深水天然气水合物开采系统和深水天然气水合物开采方法与流程

本发明涉及能源领域，具体地，涉及深水天然气水合物开采系统，还涉及深水天然气水合物开采方法。

背景技术：

天然气水合物是甲烷等烃类气体与水在高压低温条件下形成的笼形化合物，俗称可燃冰。天然气水合物主要分布在冻土带和海洋大陆坡500米-3000米水深的深水区，其中约95％储存在海洋深水区域。目前，天然气水合物的开采方法主要有注热开采法、降压开采法、注化学试剂开采法和二氧化碳置换法等。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供深水天然气水合物开采系统和深水天然气水合物开采方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种深水天然气水合物开采系统，所述深水天然气水合物开采系统包括：能够设在浅水的钻采平台；和大位移井，所述大位移井的第一端部设在所述钻采平台上，所述大位移井的第二端部能够伸入到深水天然气水合物储层内。

根据本发明实施例的深水天然气水合物开采系统具有产量高、建设成本低、风险小的优点。

优选地，所述大位移井包括：竖直段，所述竖直段的上端部设在所述钻采平台上；和开采段，所述开采段的第一端部与所述竖直段的下端部相连，所述开采段的第二端部能够伸入到所述深水天然气水合物储层内。

优选地，所述大位移井进一步包括过渡段，所述过渡段的第一端部与所述竖直段的下端部相连，所述过渡段的第二端部与所述开采段的第一端部相连。

优选地，所述开采段的至少一部分位于所述深水天然气水合物储层内，优选地，所述大位移井的水平位移与垂深之比大于等于。

优选地，所述开采段包括能够伸入到自由天然气储层内的第一开采部以及能够伸入到所述深水天然气水合物储层内的第二开采部。

优选地，所述大位移井为多个，每个所述大位移井的第一端部设在所述钻采平台上，多个所述大位移井的第二端部能够一一对应地伸入到多个深水天然气水合物储层内。

优选地，所述大位移井包括：外井筒，所述外井筒的第一端部设在所述钻采平台上，所述外井筒的第二端部能够伸入到深水天然气水合物储层内；和内井筒，所述内井筒的至少一部分设在所述外井筒内，所述内井筒的远离所述钻采平台的端部能够伸入到所述深水天然气水合物储层内。

本发明第二方面提供深水天然气水合物开采方法，所述深水天然气水合物开采方法包括以下步骤：在浅水设置钻采平台；和基于所述钻采平台向深水天然气水合物储层钻井以便形成大位移井，利用所述大位移井开采所述深水天然气水合物储层中的天然气水合物。

根据本发明实施例的深水天然气水合物开采方法具有产量高、建设成本低、风险小的优点。

优选地，基于同一个所述钻采平台向多个深水天然气水合物储层钻井以便形成多个大位移井，通过多个所述大位移井开采多个所述深水天然气水合物储层中的天然气水合物。

优选地，所述深水天然气水合物开采方法进一步包括：通过所述大位移井向所述深水天然气水合物储层注入化学试剂、二氧化碳和用于加热的流体中的至少一者。

优选地，所述深水天然气水合物开采方法包括以下步骤：在浅水设置钻采平台；基于所述钻采平台向深水天然气水合物储层钻井以便形成大位移井，其中所述大位移井穿过自由天然气储层；从所述自由天然气储层采出天然气，以便通过所述大位移井降低所述深水天然气水合物储层的压力；和利用降压开采法开采所述深水天然气水合物储层中的天然气水合物。

附图说明

图1是根据本发明实施例的深水天然气水合物开采系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的深水天然气水合物开采系统1。如图1所示，根据本发明实施例的深水天然气水合物开采系统1包括大位移井20和能够设在浅水的钻采平台10。

大位移井20的第一端部设在钻采平台10上，大位移井20的第二端部210能够伸入到深水天然气水合物储层2内，以便开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。其中，浅水是指水深度小于500米的区域。

由于大位移井20具有非常大的水平位移，因此大位移井20具有非常大的采气面积，从而可以显著地提高天然气的单井产量。

根据本发明实施例的深水天然气水合物开采系统1通过设置大位移井20，从而可以将钻采平台10建造在海洋的浅水区。由此不仅无需使用昂贵的浮式作业平台，而且可以将深水水下井口移至位于浅水区的钻采平台10上，无须建立水下井口和相应的浮式钻采系统，从而不仅可以大幅度降低建井工程成本，而且能够避免很多工程、地质和井控风险，特别有利于安全环保以及后续生产操作和维护。

而且，由于钻采平台10位于浅水区，因此大位移井20的一部分位于浅水区的地层内。由于同一垂直深度下或相近垂直深度下浅水区地层的地温比深水区地层的地温高出很多，因此浅水区的地层的热量可以通过大位移井20传递到深水天然气水合物储层2。深水天然气水合物开采系统1在利用降压开采法开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物时，通过大位移井20传递到深水天然气水合物储层2的热量可以延长开采时间，进而可任意提高开采效率。

因此，根据本发明实施例的深水天然气水合物开采系统1具有产量高、建设成本低、风险小、便于生产操作和维护等优点，可望实现深水天然气水合物资源的大规模商业开采。

钻采平台10可以通过已知的方式建造在海洋的浅水区，这与本申请的发明点无关，因此不再详细地描述。优选地，钻采平台10可以是固定式钻采平台。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，大位移井20可以包括竖直段220和开采段230，竖直段220的上端部设在钻采平台10上。开采段230的第一端部与竖直段220的下端部相连，开采段230的第二端部231能够伸入到深水天然气水合物储层2内，以便开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。

如图1所示，大位移井20进一步包括过渡段240，过渡段240的第一端部与竖直段220的下端部相连，过渡段240的第二端部与开采段230的第一端部相连。由此可以使大位移井20的结构更加合理。

优选地，开采段230的至少一部分位于深水天然气水合物储层2内。由此可以进一步增加大位移井20的采气面积，从而可以进一步提高天然气的单井产量。优选地，大位移井20的水平位移与垂深之比大于等于2。由此可以进一步增加大位移井20的采气面积，从而可以进一步提高天然气的单井产量。

如图1所示，在本发明的一些示例中，开采段230包括能够伸入到自由天然气储层3内的第一开采部232以及能够伸入到深水天然气水合物储层2内的第二开采部233。换言之，大位移井20能够穿过自由天然气储层3，大位移井20能够伸入到深水天然气水合物储层2内。由此可以实现同时开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物和自由天然气储层3中的天然气。

由于大位移井20的第一开采部232位于自由天然气储层3内，因此大位移井20可以开采自由天然气储层3中的天然气。随着自由天然气储层3中的天然气通过大位移井20被排出，从而可以降低深水天然气水合物储层2的压力，由此可以在不设置降压(减压)装置的情况下，实现对深水天然气水合物储层2的降压开采，即在开采自由天然气的同时实现对深水天然气水合物的降压开采。

在本发明的一个实施例中，大位移井20为多个，每个大位移井20的第一端部设在钻采平台10上，多个大位移井20的第二端部210能够一一对应地伸入到多个深水天然气水合物储层2内。由此只需要设置一个钻采平台10，就可以开采多个深水天然气水合物储层2中的天然气水合物，从而大大增加了单个钻采平台10的控制面积，减少了钻采平台10的数量，不仅能节省巨额建造成本，而且能极大地降低环境影响。

在本发明的一个示例中，大位移井20可以包括外井筒和内井筒。优选地，该井筒用于注入流体，该内井筒用于采气。该外井筒的第一端部设在钻采平台10上，该外井筒的第二端部能够伸入到深水天然气水合物储层2内，以便向深水天然气水合物储层2注入流体。该内井筒的至少一部分设在该外井筒内，该内井筒的远离钻采平台10的端部(第二端部)能够伸入到深水天然气水合物储层2内，以便开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。

如上所述，由于该外井筒的一部分位于温度较高的浅水区的地层内，因此可以利用浅水区的地层加热注入到该外井筒内的流体。由此无需向流体提供额外的热量，就可以实现对深水天然气水合物储层2的注热开采，从而可以降低深水天然气水合物开采系统1的能耗和运行成本。

而且，通过利用该外井筒注入流体且利用该内井筒采气，从而可以各自独立地、互不干扰地加入流体和采气。由此可以连续地向深水天然气水合物储层2注入流体以及连续地从深水天然气水合物储层2开采天然气水合物，从而可以使深水天然气水合物开采系统1连续地运行。

本发明还提供了深水天然气水合物开采方法。根据本发明实施例的深水天然气水合物开采方法包括以下步骤：

在浅水设置钻采平台10；和

基于钻采平台10向深水天然气水合物储层2钻井以便形成大位移井20，利用大位移井20开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。

根据本发明实施例的深水天然气水合物开采方法具有产量高、建设成本低、风险小、便于生产操作和维护等优点，可望实现深水天然气水合物资源的大规模商业开采。

在本发明的一个示例中，可以基于同一个钻采平台10向多个深水天然气水合物储层2钻井以便形成多个大位移井20，通过多个大位移井20开采多个深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。由此可以大大增加单个钻采平台10的控制面积，减少钻采平台10的数量，从而不仅能节省巨额建造成本，而且能极大地降低环境影响。

在本发明的一个具体示例中，该深水天然气水合物开采方法包括以下步骤：

在浅水设置钻采平台10；

基于钻采平台10向深水天然气水合物储层2钻井以便形成大位移井20；

通过大位移井20向深水天然气水合物储层2注入用于加热的流体以便对深水天然气水合物储层2注热；和

利用大位移井20开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。由此无需向流体提供额外的热量，就可以实现对深水天然气水合物储层2的注热开采，从而可以降低深水天然气水合物开采系统1的能耗和运行成本。

其中，用于加热的流体可以是冷海水。此外，用于加热的流体还可以是热化学试剂和/或热二氧化碳，由此可以实现多种开采方法的联合开采。例如，用于加热的流体为热化学试剂时，可以实现注热开采法和注化学试剂开采法的联合开采。

还可以通过大位移井20向深水天然气水合物储层2注入化学试剂或二氧化碳。由此可以实施注化学试剂开采法或二氧化碳置换法。此外，还可以通过大位移井20向深水天然气水合物储层2注入化学试剂、二氧化碳和用于加热的流体中的至少两者，由此可以实现多种开采方法的联合开采。

可选地，该深水天然气水合物开采方法可以包括以下步骤：

在浅水设置钻采平台10；

基于钻采平台10向深水天然气水合物储层2钻井以便形成大位移井20，其中大位移井20穿过自由天然气储层3；

从自由天然气储层3采出天然气，以便通过大位移井20降低深水天然气水合物储层2的压力；和

利用降压开采法开采深水天然气水合物储层2中的天然气水合物。

由于大位移井20穿过自由天然气储层3，因此大位移井20可以开采自由天然气储层3中的天然气。随着自由天然气储层3中的天然气通过大位移井20被排出，从而可以降低深水天然气水合物储层2的压力，由此可以在不设置降压(减压)装置的情况下，实现对深水天然气水合物储层2的降压开采，即在开采自由天然气的同时实现对深水天然气水合物的降压开采。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。