[发明专利]一种利用海洋表层温水开采天然气的方法和装置系统

说明书

本发明涉及能源开采技术，具体涉及一种利用海洋表层温水开采可燃冰地层中天然气的方法：（1）确定可燃冰天然气开采层段和温水注入层段；（2）在可燃冰天然气开采层段和温水注入层段，用射孔等手段建立地层与井眼的连通通道；（3）把温水管及连接在其底部的井下调控装置和防砂筛管放到相应井下位置；（4）将海洋表层的温水，经测量和/或适当调控之后，引入可燃冰层的下方，注入选定的注入层段；（5）融化后的水和天然气混合液在压差驱动下，流经防砂筛管，进入气水通道，向上流动至分离提升系统，分离提升系统实现气水分离；（6）可燃冰融化并流出进入气水通道；（7）安全、稳定进行可燃冰天然气开采。

技术领域

本发明涉及能源开采技术，具体涉及一种利用海洋表层温水开采可燃冰地层中天然气的方法。

背景技术

可燃冰的开采方法以融化可燃冰水合物为目标，包括减压法、CO2置换法、井下燃烧产生CO2再注入法、活性化学剂注入法、电磁波融化法。可燃冰的融化是吸热过程，当没有能量补充时，融化过程会停止，且已融化的水气混合流体会再次结冰。这种二次结冰现象妨碍开采方法的有效性，也使得其经济效率降低。

如是人们提出利用深层的地层热水给融化过程中的可燃冰层补充能量。地球浅部地层（特别是海洋底部地层）的地温梯度一般是每100米3°C，按这一梯度计算，如果要提高20°C，则要往地层深部钻近700米，成本较高。除非可燃冰层下方不远处有地热层。

太阳辐射的作用，使海洋水能保持一定的温度，全世界海洋表面的年平均温度是17.4℃。在热带和亚热带低纬度区域，海洋表层温度能达到20°左右，这些温水储存着巨大的热能，可以给融化过程中的可燃冰层补充能量。

申请公布号 CN105822267A提出了“一种开采深海天然气水合物的方法与开采装置”，该方法利用海洋表层温水开采海床面上的可燃冰，但所提出的方法和装置无法用于开采成藏于海床面下地层孔隙中的可燃冰。勘查证明，大多数可燃冰埋藏于海床面下几十米到几百米深的地层中，只有极少的可燃冰裸露于海床上。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用海洋表层温水开采可燃冰地层中天然气的方法和开采时用到的系统装置。

一种利用海洋表层温水开采可燃冰地层中天然气的方法，包括以下作业步骤:

（1）确定可燃冰天然气开采层段和温水注入层段；选择偏底部的储层段作为注水层段。注水层段要与其上方的可燃冰层具有连通性，以便热能和物质能够传送到可燃冰层。可燃冰层得到了热能补充后，可燃冰的融化过程得以持续进行；

（2）在可燃冰天然气开采层段和温水注入层段，用射孔等手段建立地层与井眼的连通通道；

（3）把温水管及连接在其底部的井下调控装置和防砂筛管放到相应井下位置；

（4）将海洋表层的温水，经测量和/或适当调控之后，引入可燃冰层的下方，注入选定的注入层段；

（5）融化后的水和天然气混合液在压差驱动下，流经防砂筛管，进入气水通道，向上流动至分离提升系统，分离提升系统实现气水分离；

（6）分离提升系统同时在可燃冰层与气水通道之间产生压差，在压差和热能的共同作用下，可燃冰融化并流出进入气水通道；分离提升系统同时也在气水通道中产生压力梯度，使水气混合液流动；

（7）监控全过程，适当调整工作状态，确保安全、稳定可燃冰天然气开采。

上述步骤（5）中，与气水通道的压力相比，当可燃冰层压力偏大时的压差定义为正压差；当可燃冰层压力偏小时的压差定义为负压差；所述正压差的最大极限记为，负压差的最大极限记为；

如果压差大于就会发生喷涌，如果压差小于-就会发生坍塌；设定一个小于1的安全系数，则安全目标为：