[发明专利]基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统及方法

说明书

基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统及方法，包括布设在天然气水合物开采工区海底和开采井四周监测井下的铠装时频电磁采集缆，铠装时频电磁采集缆内包括采集短节承压舱，沿缆外等间距布设有环形不极化电极，铠装时频电磁采集缆与时频电磁数据接收系统相连接；在海底的铠装时频电磁采集缆外围的周边海底分别布设有大电流供电电极，与时频电磁可控大电流发射源相连接。本发明实时监测天然气水合物开采工区地下或井下储层内电阻率的分布和随开采进程的变化情况，及时掌握储层内的开发和动用范围，分析天然气水合物从储层泄漏到海底的潜在风险和可能性，提供天然气水合物开采过程中出现海底泄漏等地质灾害可能发生的预警信息。

技术领域

本发明属于天然气水合物开采过程中对其储层状态及其稳定性进行实时监测领域，具体涉及一种基于地井时频电磁的天然气水合物开采监测系统及方法。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate)即可燃冰，是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”(Combustible ice)、“固体瓦斯”和“气冰”。天然气水合物分布于深海或陆域永久冻土中，其燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，污染远小于煤、石油等，且储量巨大，因此被国际公认为石油等的接替能源。

传统的天然气水合物开采方法有热激发开采、减压法开采和化学试剂注入开采法：

(1)热激发开采法热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。

(2)减压开采法减压开采法是一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种：①采用低密度泥浆钻井达到减压目的；②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时，通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。减压开采法不需要连续激发，成本较低，适合大面积开采，尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采，是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压开采法才具有经济可行性。

(3)化学试剂注入开采法化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破坏天然气水合物藏的相平衡条件，促使天然气水合物分解。这种方法虽然可降低初期能量输入，但缺陷却很明显，它所需的化学试剂费用昂贵，对天然气水合物层的作用缓慢，而且还会带来一些环境问题，所以，对这种方法投入的研究相对较少。

新型的天然气水合物开采方法有CO₂置换开采法和固体开采法：

(1)CO₂置换开采法。这种方法首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下，天然气水合物保持稳定需要的压力比CO₂水合物更高。因此在某一特定的压力范围内，天然气水合物会分解，而CO₂水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO₂气体，CO₂气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2水合物。这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。

(2)固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物，将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是，首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理，促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。