CN111911117A - 一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱及其作业方法，包括分离气油管、分离液油管、液流转换器、液流旁通管线、ESP封隔器、防砂封隔器、灌装泵***、第一配产器、第二配产器和第三配产器；本发明通过设置利用地层能量加热进行可燃冰开采管柱，实现了开采过程中的水体加热，防止水合物二次形成及不动管柱的水合物开采层的热驱增温，节约了加热能耗。通过可调配产器实现了地热水与水合物的配比调节，从而实现采出温度控制。所设计的液流转换器实现了分离气及采出液的转向分流，便于管柱内部流体控制。

Description

一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱及其作业方法

技术领域

本发明属于可燃冰开采技术领域，尤其是涉及一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱及其作业方法。

背景技术

可燃冰在开采过程中，主要有降压法，热激化法，化学药剂注入法等。其中降压法是通过降低储层压力来促使可燃冰分解，抽出储层中的液态水或底部的游离气，导致地层压力降低，促使可燃冰分解，是目前水合物试采的主要方法。

降压法开采在井下实现了天然气和水的分离，在天然气举升至地面过程中，随着井筒内压力增大，有可能会再次形成水合物，堵塞管道，影响水合物开采。需要考虑在井下对分离的天然气进行加热，从而避免水合物的形成。

申请号201710027757的专利提出了一种利用电磁感应分解天然气水合物的实验室仪器，无法满足可燃冰的大规模工业化开采。申请号为201910128714.3的一种用于海底可燃冰开采的电磁加热装置需要利用地面能量进行电磁加热，功耗大，节能效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱及其作业方法。将下层地热水对水合物开采层进行加温，增加分离效率的同时对分离的天然气进行加温，从而防止二次水合物的形成。同时可以通过调节配产器水嘴，实现对水合物开采层不动管柱的热驱增温。该水合物开采管柱减少了地面能量的应用，可以通过配产器实时的对地热水进行配比，达到温度控制的目的，解决了传统的水合物开采需要地面进行加热的不足，充分利用地层能量，节约地面能源，为海上可燃冰的开采提供了一种新的管柱和方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱，包括分离气油管、分离液油管、液流转换器、液流旁通管线、ESP封隔器、防砂封隔器、灌装泵***、第一配产器、第二配产器和第三配产器；

所述分离气油管上端连接水面开采装置，所述分离气油管上设置有BOP及水下测试树，所述分离气油管下端与分离液油管的连接处设置有液流转换器和ESP封隔器，所述ESP封隔器上方形成采液环空，所述分离液油管上端通过液流转换器的分离液出口与所述采液环空连通，采液环空通过液流旁通管线连接至水面开采装置；

所述防砂封隔器设置于水合物开采层的上方，ESP封隔器和防砂封隔器之间形成采气环空，所述分离气油管下端通过液流转换器的分离气进口与所述采气环空连通；所述防砂封隔器上设置有管柱悬挂器，用于定位安装分离液油管，并且可供分离气通过，使采气环空与水合物开采层相连通；

所述分离液油管下端穿过水合物开采层伸入地热层中，所述分离液油管由上至下设置有第一配产器、灌装泵、第二配产器和第三配产器；所述第一配产器位于采气环空中，所述第二配产器位于水合物开采层，所述第三配产器位于地热层。

在上述技术方案中，所述第一配产器、第二配产器和第三配产器通过配产器控制电缆与水面开采装置连接。

一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱的作业方法，包括开采作业和地热驱作业，分别按照下列步骤进行：

一、开采作业

开启电泵，关闭第一配产器，打开第二、第三配产器，起泵后，水合物经过降压分解，水合物降压分解后的水与地热层水混合增温，通过电泵由分离液油管、液流旁通管线举升至地面，通过调节第二和第三配产器的水嘴开度比值，调节地热水占比，从而控制采出温度；而水合物降压分解后的气体通过采气环空、分离气油管采集至地面。

二、地热驱作业

关闭第二配产器，打开第一和第三配产器，关闭液流旁通管及井口，地热水通过第三配产器进入分离液油管，通过电泵增压，从第一配产器水嘴排出，进入采气环空，通过管柱悬挂器孔道进入水合物开采层位，从而实现水合物地层热驱增温。

本发明的优点和有益效果为：

通过设置利用地层能量加热进行可燃冰开采管柱，实现了开采过程中的水体加热，防止水合物二次形成及不动管柱的水合物开采层的热驱增温，节约了加热能耗。通过可调配产器实现了地热水与水合物的配比调节，从而实现采出温度控制。所设计的液流转换器实现了分离气及采出液的转向分流，便于管柱内部流体控制。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为水合物开采流程示意图。

图3为水合物地层热驱增温流程示意图。

其中：1、水面开采装置，2、液流旁通管线，3、BOP及水下测试树，4、分离气油管，5、ESP封隔器，6、分离液油管，7、第一配产器，8、套管，9、电泵电缆，10、灌装泵，11为管柱悬挂器，12、防砂封隔器，13、第二配产器，14、第三配产器，15、分离液出口，16、液流分离器，17、分离气进口，18、配产器控制电缆；

101、分离液流程，102、分离气流程，103、地热驱流程；

201、水合物开采层，202、地热层。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱，包括分离气油管、分离液油管、液流转换器、液流旁通管线、ESP封隔器、防砂封隔器、灌装泵***、第一配产器、第二配产器和第三配产器；

所述分离气油管上端连接水面开采装置，所述分离气油管上设置有BOP及水下测试树，所述分离气油管下端与分离液油管的连接处设置有液流转换器和ESP封隔器，所述ESP封隔器上方形成采液环空，所述分离液油管上端通过液流转换器的分离液出口与所述采液环空连通，采液环空通过液流旁通管线连接至水面开采装置；

所述防砂封隔器设置于水合物开采层的上方，ESP封隔器和防砂封隔器之间形成采气环空，所述分离气油管下端通过液流转换器的分离气进口与所述采气环空连通；所述防砂封隔器上设置有管柱悬挂器，用于定位安装分离液油管，并且可供分离气通过，使采气环空与水合物开采层相连通；

所述分离液油管下端穿过水合物开采层伸入地热层中，所述分离液油管由上至下设置有第一配产器、灌装泵、第二配产器和第三配产器；所述第一配产器位于采气环空中，所述第二配产器位于水合物开采层，所述第三配产器位于地热层。所述第一配产器、第二配产器和第三配产器通过配产器控制电缆与水面开采装置连接。

所述的油管悬挂器位于防砂封隔器上部，用于悬挂下部油管及进行管柱定位，其设置有过流通道，能够保证分离气及回注热水通过。

所述的液流转换器，通过设置内部通道实现转化器下部中心管内液体经过转化器流入上部油套环空。液流转换器下部油套环空分离气经过转换器进入上部中心管内，从而实现气体采集。

该管柱优势是利用一趟管柱进行气液分离，利用现有的液路旁通管进行排水工艺，该工艺简单，水合物、地热水通过配产器、泵工况实时监测井下情况，通过配产器实时调节水合物、地热水配比，保证安全、高效生产。若水合物层出砂，可通过调节水合物、地热水配比调节液体携砂能力，采用地热水增温，水体热量充足，节约能效。所述的配产器用于层段的分层开关，3套配产器采用单芯钢管电缆进行供电及控制，能够实时的对所处位置的温度、压力、流量等参数进行监测，同时可以单独的对指定配产器进行进水孔水嘴开度调节，满足实时测试、调控的需求。

所述的管柱设有2种开发方式。第一是正常生产时，关闭第一配产器，打开第二、第三配产器，起泵后，水合物经过降压分解，水合物降压分解后的水与地热层水混合增温，通过电潜泵举升至地面，热水用于油管加热，防止水合物二次形成。通过调节第二和第三配产器的水嘴开度比值，调节地热水占比，从而控制采出温度。而水合物降压分解后的气体通过采气环空、分离气油管采集至地面。第二是水合物层开采储层温度降低，该管柱可以实现不动管柱热驱增温，保证水合物开采所需地层温度。关闭第二配产器，打开第一和第三配产器，关闭液流旁通管及井口，地热水通过第三配产器进入中心管，通过电泵增压，从第一配产器水嘴排出，进入油套环空，通过管柱悬挂器孔道进入水合物开采层位，从而实现水合物地层热驱增温。

本发明的工作原理如下所述：

利用地层能量加热进行可燃冰开采的管柱，正常工作时，地热层采出高温水经过第三配产器的水嘴进入分离液油管。启动灌装泵，水合物开采层层位降压，水合物降压分解，分解的气体经过管柱悬挂器的通道进入上部油套空间，通过液流转换器进入ESP封隔器上部分离气油管内部，从而实现对气体的采集，气体流程如图2中102所示。水合物分离的水经过第二配产器的水嘴进入中心管，分离液与底层热水混合实现整体管柱加热，防止水合物二次形成，液体流经曲线如图2中101所示。第二配产器及第三配水器利用钢管电缆与地面进行通讯控制。其内部集成温度、压力、流量等传感器及水嘴调节机构。通过调节第二配产器的开度及第三配产器的开度配比，实现产液量的分配，从而实现了产液温度调节，保障中心管水体温度，实现对采出气加热，防止水合物二次形成。水合物开采过程中，水合物层出砂。调节第二配产器及第三配水器水嘴，增加进水量，从而提高携砂能力。

随水合物开采过程中水合物开采层温度下降，水合物分解效率降低。关闭第二配产器水嘴，打开第一配产器及第三配产器水嘴，关闭液流旁通管及井口。地热层采出液经第三配产器水嘴进入中心管，通过电泵增压，从第一配产器水嘴排出，进入油套环空，通过管柱悬挂器孔道进入水合物开采层位，从而实现不动管柱的水合物地层热驱增温。地热驱水流程如图3中103所示。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱，其特征在于：包括分离气油管、分离液油管、液流转换器、液流旁通管线、ESP封隔器、防砂封隔器、灌装泵***、第一配产器、第二配产器和第三配产器；

所述分离气油管上端连接水面开采装置，所述分离气油管上设置有BOP及水下测试树，所述分离气油管下端与分离液油管的连接处设置有液流转换器和ESP封隔器，所述ESP封隔器上方形成采液环空，所述分离液油管上端通过液流转换器的分离液出口与所述采液环空连通，采液环空通过液流旁通管线连接至水面开采装置；

所述防砂封隔器设置于水合物开采层的上方，ESP封隔器和防砂封隔器之间形成采气环空，所述分离气油管下端通过液流转换器的分离气进口与所述采气环空连通；所述防砂封隔器上设置有管柱悬挂器，用于定位安装分离液油管，并且可供分离气通过，使采气环空与水合物开采层相连通；

所述分离液油管下端穿过水合物开采层伸入地热层中，所述分离液油管由上至下设置有第一配产器、灌装泵、第二配产器和第三配产器；所述第一配产器位于采气环空中，所述第二配产器位于水合物开采层，所述第三配产器位于地热层。

2.根据权利要求1所述的一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱，其特征在于：所述第一配产器、第二配产器和第三配产器通过配产器控制电缆与水面开采装置连接。

3.一种利用地层能量加热的可燃冰开采管柱的作业方法，包括开采作业和地热驱作业，其特征在于，按照下列步骤进行：

一、开采作业

开启电泵，关闭第一配产器，打开第二、第三配产器，起泵后，水合物经过降压分解，水合物降压分解后的水与地热层水混合增温，通过电泵由分离液油管、液流旁通管线举升至地面，通过调节第二和第三配产器的水嘴开度比值，调节地热水占比，从而控制采出温度；而水合物降压分解后的气体通过采气环空、分离气油管采集至地面；

二、地热驱作业

关闭第二配产器，打开第一和第三配产器，关闭液流旁通管及井口，地热水通过第三配产器进入分离液油管，通过电泵增压，从第一配产器水嘴排出，进入采气环空，通过管柱悬挂器孔道进入水合物开采层位，从而实现水合物地层热驱增温。

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