专利名称：井下气水分离水回注开采海底水合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种天然气水合物开采方法。
背景技术：
随着油气资源的巨大消耗，人类在21世纪后期将面临油气资源的巨大危机。特别是中国作为能源消耗大国，年原油进口已经超过一亿吨。国内陆上油气田的产量勉强保持稳定，专家估计短期内很难再有重大突破。而天然气水合物作为一种替代能源，正在被世界各国的科学家所青睐。
天然气水合物是由天然气和水分子组成的类冰状的固态结晶体，天然气主要由甲烷组成，故也称为甲烷水合物。因含大量的甲烷气体而具有极强的燃烧力，可以直接燃烧，所以又俗称为“可燃冰”。天然气水合物的能量密度很高，据理论计算1m3的饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164m3的甲烷气体，是其它非常规气源岩(诸如煤层气、黑色页岩)能量密度的10倍，为常规天然气能量密度的2～5倍，相当于0.164吨石油的能量。另外，天然气水合物燃烧只产生二氧化碳和水，不会污染环境，是一种难得的绿色洁净能源。
最重要的是，天然气水合物的储量非常丰富。根据天然气水合物存在的稳定条件分析，陆地上20.7％和大洋底90％的地区具有形成天然气水合物的有利条件，据此估计全球天然气水合物中的甲烷碳含量达1016kg或含有20×1015m3的甲烷气，相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等常规化石燃料总碳储量的两倍。
综合各国科学家提出的天然气水合物开采的方法，主要包括(1)加热法，是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体泵入天然气水合物储层，通过热量传递、温度升高促使水合物分解；(2)降压法，是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；(3)化学剂法，将盐水、甲醇、乙醇等化学剂从井孔泵入地层后，可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，引起天然气水合物的分解。以上各种开采技术都有其本身的局限性，如加热法热损失大、效率低，降压法开采速度慢，化学剂法费用昂贵等。从以上各方法的使用来看，单单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达到对天然气水合物的经济有效的开采。
目前，各国关于天然气水合物的研究只是处于试验阶段，还没有达到商业开采的阶段。到目前为止，还没有一种可以用来开采天然气水合物的具体而有效的方法。实际投入生产尚有争议的只有俄罗斯西伯利亚的麦索雅哈气田，利用降压和注入抑制剂的方法已经生产了20年。
另外，在水合物生产过程中，必然产生大量的水(1立方米水合物分解产生0.8立方米的水)。液态水必然会大量的随天然气在井筒中产出，如何经济地处理这些产出的水仍然还在探索当中。
鉴于以上原因，本发明在充分考虑各种天然气水合物开采方法的优点和不足的基础上，提出了一种经济、环保、高效地大规模开采海底天然气水合物的工艺方法，为水合物的开采开辟了一条新的途径。
发明内容
本发明的目的是要提供一种经济、环保、高效地可用于大规模开采海底天然气水合物的工艺方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的要点是利用离心分离原理，在水合物产出井井下安装特制离心气锚，使天然气与产出水分离，再利用高压泵将水泵入水合物层下部合适高渗层。天然气在离心力作用下与水分离后，在油套环空中产出至平台。
本发明利用了离心分离原理。由于密度的差异，在螺旋场中天然气与水所受到的离心力不同，向心加速度不同。我们在井底制造一个螺旋场，使产出液在外筒与中心筒环空中进行螺旋式旋转，则天然气由于受离心力较小，在环空中沿井壁上升，而产出水在油套环空中下降，在底部被吸入油管后泵入地层。
本发明充分利用井下空间，节约平台空间。将气水分离放在井下进行，有利于产出液的平台处理，提高了采气平台的利用效率。
本发明将分离出的水直接泵入地下，省去了上返至平台再处理的过程，有效节约了平台空间，简化了采气设备。
本发明采用井下气水分离、产出水回注技术，充分利用了井底空间，设备简单、操作方便、科学环保，可以应用于大规模地开采海底水合物。
图1 是本发明实施例的工作原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明本发明所采用的装置包括以下部分1、高压注水泵 2、封隔器 3、中心管4、套管 5、外筒(油管)6、螺旋流道 7、排气孔 8、排液孔 9、进液孔如附图1所示，首先利用深水钻井技术把注水井钻过水合物层后，继续延伸至某一渗透率较高地层。水合物井段采用防砂的方式完井。
气水混合液从封隔器2的中心管进入螺旋流道6，加速紊流化，使小气泡汇聚成大气泡，由于气水密度的差异，在离心力的作用下，水逐渐汇集在螺旋流道6的外侧，经中上部的排液孔8排到油套环空中，向下回流，经进液孔9沿中心管3进泵，经高压注水泵1将产出水泵入地层。天然气逐渐汇集在螺旋流道内侧，在顶部形成气帽后，以连续的气流从顶部的排气孔7顺利通过油套环空和套管放气阀门到达平台进行处理。
权利要求
1.一种开采海底天然气水合物的方法，其特征在于包括以下工艺步骤(1)单井组成，井下下气锚，天然气与水的分离在井下进行；(2)单井在钻穿水合物层后，继续向下钻至高渗地层，以便于产出水的回注；(3)为提高井筒附近水合物层的渗透率，注采前采气井应放喷采气，加快水合物分解，增加井筒附近砂体的连通性；(4)水合物井段进行防砂完井(如砾石充填)；(5)用泵将分离出的产出水直接回注地层，节约空间及设备，避免环境污染。
2.如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于水合物开采井下气锚，利用离心力原理在井下进行气水分离。
3.如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于在气水分离过程中，利用气水的密度差异，旋转时离心力不同原理。
4.如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于水合物层用防砂装置完井，以有效地把产砂挡在储层。
5.如权利要求1所述的开采海底天然气水合物的方法，其特征在于产出水与天然气分离后，直接回注地层，避免了向海洋中排污。
全文摘要
本发明提供了一种开采海底水合物的方法。该方法包括以下步骤单井产出的天然气和水混合液从封隔器的中心管进入螺旋流道，加速紊流化，使小气泡汇聚成大气泡。由于气水密度的差异，在离心力的作用下，水逐渐汇集在螺旋流道的外侧，经中上部的排液孔排到油套环空中，向下回流，经进液孔沿中心管进泵，经高压泵将产出水泵入地层。天然气逐渐汇集在螺旋流道内侧，在顶部形成气帽后，以连续的气流从顶部的排气孔顺利通过油套环空和套管放气阀门到达平台进行处理。本发明将气水在井下进行分离，并同时将产出液体回注，较好地克服了现有开采海底水合物各种方法的弊端，科学环保，可以应用于大规模地开采海底水合物。
文档编号E21B43/40GK1944950SQ200610069870
公开日2007年4月11日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者任韶然, 王瑞和, 张卫东, 刘永军 申请人:中国石油大学(华东)