[发明专利]粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法及开采装置

说明书

本发明公开一种粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采方法及开采装置，开采方法通过适当放宽井筒挡砂精度，使地层细砂和泥质组分流入井筒，一定的生产时间后，将粗粒径砂砾注入生产井管外地层，填补地层细组分和水合物产出造成的亏空，然后再开井生产，如此经过砂砾注入轮次与水合物储层流体抽取轮次的交替往复，实现提高粉砂质储层产能、防止地层大面积亏空、延长井筒防砂有效期的效果。砂砾注入与降压生产的交替进行，并配合适度出砂管理技术，实现粗粒径砂砾与地层泥质、砂质细颗粒和水合物分解空间的间歇性吞吐置换，促进粉砂质天然气水合物储层的高效降压开采，并降低海洋天然气水合物长期开采过程中的地层失稳坍塌风险，为我国海域粉砂质水合物开采提供新思路，并促进水合物商业化开采技术的发展。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物高效开采领域，具体涉及一种粉砂质海洋天然气水合物砾石吞吐开采装置及开采方法。

背景技术

天然气水合物广泛分布于高纬度陆地永久冻土带与大陆边缘海沉积物中，是一种重要的潜在能源，如何安全高效地对其进行开采利用已经成为当前国际上的研究热点。近年来，世界各国的研究重点已经由原来的水合物基础研究、水合物资源勘查逐步转入天然气水合物试采阶段。尤其是常规油气资源较为紧缺的国家，如日本，已经展开了大量的海域天然气水合物试开采研究并制定了中长期水合物开采产业化目标。从开采方法的角度，目前天然气水合物开采方法从机理上主要分为降压开采法、注热开采法、CO₂置换开采法和注化学剂开采法等，从2002年Mallik 5L-38水合物试采到2017年中国南海水合物试采，上述开采方法均已进行了部分或全部现场试验验证。

历次试采实践均表明，降压开采法是最具有应用前景的天然气水合物开采方法。然而，无论是我国首次海域天然气水合物试采，还是国外历次水合物试采，均处于科学实验阶段，离产业化开采还有很多关键技术需要解决。降压法在开采海域天然气水合物过程中仍然面临着地层失稳、大面积出砂导致的长期开采提产难度大等关键问题。尤其是对我国海域大面积分布的粉砂质水合物储层而言，在常规降压法基础上改良的流体抽取法取得了短期试采的（60天）成功。但是由于该类储层沉积物粒径小、粘土含量高，属于极弱固结的低渗或超低渗储层，开采过程中如果按照常规油气储层防砂的思路进行严防死堵，则必然会对生产井产能产生严重影响；反之，稍微放大井筒挡砂精度，则近井地层的细颗粒或泥质颗粒会很容易流入井筒，久而久之，必然会导致近井地层的亏空。由于地层细组分产出造成的亏空与由于水合物分解造成的亏空叠加，将会使储层面临严重的稳定性问题，因此，从降压法开采粉砂质储层水合物的需求而言，需要对降压法进行进一步的改进和优化——降压开采中需要向储层中注入其他物质，从而解决上述问题。

CO₂置换开采法为维持天然气水合物储层稳定性提供了思路，但是由于该方法在置换过程中会形成CO₂水合物，降低近井地层渗透率，导致后期持续开采困难。该方法在大粒径砂质储层（美国IgnikSikumi-2012试采）中尚且面临严重的开采效率问题，对粉砂质储层而言，其应用效果可想而知。因此，虽然CO₂置换法能为水合物长期开采提供一定的借鉴思路，但是以水合物置换水合物的做法，在粉砂质水合物长期开采过程中显然是不可用的。如果能找到一种用其他高渗透物质置换水合物（同时置换近井泥质或细粉砂），则会对水合物的长期开采产生革命性的影响。

如果将上述CO₂换成热蒸汽注入，则CO₂置换法即为通常意义上的注热法开采。该方法虽然有助于维持地层压力，从一定程度上减缓地层失稳，但是也无法从根本上解决地层失稳问题，而且已经被Mallik 2L-38水合物试采证明其对海洋天然气水合物的开采适用性非常有限。常规稠油油藏开发过程中常用蒸汽吞吐来实现单井提产，目前已经有了非常成熟的应用，但对海洋天然气水合物储层而言，蒸汽吞吐的效率问题和对储层稳定性的改善程度却不容乐观。因此，从实际需求上讲，水合物开采需要“吞吐”，但“吞吐”的物质一定不是蒸汽，而是一种即能促进水合物分解，又能填充地层亏空的物质。