一種海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海洋天然氣水合物單井降壓試開采方法，包括綜合監(jiān)測井鉆井階段、生產(chǎn)井淺部鉆井階段、分解監(jiān)測井鉆井階段、鉆心采樣階段、環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段、生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段、封井與設(shè)備回收階段等7個(gè)階段。本方法具有生產(chǎn)井、綜合監(jiān)測井、分解監(jiān)測井和環(huán)境監(jiān)測裝置，即能夠獲得全面開采數(shù)據(jù)又保證了天然氣水合物開采的安全；本發(fā)明的方法由于采用兩口監(jiān)測井對(duì)生產(chǎn)井的開采進(jìn)行全程監(jiān)測，可以獲得試開采過程的地層溫度變化、水合物層內(nèi)流動(dòng)數(shù)據(jù)等，可以保證天然氣水合物試開采井的安全運(yùn)行；本發(fā)明的方法中生產(chǎn)井采用分段鉆進(jìn)、固井，可以防止水合物井壓突然升高造成井噴，保證生產(chǎn)井的安全。
【專利說明】一種海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海底油氣資源的開采方法，特別是涉及一種海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)及方法，屬于海洋油氣藏資源開采【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物廣泛分布于海洋大陸架沉積層中，是一種儲(chǔ)量巨大的清潔能源，21世紀(jì)有望成為替代石油、煤炭的主要能源。目前最具有應(yīng)用前景的海洋天然氣水合物開采方法是降壓法，即通過鉆井使地層壓力降低，天然氣水合物分解，分解氣和水在泵的抽提下沿井筒上升至水面開采平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)天然氣的持續(xù)生產(chǎn)。降壓法，不需要額外的分解能量，是一種具有較高經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境友好的天然氣水合物開采方法。
[0003]在進(jìn)行海洋天然氣水合物開采鉆井時(shí)，傳統(tǒng)鉆井技術(shù)的設(shè)備、工程設(shè)計(jì)、施工工藝等都需要改進(jìn)。目前大多數(shù)研究人員預(yù)想的海洋天然氣水合物開采鉆井過程包括三個(gè)階段:
[0004]第一階段，獲取天然氣水合物巖心，以分析海底沉積層中天然氣水合物的賦存狀態(tài)。
[0005]第二階段，開采，以試驗(yàn)?zāi)康臑橹?，主要評(píng)價(jià)開采的穩(wěn)定性、安全性。
[0006]第三階段，大量開采，即穩(wěn)定生產(chǎn)過程。
[0007]根據(jù)海洋天然氣水合物開采鉆井的要求，一般認(rèn)為采用鉆探船或者半潛式鉆井平臺(tái)等浮式鉆井平臺(tái)更加適用于海洋天然氣水合物開采。從目前的海洋鉆井技術(shù)水平來看，可以從第一階段和第二階段開展初步的嘗試，即在天然氣水合物充分發(fā)育的海域開展獲取巖心、單井開采的初步探索。然而，天然氣水合物的開采不同于常規(guī)海洋油氣開采，目前也沒有海洋天然氣水合物開采的鉆井實(shí)例，針對(duì)海洋天然氣水合物開采如何進(jìn)行布井也沒有十分明確的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)海洋天然氣水合物鉆心取樣和開采中的技術(shù)不足和缺陷，提供一種海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)及方法，可以實(shí)現(xiàn)海洋天然氣水合物的鉆心取樣和安全開米。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)，整個(gè)開采系統(tǒng)包括綜合監(jiān)測井、生產(chǎn)井、分解監(jiān)測井、鉆心采樣井和環(huán)境監(jiān)測裝置，共五個(gè)部分；
[0011](I)綜合監(jiān)測井包括綜合監(jiān)測井套管、綜合監(jiān)測井傳感器、綜合監(jiān)測井固井水泥、綜合監(jiān)測井井口裝置和綜合監(jiān)測井電纜；綜合監(jiān)測井穿透水合物層鉆進(jìn)至下覆層頂部，綜合監(jiān)測井套管外壁設(shè)有傳感器，固井水泥用于固井，井口裝置設(shè)于井口并通過數(shù)據(jù)電纜至水面開采平臺(tái)。
[0012](2)生產(chǎn)井包括生產(chǎn)井套管、生產(chǎn)井固井水泥、生產(chǎn)井井口保護(hù)裝置、生產(chǎn)井防井噴裝置、生產(chǎn)井防砂裝置、潛水泵、氣水封隔器、天然氣管路和水管路。生產(chǎn)井分為淺部生產(chǎn)井和深部生產(chǎn)井二部分，淺部生產(chǎn)井鉆進(jìn)至蓋層底部，下套管，固井水泥固井后設(shè)置井口保護(hù)裝置。深部生產(chǎn)井則先移除淺部生產(chǎn)井的井口保護(hù)裝置，設(shè)置防井噴裝置和氣水舉升器，繼續(xù)鉆進(jìn)生產(chǎn)井至水合物上層，下套管、固井，設(shè)置防砂裝置，設(shè)置水泵、氣水封隔器等水下設(shè)備，連接天然氣管路和水管路，連接綜合監(jiān)測井和分解監(jiān)測井的電纜。
[0013](3)分解監(jiān)測井鉆井包括分解監(jiān)測井套管、分解監(jiān)測井傳感器、分解監(jiān)測井固井水泥、分解監(jiān)測井井口裝置和分解監(jiān)測井電纜；分解監(jiān)測井鉆進(jìn)至水合物層底部不穿透，然后下套管，套管外壁設(shè)有傳感器，固井水泥固井后，最后設(shè)置井口裝置，連接電纜至水面開采
T D O
[0014](4)鉆心采樣井:鉆心采樣井鉆進(jìn)至水合物層，采用保壓采樣裝置(PTCS)采樣。
[0015](5)環(huán)境監(jiān)測裝置:環(huán)境監(jiān)測裝置由在海底鋪設(shè)的甲烷泄漏和地震監(jiān)測傳感器陣列構(gòu)成，通過數(shù)據(jù)電纜連接至水面開采平臺(tái)。
[0016]上述的五個(gè)部分共同配合構(gòu)成海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)。
[0017]上述開采系統(tǒng)的開采過程包括綜合監(jiān)測井鉆井階段、生產(chǎn)井淺部鉆井階段、分解監(jiān)測井鉆井階段、鉆心采樣階段、環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段、生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段、封井與設(shè)備回收階段等7個(gè)階段。各階段具體如下:
[0018]一、綜合監(jiān)測井鉆井階段:綜合監(jiān)測井穿透水合物層鉆進(jìn)至下覆層頂部(可采用隨鉆錄井進(jìn)行測井)，鉆井完成后下綜合監(jiān)測井套管；綜合監(jiān)測井套管外壁設(shè)有溫度傳感器、光纖傳感器等傳感器，作為監(jiān)測設(shè)備；用固井水泥固井后，再設(shè)置井口裝置，連接數(shù)據(jù)電纜至水面開采平臺(tái)，完成測井?dāng)?shù)據(jù)采集后封閉井口，斷開數(shù)據(jù)電纜連接。
[0019]二、生產(chǎn)井淺部鉆井階段:生產(chǎn)井淺部鉆井鉆進(jìn)至蓋層底部，下套管，固井水泥固井后設(shè)置井口保護(hù)裝置。
[0020]三、分解監(jiān)測井鉆井階段:分解監(jiān)測井鉆進(jìn)至水合物層底部不穿透，然后下套管，套管外壁設(shè)有傳感器，固井水泥固井后，最后設(shè)置井口裝置，連接電纜至水面開采平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)采集后關(guān)井，斷開電纜連接。
[0021]四、鉆心采樣階段:鉆心井鉆進(jìn)至水合物層，采用保壓采樣裝置(PTCS)采樣，采樣完成后直接封井。
[0022]五、環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段:在海底鋪設(shè)甲烷泄漏和地震監(jiān)測傳感器陣列，連接數(shù)據(jù)電纜至水面開采平臺(tái)。
[0023]六、生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段:首先通過綜合監(jiān)測井采集地層數(shù)據(jù)，然后移除生產(chǎn)井淺部鉆井井口的保護(hù)裝置，設(shè)置防井噴裝置和氣水舉升器，繼續(xù)鉆進(jìn)生產(chǎn)井至水合物上層，下套管、固井，設(shè)置防砂裝置，設(shè)置水泵、氣水封隔器等水下設(shè)備，連接天然氣管路和水管路，連接綜合監(jiān)測井和分解監(jiān)測井的電纜，開始開采。
[0024]七、封井與設(shè)備回收階段:生產(chǎn)井的防井噴裝置在開采結(jié)束后操作關(guān)井，抑制井壓使水合物停止分解，斷開與水面開采平臺(tái)的連接，切斷套管然后封井，通過綜合監(jiān)測井采集地層數(shù)據(jù)，回收綜合監(jiān)測井的井口設(shè)備、封井，回收環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，待分解監(jiān)測井監(jiān)測到地層溫度恢復(fù)穩(wěn)定后回收分解監(jiān)測井井口設(shè)備、封井，完成整個(gè)開采過程。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]1.本發(fā)明的方法具有生產(chǎn)井、綜合監(jiān)測井、分解監(jiān)測井和環(huán)境監(jiān)測裝置，即能夠獲得全面開采數(shù)據(jù)又保證了天然氣水合物開采的安全；
[0027]2.本發(fā)明的方法由于采用兩口監(jiān)測井對(duì)生產(chǎn)井的開采進(jìn)行全程監(jiān)測，可以獲得開采過程的地層溫度變化、水合物層內(nèi)流動(dòng)數(shù)據(jù)等，可以保證天然氣水合物開采井的安全運(yùn)行；
[0028]3.本發(fā)明的方法中生產(chǎn)井采用分段鉆進(jìn)、固井，可以防止水合物井壓突然升高造成井噴，保證生產(chǎn)井的安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的整體布井圖。
[0030]圖2是綜合監(jiān)測井鉆井階段示意圖。
[0031]圖3是生產(chǎn)井淺部鉆井階段示意圖。
[0032]圖4是分解監(jiān)測井鉆井階段示意圖。
[0033]圖5是鉆心采樣階段示意圖。
[0034]圖6是環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段示意圖。
[0035]圖7是生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段示意圖。
[0036]圖8是封井與設(shè)備回收階段示意圖。
[0037]圖中:1綜合監(jiān)測井；2鉆心采樣井；3生產(chǎn)井；4分解監(jiān)測井；5環(huán)境監(jiān)測裝置；
[0038]11綜合監(jiān)測井套管；12綜合監(jiān)測井傳感器；13綜合監(jiān)測井固井水泥；
[0039]14綜合監(jiān)測井井口裝置；15綜合監(jiān)測井電纜；
[0040]21生產(chǎn)井套管；22生產(chǎn)井固井水泥；23生產(chǎn)井井口保護(hù)裝置；
[0041]31分解監(jiān)測井套管；32分解監(jiān)測井傳感器；33分解監(jiān)測井固井水泥；34分解監(jiān)測井井口裝置；35分解監(jiān)測井電纜；
[0042]41水合物采樣鉆頭；
[0043]51環(huán)境監(jiān)測裝置傳感器；
[0044]61生產(chǎn)井防井噴裝置；62生產(chǎn)井防砂裝置；63潛水泵；64氣水封隔器；65天然氣管路；66水管路。
具體實(shí)施方案
[0045]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0046]系統(tǒng)包括如圖1所示的綜合監(jiān)測井1，鉆心采樣井2，生產(chǎn)井3，分解監(jiān)測井4和環(huán)境監(jiān)測裝置5。各個(gè)階段的鉆井及開采過程如下:
[0047]I).如圖2所示，在確定了開采鉆位后開始鉆綜合監(jiān)測井1，采用隨鉆錄井鉆頭11進(jìn)行鉆進(jìn)，穿透水合物層鉆進(jìn)至下覆層頂部，鉆井完成后下套管12，套管外壁設(shè)有溫度傳感器13等監(jiān)測設(shè)備，然后固井，最后設(shè)置井口設(shè)備14，連接數(shù)據(jù)電纜15至水面開采平臺(tái)，完成測井?dāng)?shù)據(jù)采集后封閉井口，斷開數(shù)據(jù)電纜連接；
[0048]2)如圖3所示，所述生產(chǎn)井淺部鉆井階段中，生產(chǎn)井分兩段鉆井鉆進(jìn)至蓋層底部，下套管21、用固井水泥22固井后設(shè)置井口保護(hù)裝置23 ；
[0049]3).如圖4所示，所述分解監(jiān)測井鉆井階段中，鉆進(jìn)至水合物層底部不穿透，然后下套管31 (套管外壁設(shè)有傳感器32)、用固井水泥33固井，最后設(shè)置井口設(shè)備34，連接電纜35至水面開采平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)采集后關(guān)井，斷開電纜連接；
[0050]4).如圖5所示，所述鉆心采樣階段中，鉆進(jìn)至水合物層，采用保壓采樣裝置(PTCS) 41對(duì)水合物采樣，采樣完成后直接封井；
[0051]5).如圖6所示，所述環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段中，鋪設(shè)海底甲烷泄漏和地震監(jiān)測傳感器陣列51 ；
[0052]6).如圖7所示，所述生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段中，首先通過綜合監(jiān)測井采集地層數(shù)據(jù)，然后移除生產(chǎn)井井口保護(hù)裝置，設(shè)置防井噴裝置61和氣水舉升器，繼續(xù)鉆進(jìn)生產(chǎn)井至水合物上層，下套管、固井，設(shè)置防砂裝置62，設(shè)置水泵63、氣水封隔器64等水下設(shè)備，連接氣體管路65和水管路66，連接綜合監(jiān)測井和分解監(jiān)測井的電纜，開始開采；
[0053]7).如圖8所示，所述封井與設(shè)備回收階段中，生產(chǎn)井的防井噴裝置在開采結(jié)束后操作關(guān)井，抑制井壓使水合物停止分解，斷開與水面開采平臺(tái)的連接，切斷套管然后封井，通過綜合監(jiān)測井采集地層數(shù)據(jù)，回收綜合監(jiān)測井的井口設(shè)備、封井，回收環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，待分解監(jiān)測井監(jiān)測到地層溫度恢復(fù)穩(wěn)定后回收分解監(jiān)測井井口設(shè)備、封井，完成整個(gè)開采過程。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋天然氣水合物單井降壓開采系統(tǒng)，其特征在于，整個(gè)開采系統(tǒng)包括綜合監(jiān)測井、生產(chǎn)井、分解監(jiān)測井、鉆心采樣井和環(huán)境監(jiān)測裝置，共五個(gè)部分，名部分具體如下: (1)綜合監(jiān)測井鉆井 綜合監(jiān)測井鉆井包括綜合監(jiān)測井套管、綜合監(jiān)測井傳感器、綜合監(jiān)測井固井水泥、綜合監(jiān)測井井口裝置和綜合監(jiān)測井電纜；綜合監(jiān)測井穿透水合物層鉆進(jìn)至下覆層頂部，綜合監(jiān)測井套管外壁設(shè)有傳感器，固井水泥用于固井，井口裝置設(shè)于井口并通過數(shù)據(jù)電纜至水面開采平臺(tái)； (2)生產(chǎn)井 生產(chǎn)井分為淺部生產(chǎn)井和深部生產(chǎn)井二部分，包括生產(chǎn)井套管、生產(chǎn)井固井水泥、生產(chǎn)井井口保護(hù)裝置、生產(chǎn)井防井噴裝置、生產(chǎn)井防砂裝置、潛水泵、氣水封隔器、天然氣管路和水管路；淺部生產(chǎn)井鉆進(jìn)至蓋層底部，下套管，固井水泥固井后設(shè)置井口保護(hù)裝置；深部生產(chǎn)井則先移除淺部生產(chǎn)井的井口保護(hù)裝置，設(shè)置防井噴裝置和氣水舉升器，繼續(xù)鉆進(jìn)生產(chǎn)井至水合物上層，下套管、固井，設(shè)置防砂裝置，設(shè)置水泵、氣水封隔器，連接天然氣管路和水管路，連接綜合監(jiān)測井和分解監(jiān)測井的電纜； (3)分解監(jiān)測井鉆井 分解監(jiān)測井鉆井包括分解監(jiān)測井套管、分解監(jiān)測井傳感器、分解監(jiān)測井固井水泥、分解監(jiān)測井井口裝置和分解監(jiān)測井電纜；分解監(jiān)測井鉆進(jìn)至水合物層底部不穿透，然后下套管，套管外壁設(shè)有傳感器，固井水泥固井后，最后設(shè)置井口裝置，連接電纜至水面開采平臺(tái)； (4)鉆心采樣井 鉆心采樣井鉆進(jìn)至水合物層，采用保壓采樣裝置采樣； (5)環(huán)境監(jiān)測裝置 環(huán)境監(jiān)測裝置由在海底鋪設(shè)的甲烷泄漏和地震監(jiān)測傳感器陣列構(gòu)成，通過數(shù)據(jù)電纜連接至水面開采平臺(tái)。
2.一種海洋天然氣水合物單井降壓開采方法，包括綜合監(jiān)測井鉆井階段、生產(chǎn)井淺部鉆井階段、分解監(jiān)測井鉆井階段、鉆心采樣階段、環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段、生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段，封井與設(shè)備回收階段，共七個(gè)階段，其特征在于: 一、綜合監(jiān)測井鉆井階段:綜合監(jiān)測井穿透水合物層鉆進(jìn)至下覆層頂部，鉆井完成后下綜合監(jiān)測井套管；綜合監(jiān)測井套管外壁設(shè)有溫度傳感器、光纖傳感器等傳感器，作為監(jiān)測設(shè)備；用固井水泥固井后，再設(shè)置井口裝置，連接數(shù)據(jù)電纜至水面開采平臺(tái)，完成測井?dāng)?shù)據(jù)采集后封閉井口，斷開數(shù)據(jù)電纜連接； 二、生產(chǎn)井淺部鉆井階段:生產(chǎn)井淺部鉆井鉆進(jìn)至蓋層底部，下套管，固井水泥固井后設(shè)置井口保護(hù)裝置； 三、分解監(jiān)測井鉆井階段:分解監(jiān)測井鉆進(jìn)至水合物層底部不穿透，然后下套管，套管外壁設(shè)有傳感器，固井水泥固井后，最后設(shè)置井口裝置，連接電纜至水面開采平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)采集后關(guān)井，斷開電纜連接； 四、鉆心采樣階段:鉆心井鉆進(jìn)至水合物層，采用保壓采樣裝置采樣，采樣完成后直接封井; 五、環(huán)境監(jiān)測裝置安裝階段:在海底鋪設(shè)甲烷泄漏和地震監(jiān)測傳感器陣列，連接數(shù)據(jù)電纜至水面開采平臺(tái)；六、生產(chǎn)井深部鉆井與開采階段:首先通過綜合監(jiān)測井采集地層數(shù)據(jù)，然后移除生產(chǎn)井淺部鉆井井口的保護(hù)裝置，設(shè)置防井噴裝置和氣水舉升器，繼續(xù)鉆進(jìn)生產(chǎn)井至水合物上層，下套管、固井，設(shè)置防砂裝置，設(shè)置水泵、氣水封隔器等水下設(shè)備，連接天然氣管路和水管路，連接綜合監(jiān)測井和分解監(jiān)測井的電纜，開始開采； 七、封井與設(shè)備回收階段:生產(chǎn)井的防井噴裝置在開采結(jié)束后操作關(guān)井，抑制井壓使水合物停止分解，斷開與水面開采平臺(tái)的連接，切斷套管然后封井，通過綜合監(jiān)測井采集地層數(shù)據(jù)，回收綜合監(jiān)測井的井口設(shè)備、封井，回收環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，待分解監(jiān)測井監(jiān)測到地層溫度恢復(fù)穩(wěn)定后回收分 解監(jiān)測井井口設(shè)備、封井，完成整個(gè)開采過程。
【文檔編號(hào)】E21B43/01GK103982163SQ201410191355
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】劉瑜, 宋永臣, 趙佳飛, 劉衛(wèi)國, 楊明軍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)