂法和二氧化碳置换法等。在开采天然气水合物的过程中，采用这几种开采方法均会不可避免地导致出砂和出水问题，由此在很大程度上限制了天然气水合物进一步的商业开采。在天然气水合物开采过程中，天然气水合物会分解为天然气和水，导致储层中砂粒间的胶结力减小，使得大量细小砂粒脱离原始状态，并随分解产生的气体和水进入生产管柱，因此造成生产管柱中发生出砂和出水情况。当进入到生产管柱中的砂粒和水达到一定量时就会影响天然气产量，严重时甚至可能堵塞生产管柱，造成停产。

出水和出砂问题也是常规油气开采面临的重要问题。针对井底出水问题，一种应用广泛的解决方法是气举排水采气法，气举排水采气就是通过在地面向井筒注入适量气体以达到气体携带液体的最低流量，然后通过气体对水的携带作用将井底积水携带出生产管柱。针对井底出砂问题，现在有多种比较成熟的防砂方法，如：防砂管柱挡砂、充填防砂、胶固地层、人工井壁、砂拱防砂等，但经过这些防砂措施，并不能完全阻挡细小砂粒进入生产管柱，生产管柱中还是会不可避免地发生出砂现象。对于进入到生产管柱中的砂粒，同样可以利用气体的携带作用将其携带出生产管柱，只要气体流量达到了携带砂粒的最低流量，砂粒就会随气体运动而被携带出生产管柱。

在天然气水合物开采过程中，可以借鉴常规油气开发中采用的携水和携砂方法，利用气体对水和细小砂粒的携带作用清除生产管柱中的出砂和出水，以此避免天然气水合物开发过程中发生生产管柱堵塞的情况。当天然气水合物储层下方存在天然气藏时，可以将此天然气藏作为携水和携砂的气体来源。利用天然气藏产出的天然气清除生产管柱中的出水和出砂，可以实现同时开采天然气水合物储层和底部的天然气藏，可以提高天然气产量，确保天然气水合物开采的长期安全高效地进行。

发明内容

针对天然气水合物储层下方存在天然气藏的情况，本发明提供了一种利用底层产气清除水合物井中出砂出水的装置及方法；根据天然气水合物开采过程中的出砂速率和出水速率，结合本发明所提出的利用底层产气清除水合物井中出砂出水的方法，可以分别对携带井底出砂和出水所需的最小气流量进行计算。通过调节底层天然气藏产出的天然气速率，利用气体的携带作用，可以将天然气水合物开采过程中进入到生产管柱中的砂粒和水携带出生产管柱，以此达到清除天然气水合物开采过程中出砂和出水的目的，确保天然气水合物储层安全高效地开发。

为了实现上述功能，本发明采用的技术方案如下：