[发明专利]一种注水同时开发地热能和水合物藏的井结构设计与方法

说明书

本发明公开了一种注水同时开发地热能和水合物藏的井结构设计与方法，主要是包括一个双分支注入井和一个水平生产井，其中双分支注入井注入冷流体经地热层加热后返回水合物藏，将自身携带的热量传递给水合物，促使水合物分解。其具体做法为：在海平面打一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统，其中双分支注入井包括从海平面延伸至地热层的垂直井筒，位于水合物藏的第一分支井筒和位于地热层的第二分支井筒，在双分支注入井的井口油管中注入冷流体，冷流体在第二分支井筒的末端进入油套环空并与地热层发生热交换，加热流体进入水合物藏后将热量传递给水合物藏，引起水合物分解，分解生成的天然气和注入流体组成的混合流体在重力及压力作用下经水力压裂缝被水平生产井采出。本发明利用地热能为水合物的分解提供能量，弥补了传统热激发开采法热利用率低、开发成本高等不足，设备简单、操作方便，经济性强，可为水合物藏的合理开发提供指导。

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物的开采方法，尤指建立一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统就地利用地热能开采天然气水合物藏的井结构设计与方法。

背景技术

随着油气资源的大量消耗，人类在21世纪后期将面临严重的资源危机。而地热能和天然气水合物作为储量丰富的清洁能源，已经引起了各国科学家的广泛关注。

目前海洋天然气水合物设想的开采方法主要有热激发开采法、降压开采法、化学剂注入法以及固体开采法。但以上各种开采方法都有其自身局限性，如热激发开采法热损失大、利用效率低；降压开采法只有当水合物藏位于温压平衡边界附近时，才有经济可行性；化学剂注入法对水合物层的作用缓慢，而且费用很高。

地球内部的地热能通过岩石传导、温泉、地震等形式向外扩散，地热开采法就是收集地热能，采用热激发方法开采海底天然气水合物。研究表明我国南海海底天然气水合物和地热资源都十分丰富，如能有效利用地热资源开发天然气水合物可避免造成环境污染，满足可持续发展要求。然而目前尚没有提出一种利用地热能开发天然气水合物藏的方法，很大程度上制约了天然气水合物藏的开发利用。本发明提出建立一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统就地开发地热能，并将热能传递给水合物藏，促进水合物的分解，克服了传统热激发开采法中输热成本太高的问题，设备简单、操作方便，经济性强，可为水合物藏的合理开发提供指导。

发明内容

本发明涉及一种注水同时开发地热能和水合物藏的井结构设计与方法，主要包括以下步骤：

(1)根据水合物藏地质资料，选择顶部存在盖层且下部存在地热层的区域进行施工作业，所述地热层温度在100℃以上；

(2)在海平面打一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统，其中所述双分支注入井包括从海平面延伸至地热层的垂直井筒，位于水合物藏距离顶部位置处的长度为300～700m的第一分支井筒和位于地热层距离顶部位置处的长度为300～700m的第二分支井筒，所述水平生产井位于水合物藏距离顶部位置处，并与下方所述双分支注入井第一分支井筒平行；

(3)对所述双分支注入井的第一分支井筒和所述水平生产井分别进行射孔，在所述双分支注入井第一分支井筒与所述垂直井筒结合点上方2～5m处的油套环空中安装封隔器；

(4)通过所述水平生产井对所述水合物藏进行水力压裂作业，水力压裂液为水包油型乳状液；

(5)将冷流体从所述双分支注入井的井口油管中注入，控制所述冷流体的注入速度为100～200m³/d，所述冷流体在所述双分支注入井第二分支井筒的末端进入油套环空并与地热层发生热交换，加热流体在所述封隔器的阻隔下进入水合物藏，引起水合物分解，分解生成的天然气和注入流体组成混合流体在重力及压力作用下经水力压裂缝被所述水平生产井采出，为了减少输送加热流体过程中热量的损失，所述双分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒间的垂直井段的油管和套管均采用绝热材料，所述的绝热材料为玻璃纤维；