CN107558977A - 一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法 - Google Patents

Abstract

一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，属于天然气水合物的开采技术领域。所述方法包括：结合地质资料，对目标储藏布置排式水平井网及配套完井作业，完井后通过水平井实施降压开采直至无经济效益，随后在供热井布置地面供给***及井下微波加热***，通过微波加热器对天然气水合物层进行加热，并从生产井对天然气及采出水进行收集；本方法布井方式灵活，可根据实际储藏条件选择多种不同井位、井深，可实现天然气水合物储藏最优化开采，可提高采气效率，增加经济效益。

Description

一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法

技术领域

一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，属于天然气水合物的开采技术领域，具体涉及一种综合利用加热法和降压法开采天然气水合物的方法。

背景技术

天然气水合物(natural gas hydrate，简称NGH)，是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物，也被称为“可燃冰”。1m³天然气水合物可含164m³甲烷气和0.8m³的水。“可燃冰”是天然气的附生产品，应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代品。“可燃冰”极易燃烧，在同等条件下，“可燃冰”燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要高出数十倍，被誉为“属于末来的超级能源”。

我国的可燃冰储量十分丰富，根据调查研究，我国的天然气水合物主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。

人为地打破天然气水合物稳定存在的相平衡条件，促使其分解，是目前开发天然气水合物的主要方法。根据天然气水合物的平衡相图，大体上可分为加热法、化学法、降压法三类。

加热法：此方法主要是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体介质从地面泵入天然气水合物储层，也可采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器。热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失，效率很低。

添加化学剂：某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化学剂可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度。添加化学剂最大的缺点是费用太昂贵。由于大洋中天然气水合物的压力较高，因而不宜采用此方法。

降压法：通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使天然气水合物分解的目的。开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法，另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果。降压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发，因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。

CN 200910059321.8公开了一种通过水泵向天然气水合物开采井外排水的装置和方法，通过排水降低天然气水合物层的压力，促进天然气水合物层的分解。但是单纯采用降压法提供的分解推动力小，且天然气水合物分解造成温度降低，当温度降低到0℃以下，还会造成冰堵塞和天然气水合物分解的停滞，CN 20111048906.4公开了一种排水降压的同时加热的方法开采天然气水合物，连续促进水合物的分解，上述两种方法都是利用水合物分解后气体上逸，水由于自重下落，水泵将水排出天然气水合物开采井外，但实际上分解气体上逸时携带大量的水汽，上逸速度很慢，开采效率很低。而且CN 20111048906.4中利用水平井燃烧加热，天然气水合物开采井内燃烧加热不安全，天然气水合物开采井内外都有可燃气体，使用明火直接加热非常危险。CN 201310398998.0中利用微波发生器加热开采天然气水合物，通过加热促进天然气水合物分解，但使用直井方式开采限制了被加热的天然气水合物的受热体积，而将微波发生器固定于封隔器上部更加进一步限制了天然气水合物的受热体积。

发明内容

本发明通过向目标储藏布置排式分布的水平井提高可动用天然气水合物储量，使用连续油管及微波加热器实现可移动式加热储藏，通过改变加热位置、热量输出功率及排水采气的速度，可实现天然气水合物储藏最优化开采，可提高采气效率，增加经济效益。

为了实现上述目的，本发明提供了一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1、布置排式水平井网，结合地质资料，对目标储藏布置排式水平井网，水平井分为供热井及生产井，通过排式分布水平井来提高可动用天然气水合物储量；

步骤2、完井作业，排式水平井网布置完成后进行配套完井作业；

步骤3、降压开采，配套完井作业后，布置生产井配套地面***，对供热井及生产井实施降压开采，直至无经济效益；

步骤4、布置供热***，供热***包括地面供给***和井下微波加热***；

步骤5、加热开采，通过微波加热***对天然气水合物层加热，并从生产井收集天然气及地层水。

所述步骤1中排式水平井网包括：所述排式水平井网中所述供热井方向与所述生产井方向可以是同向的，也可以是反向的；所述排式水平井网中供热井与生产井的水平段可以是等长的，也可以是非等长的；所述排式水平井网中供热井与生产井可以是对齐分布的，也可以是错位分布的；所述供热井水平段深度与所述生产井水平段深度可以是等高的，所述供热井水平段也可以位于所述生产井水平段上方或下方；各井之间的距离根据储藏条件可以在一定范围内变化。

优选的，所述排式水平井网布置范围为：水平井网间距范围300-1000米，水平段长度范围500-2000米。

所述步骤2中配套完井作业分为直井段完井和水平段完井，所述直井段完井中直井段深度大于水平段深度5-30米，形成存液腔，以实现气水分采，减少采出气含水量，并抑制套管中天然气水合物形成；生产井及供热井水平段完井均为裸眼完井，以防止金属套管对微波加热器造成负面影响；作业时在所述供热井及生产井直井段中下入电潜泵，下入至直井段底部存液腔，并下入防砂装置，防砂装置能够防止天然气水合物分解产生的砂石进入直井段内，防止砂石损坏井下设备；具体实施过程为依次向水平井中下入防砂装置、扶正器、电潜泵以及动力电缆，所述防砂装置、扶正器、电潜泵以及动力电缆均为常用井下工具，可根据实际储藏情况选择适应型号。

所述步骤3中生产井配套地面***包括供电***、采出水处理***、采出气处理***和控制***。

所述供电***包括电源、变频器，由动力电缆与生产井口油管入口依次连接，通过调整变频器输出功率，进而调整电潜泵在井底排液速度；所述电源包括发电机、工业用电及各种常规电源。

所述采出水处理***包括储水装置、采出水处理装置、调节阀门、温度传感器、压力传感器、液体流量计，经由液体管线与生产井口油管出口依次连接，通过液体流量计、压力传感器及温度传感器实时收集电潜泵排液数据，通过调节阀门对排水量实施控制，通过采出水处理装置对采出水进行过滤、脱气处理，将过滤后的水供入储水装置以待下一步处理，所述储水装置内部设有计量装置，用以监测储水装置内部存水量；所述储水装置包括水罐以及其他具有存储水功能的容器，所述计量装置包括液位仪以及其他具有测量水位功能的装置，所述采出水处理装置包括具有过滤、分解水中溶解气功能的常规水处理设备，所述调节阀门、温度传感器、压力传感器、液体流量计、液体管线均为常规设备。

所述采出气处理***包括储运设备、天然气处理设备、气液分离器、调节阀门、温度传感器、压力传感器、气体流量计，依次经由输气管线连接于生产井口套管出口，通过气体流量计、压力传感器及温度传感器实时收集套管采气数据，通过调节阀门对采气量实施控制，通过气液分离器对采出气进行气液分离处理，分离后的天然气供入天然气处理装置进行下一步加工，包括过滤处理、脱硫处理、脱水处理，处理后的天然气供入储运设备进行运输；所述储运设备包括输气管线、压力容器及其他具有天然气储运功能的常规设备，所述天然气处理设备包括具有过滤、脱硫、脱水功能的常规天然气处理设备，所述气液分离器为常规具有气液分离功能的设备，所述调节阀门、温度传感器、压力传感器、气体流量计、输气管线均为常规设备。

所述采出水处理装置与气液分离器之间通过输气管线与液体管线相连接，所述输气管线上设有气体流量计，所述液体管线上设有液体流量计，采出水处理装置中脱气后产生的天然气供入气液分离器，气液分离器分离出的水供入采出水处理装置进行下一步处理。

所述控制***包括控制器和信号接收器，通过信号传输电缆与供电***中变频器相连接，用以实时监测变频器工作状态，并通过控制器对变频器实施远程控制，通过信号传输电缆与采出水处理***中调节阀门、温度传感器、压力传感器、液体流量计、计量装置连接，通过控制器实施监测采出水处理***工作状态，并实现对采出水处理***远程控制，通过信号传输电缆与采出气处理***中调节阀门、温度传感器、压力传感器、气体流量计连接，通过控制器实施监测采出气处理***工作状态，并实现对采出气处理***远程控制；所述控制器包括计算机、平板电脑以及其他具有控制功能的常规设备，所述信号接收器为具有信号接收、转化功能的常规设备。

所述降压开采具体实施为，通过供热井及生产井中电潜泵对井底抽水，通过油管与套管环空部分采气，通过变频器对井下电潜泵排量实施调节，当天然气产量过低或其他原因导致无经济效益后，将供热井场地面装置逐一拆除，并布置供热***。

所述步骤4中地面供给***，包括电源、变频器、连续油管装置及动力电缆，通过动力电缆将地面供给***逐一连接至供热井口，通过信号传输电缆将控制***与变频器相连接，用以实时监测变频器工作状态，并通过控制器对变频器实施远程控制；所述电源包括发电机、工业用电及各种常规电源，所述连续油管装置包括连续油管车或其他常规控制连续油管的设备。

所述步骤4中井下微波加热***，包括微波加热器、扶正器、封隔器及连续油管，在供热井底，依次将微波加热器、扶正器、封隔器由连续油管下入供热井内，微波加热器到达水平段之后将封隔器做封，所述扶正器可以是一个，也可以是多个，动力电缆位于连续油管内部；所述封隔器、扶正器为可与连续油管配套使用的常规设备；所述微波加热器为可连接于连续油管并具有微波发生功能的常规微波发生器，微波发生频率可根据实际储藏条件实施调整。

所述步骤5中加热开采具体实施过程为，通过微波加热器对天然气水合物层加热，并从生产井收集天然气及地层水，通过电源对微波加热器供给加热用电，通过变频器调整电源向微波加热器的输出功率，微波加热器在水平段为可移动的，通过调整连续油管下入井内的长度，可调节微波加热器在供热井水平段的位置，以实现不同位置、不同功率可调节式加热，并从生产井对天然气实施开采。

水平生产井采气过程中，通过控制供热井热量输出及生产井采出气、水排量，进而调整生产井动液面以及井底流压，使生产井井底流压保持1.5-4Mpa之间，通过调整合理的排采速度，控制采出气含水量、温度，以抑制井筒中形成天然气水合物，并保持较高的采气速度。

本发明实施例的有益效果在于：

1)本发明通过向目标储藏布置排式水平井网提高可采天然气水合物储量，相对于传统的直井井网、水平井井网，本发明排式水平井网能更大限度提高储藏中可采天然气水合物储量。

2)本发明首先通过降压法对供热井及生产井进行开采，以确保在后续微波加热开采时不会因为水合物大量分解而出现的井底压力过高、天然气流速过快对井下设备造成的危害，提高了天然气水合物开采的安全性。

3)本发明生产井底部设有存液腔，在微波加热开采过程中所生成的水会进入存液腔并经由电潜泵排出，使产出气避免在井下与水混合，可有效减少油套环空中天然气的含水量，增加气体上逸速度，进而提高生产效率。

4)相对于传统加热方法，使用微波加热器对天然气水合物储藏进行加热，热量损失小，能源利用率高，加热位置、时间、功率均可调节，且工作安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为水平井网同向对齐分布示意图。

图2为水平井网反向对齐分布示意图。

图3为水平井网同向错位分布示意图。

图4为水平井网反向错位分布示意图。

图5为水平段深度示意图。

图6为降压开采完井示意图。

图7为生产井地面布置示意图。

图8为供热井地面供给***示意图。

图9为井下微波加热***示意图。

附图标号：1、供热井 2、生产井 3、天然气水合物储层 4、上覆岩层 5、下覆岩层6、直井段 7、水平段 8、套管 9、油管 10、防砂装置 11、电潜泵 12、扶正器 13、存液腔 14、电源 15、动力电缆 16、变频器 17、生产井口 18、液体流量计 19、压力传感器 20、温度传感器 21、液体管线 22、调节阀门 23、采出水处理装置 24、储水装置 25、计量装置 26、输气管线 27、气体流量计 28、气液分离器 29、天然气处理设备 30、储运设备 31、控制器32、信号接收装置 33、信号传输电缆 34、连续油管装置 35、供热井口 36、连续油管 37、封隔器 38、微波加热器。

具体实施方式

本发明实施例提供一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，所述方法包括：结合地质资料，对目标储藏布置排式水平井网及配套完井作业，完井后通过水平井实施降压开采直至无经济效益，随后在供热井布置地面供给***及井下微波加热***，通过微波加热器对天然气水合物层进行加热，并从生产井对天然气及采出水进行收集。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、布置排式水平井网，结合地质资料，对目标储藏布置排式水平井网，水平井分为供热井及生产井，通过排式分布水平井来提高可动用天然气水合物储量，排式水平井网有以下几种排布方式：

如图1所示，图1为水平井网同向对齐分布示意图，供热井1与生产井2同向分布，供热井1水平段与生产井2水平段呈横向对齐分布。

如图2所示，图2为水平井网反向对齐分布示意图，供热井1与生产井2反向分布，供热井1水平段与生产井2水平段呈横向对齐分布。

如图3所示，图3为水平井网同向错位分布示意图，供热井1与生产井2同向分布，供热井1水平段与生产井2水平段呈横向错位分布，且供热井1脚跟处位于生产井2脚跟处后方。

如图4所示，图4为水平井网反向错位分布示意图，供热井1与生产井2反向分布，供热井1水平段与生产井2水平段呈横向错位分布，且供热井1脚跟处位于生产井2脚尖处前方。

供热井水平段与生产井水平段深度排布有以下几种方式，如图5所示，为水平段深度示意图：

图5A为供热井1水平段下入深度小于生产井2水平段下入深度，供热井1和生产井2水平段均在天然气水合物储层3中，上覆岩层4之下，下覆岩层5之上。

图5B为供热井1水平段下入深度等于生产井2水平段下入深度，供热井1和生产井2水平段均在天然气水合物储层3中，上覆岩层4之下，下覆岩层5之上。

图5C为供热井1水平段下入深度大于生产井2水平段下入深度，供热井1和生产井2水平段均在天然气水合物储层3中，上覆岩层4之下，下覆岩层5之上。

步骤2、完井作业，排式水平井网布置完成后进行配套完井作业，如图6所示降压开采完井示意图，所述直井段6钻入深度大于水平段7钻入深度，形成存液腔13；生产井2及供热井1水平段7完井均为裸眼完井；在供热井1及生产井2直井段6中下入电潜泵11，下入至直井段6底部存液腔13，并下入防砂装置10，通过油管9对井底抽水，通过油管9与套管8环空部分采气；具体实施过程为依次向水平井中下入防砂装置10、扶正器12、电潜泵11以及动力电缆，动力电缆图中未视。

步骤3、降压开采，配套完井作业后，布置生产井配套地面***，对供热井及生产井实施降压开采，直至无经济效益，如图7所示生产井地面布置示意图，所述生产井配套地面***包括供电***、采出水处理***、采出气处理***和控制***。

所述供电***包括电源14、变频器16，由动力电缆15与生产井口17油管9入口依次连接，通过调整变频器16输出功率，进而调整电潜泵11在井底排液速度。

所述采出水处理***包括储水装置24、采出水处理装置23、调节阀门22、温度传感器20、压力传感器19、液体流量计18，通过液体管线21与生产井口17油管9出口相连接，通过液体流量计18、压力传感器19及温度传感器20实时收集电潜泵11排液数据，通过调节阀门22对排水量实施控制，通过采出水处理装置23对采出水进行过滤、脱气处理，将过滤后的水供入储水装置24以待下一步处理，所述储水装置24内部设有计量装置25，用以监测储水装置24内部存水量。

所述采出气处理***包括储运设备30、天然气处理设备29、气液分离器28、调节阀门22、温度传感器20、压力传感器19、气体流量计27，依次经由输气管线26连接于生产井口17套管8出口，通过气体流量计27、压力传感器19及温度传感器20实时收集套管8采气数据，通过调节阀门22对采气量实施控制，通过气液分离器28对采出气进行气液分离处理，分离后的天然气供入天然气处理装置29进行下一步加工，包括过滤处理、脱硫处理、脱水处理，处理后的天然气供入储运设备30进行运输，所述气液分离器28、天然气处理设备29及储运设备30由输气管线26连接，并在管线上设有气体流量计27。

所述采出水处理装置23与气液分离器28之间通过输气管线26与液体管线21相连接，所述输气管线26上设有气体流量计27，所述液体管线21上设有液体流量计18，采出水处理装置23中脱气后产生的天然气供入气液分离器28，气液分离器28分离出的水供入采出水处理装置23进行下一步处理。

所述控制***包括控制器31和信号接收器32，通过信号传输电缆33与供电***中变频器16相连接，用以实时监测变频器16工作状态，并通过控制器31对变频器16实施远程控制，通过信号传输电缆33与采出水处理***中调节阀门22、温度传感器20、压力传感器19、液体流量计18、计量装置25连接，通过控制器31实施监测采出水处理***工作状态，并实现对采出水处理***远程控制，通过信号传输电缆33与采出气处理***中调节阀门22、温度传感器20、压力传感器19、气体流量计27连接，通过控制器31实施监测采出气处理***工作状态，并实现对采出气处理***远程控制。

步骤4、布置供热***，供热***包括地面供给***和井下微波加热***；降压开采后，将供热井场地面装置逐一拆除，并布置地面供给***，如图8所示供热井地面供给***示意图，依次将电源14、变频器16、连续油管装置34通过动力电缆15连接，将连续油管装置34与供热井口35相连接，控制器31、信号接收器32通过信号传输电缆33与变频器16相连接，用以实时监测变频器16工作状态，并通过控制器31对变频器16实施远程控制；如图9所示井下微波加热***示意图，依次将微波加热器38、扶正器12、封隔器37由连续油管36下入供热井1内，微波加热器38到达水平段7之后将封隔器37做封，动力电缆15位于连续油管36内部。

步骤5、加热开采，通过微波加热器对天然气水合物层加热，并从生产井收集天然气及地层水，通过电源14对微波加热器38供给加热用电，通过变频器16调整电源14向微波加热器38的输出功率，微波加热器38在水平段7为可移动的，通过调整连续油管36下入井内的长度，可调节微波加热器38在供热井水平段7的位置，以实现不同位置、不同功率可调节式加热，并从生产井2对天然气实施开采。

Claims (8)

1.一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1、布置排式水平井网，结合地质资料，对目标储藏布置排式水平井网，水平井分为供热井及生产井，通过排式分布水平井来提高可动用天然气水合物储量；

步骤2、完井作业，排式水平井网布置完成后进行配套完井作业；

步骤3、降压开采，配套完井作业后，布置生产井配套地面***，对供热井及生产井实施降压开采，直至无经济效益；

步骤4、布置供热***，供热***包括地面供给***和井下微波加热***；

步骤5、加热开采，通过微波加热***对天然气水合物层加热，并从生产井收集天然气及地层水。

2.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述排式水平井网中供热井与生产井水平段延伸方向可以是同向的，也可以是反向的。

3.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述供热井水平段深度与所述生产井水平段深度可以是等高的，所述供热井水平段也可以位于所述生产井水平段上方或下方。

4.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述配套完井作业分为直井段完井和水平段完井，所述直井段完井中直井段深度大于水平段，形成存液腔；所述水平段完井中生产井及供热井水平段完井均为裸眼完井。

5.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述降压开采为在供热井及生产井中下入电潜泵，通过油管对井底抽水，通过油管与套管环空部分采气。

6.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述降压开采中生产井配套地面***包括供电***、采出水处理***、采出气处理***和控制***，所述供电***包括电源、变频器；所述采出水处理***包括储水装置、采出水处理装置、调节阀门、温度传感器、压力传感器、液体流量计；所述采出气处理***包括储运设备、天然气处理设备、气液分离器、调节阀门、温度传感器、压力传感器、气体流量计；所述控制***包括控制器和信号接收器。

7.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述地面供给***包括电源、变频器、连续油管装置及动力电缆。

8.如权利要求1所述的一种排式水平井微波加热开采天然气水合物的方法，其特征在于，所述井下微波加热***包括微波加热器、扶正器、封隔器及连续油管。