CN107130944A - 一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，主要是打一口热力井贯穿海底水合物层及其下部地热层，注入流体经热交换后返回水合物藏区域，利用地热能促使水合物分解，分解出的天然气在重力作用下被上方生产井水平射孔段采出。其具体做法为：在海面打一口同心管型热力井贯穿水合物层及其下部地热层，在井口油管中注入冷流体，流体在井底进入套管后被地热层加热，加热流体返回水合物层为水合物分解提供能量，用以辅助生产井进行降压开采。本发明采用降压和加热相结合的方法，其设备简单、操作方便，经济性强，为大规模开采水合物藏提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种开采海底天然气水合物的方法，尤指建立一口热力井利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法。
背景技术
随着经济技术的发展，全世界对能源的需求与日俱增，特别是对石油与天然气的需求持续增高，然而常规油气资源属于不可再生资源，随着常规油气资源的不断减少，非常规油气资源开始受到世界各地的广泛关注。天然气水合物又叫可燃冰，是一种分布在海底沉积物或陆域永久冻土中的，由天然气和水分子组成的类冰状固体结晶体。天然气水合物燃烧只产生二氧化碳和水，不会污染环境，是一种新型绿色能源。
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、化学剂注入开采法以及固体开采法。但以上各种开采技术都有其自身的局限性，如热激发开采法热损失大、热利用效率低；降压开采法只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，才有经济可行性；化学剂注入开采法对天然气水合物层的作用缓慢，而且费用很高。
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可避免造成环境污染，满足可持续发展的要求，然而目前尚没有提出一种利用地热能开采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高效开发。本发明提出建立一口热力井开发地热能，并将热能传递给水合物层，促进水合物分解，实现利用地热能开发天然气水合物藏的目的，其设备简单、操作方便，经济性强，可为大规模开采水合物藏提供指导。
发明内容
本发明涉及一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，主要包括以下步骤：
(1)根据区块地质构造环境，选择海底含有水合物藏且水合物层下部存在地热层的区块作为措施区域，地热层温度在120℃以上；
(2)打两口井组成一个热力井及生产井井组，其中热力井由四部分组成，包括两个垂直井段、两个水平井段，不同井段使用不同位置的绝热层以得到较高的换热效率，具体钻井步骤为：钻垂直井段(1)至水合物层距离顶部位置处，造斜生成长度为500～1500m的水平井段(2)，随后钻垂直井段(3)至地热层中部距离顶部位置处，造斜生成长度在1000m以上水平井段(4)，所述热力井不射孔，与地层不存在流体交换，其中生产井水平射孔段位于水合物层上部距离顶部位置处且与热力井水平井段(2)平行并位于其上方；
(3)所述生产井进行降压开采，控制所述热力井的流体注入速度为50～150m3/d，采用油管注入套管采出的开发方式，在其井口油管中注入冷流体，流体到达井底后进入油管与套管间的环形空间并与地热层发生热交换，加热流体经套管返回水合物层时将携带的能量传递给水合物，水合物受热分解，在重力的作用下，分解产生的天然气经所述上方生产井水平射孔段采出；
(4)持续监测生产井的产气速度，当产气速度低于1000～2000m3/d时热力井停止注入，生产井停止开采。
本发明的有益效果是：
其利用地层深部的地热能开采天然气水合物，可以极大地减少开采过程中的注热成本，大幅提高采收率。本发明设备简单、操作方便，可为水合物开采开辟一条新的途径。
附图说明
图1是热力井及生产井井组开发水合物藏示意图。
图2是热力井垂直井段(1)井身结构示意图。
图3为热力井水平井段(2)井身结构示意图。
图4为热力井垂直井段(3)井身结构示意图。
图5为热力井水平井段(4)井身结构示意图。
图中：1、热力井垂直井段(1)；2、热力井水平井段(2)；3、热力井垂直井段(3)；4、热力井水平井段(4)；5、天然气水合物藏；6、地热层；7、热力井；8、生产井；9、绝热层；10、密封井底。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明的实施范围。
根据区块地质构造环境，选择海底含有水合物藏且水合物层下部存在地热层的区块作为措施区域，地热层温度为150℃；
如图1所示，在措施区域打两口井组成一个热力井7及生产井8井组，其中热力井7由四部分组成，包括两个垂直井段、两个水平井段，不同井段使用不同位置的隔热层9以得到较高的换热效率，具体钻井步骤为：钻垂直井段(1)至水合物层5距离顶部位置处，造斜生成长度为1000m的水平井段(2)，随后钻垂直井段(3)至地热层6中部距离顶部位置处，造斜生成长度为1000m的水平井段(4)，热力井6不射孔，与地层不存在流体交换，其中生产井8水平射孔段位于水合物层5上部距离顶部位置处且与热力井7水平井段(2)平行；
如图1所示，生产井8进行降压开采，控制热力井7的流体注入速度为70m3/d，采用油管注入套管采出的开发方式，在其井口油管中注入冷流体，流体到达井底后进入油管与套管间的环形空间并与地热层6发生热交换，加热流体经套管返回水合物层5时将携带的能量传递给水合物，水合物受热分解，在重力的作用下，分解产生的天然气经上方生产井8水平射孔段采出；
持续监测生产井8的产气速度，当产气速度低于1000m3/d时热力井停止注入，生产井停止开采。
以上未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其在海面打一口同心管型热力井贯穿水合物层及其下部地热层，在井口油管中注入冷流体，流体在井底进入套管后被地热层加热，加热流体返回水合物层为水合物分解提供能量，用以辅助生产井进行降压开采，从而大幅提高采收率，其特征在于包括以下工艺步骤：
步骤(1)：根据区块地质构造环境，选择海底含有水合物藏且水合物层下部存在地热层的区块作为措施区域；
步骤(2)：打两口井组成一个热力井及生产井井组，其中所述生产井水平射孔段位于水合物层距离顶部位置处，其中所述热力井钻至水合物层距离顶部位置处，造斜生成有一定长度的水平井段，随后钻至下部地热层距离顶部位置处，造斜生成有一定长度的水平井段，所述热力井不射孔，因此与地层不存在流体交换；
步骤(3)：所述生产井进行降压开采，在所述热力井的井口油管中注入冷流体，流体到达井底后进入油管与套管间的环形空间并与地热层发生热交换，加热流体经套管返回水合物层时将携带的能量传递给水合物，水合物受热分解，在重力的作用下，分解产生的天然气经上方所述生产井水平射孔段采出；
步骤(4)：持续监测生产井的产气速度，当产气速度低于1000～2000m3/d时热力井停止注入，生产井停止开采。
2.如权利要求1所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，水合物藏开采方式为加热辅助降压开采，水合物分解所需能量均由地热层提供。
3.如权利要求1所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述热力井由四部分组成，包括两个垂直井段、两个水平井段，具体是连通海面与水合物层的垂直井段(1)、位于水合物层下部的水平井段(2)、连通水合物层与地热层的垂直井段(3)以及位于地热层中部的水平井段(4)。
4.如权利要求1所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述地热层温度在120℃以上。
5.如权利要求1和4所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述热力井水平井段(2)的长度为500～1500m，所述热力井水平井段(4)的长度在1000m以上。
6.如权利要求1和4所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述热力井在水平井段(2)和水平井段(4)的油管外均加一层绝热层以减少油管内流体与套管内流体的热交换；在垂直井段(3)的油管外和套管外均加一层绝热层以减少所述热力井输送加热流体过程中热量的损失。
7.如权利要求1和9所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述热力井的绝热层材料为聚乙烯。
8.如权利要求1和4所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述生产井水平射孔段应与所述热力井水平井段(2)平行并位于其上方。
9.如权利要求1和4所述的一种利用流体循环方式动用地热能开采天然气水合物藏的方法，其特征在于，所述热力井的流体注入速度为50～150m3/d。
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