一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法与流程

本发明属于天然气水合物开采技术领域，尤其是涉及一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法。

背景技术：

天然气水合物是指天然气与水在特定温度和压力下生成的一种笼型晶体物质，似冰雪状，因其可以点燃，故俗称为“可燃冰”。天然气水合物具有能量密度大、分布广、储量大和埋藏浅等特征，被认为是成为21世纪理想的替代能源。初步预测我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量。

2017年，我国采用降压法成功实现海域泥质粉砂天然气水合物安全可控开采，累计产气30.9×10⁴m³，创造了产气时长和总量的世界纪录，为天然气水合物商业开采奠定了坚实的基础。然而，本次试采井底压力由开采井内水压维持，开采井内水的存在将导致近井储层水饱和度较高，进而降低了近井储层气相相对渗透率，影响产气速率和开采效率；同时，近井储层高水饱和度将促进进行储层二次水合物形成，它会导致近井储层固有渗透性降低或发生井筒堵塞，进而导致产气速率和产气量降低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对天然气水合物降压开采过程中近井储层高水饱和度引起的低气相相对渗透率和低固有渗透率会导致产气速率和产气效率低，提供一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法，通过采用高压气体维持开采井底压力，以降低近井储层水饱和度。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、钻井与完井，钻至水合物下伏层预定深度，下入套管，并对处在天然气水合物储层中部的套管进行射孔；

步骤二、下入开采井管，在开采井管和套管之间的环空间隙内安装封隔器，并在所述开采井管、套管及封隔器形成的空间内下入气体管线，气体管线上设置有电磁阀，同时将单向阀安装在返气管线上，所述返气管线一端与开采井管内部连通，另一端与气体管线连通；

步骤三、通过输水管线向开采井管内下入气液分离器及潜水泵，潜水泵的进水端与气液分离器连接，潜水泵的出水端与输水管线连通；

步骤四、将步骤二中所述的气体管线露出地表的一端分别与空压机及储气罐连接，且气体管线与空压机连通的支路上设置有空压机阀门，气体管线与储气罐连通的支路上设置有储气罐阀门，同时将输水管线远离潜水泵的一端与地表气液处理装置连接；

步骤五、启动气液分离器和潜水泵，潜水泵抽取开采井管内的液体并排至地表，逐步降低开采井内液位，进行降压开采；

步骤六、启动空压机，打开空压机阀门和电磁阀向套管和开采井管之间的环空间隙内注入气体，使得开采井管内外形成液位差，且套管和开采井管之间的环空间隙内液位低于天然气水合物储层底界面，确保天然气水合物储层段无液体，关闭空压机，调整电磁阀控制套管和开采井管之间的环空间隙内气体压力，采用气压维持开采井内压力；

步骤七、天然气水合物储层产出的气体和水进入套管和开采井管之间的环空间隙内，气液混合物进入开采井管内，气液分离后的液体通过输水管线进入地表气液处理装置，开采井管和输水管线之间的环空间隙内气体经过单向阀进入气体管线，开启储气罐阀门，气体进入储气罐，实现天然气水合物开采。

优选地，所述水合物下伏层钻进深度为10m～30m。

优选地，所述开采井管距离井底5m～15m，且确保开采井管底端面处于天然气水合物储层和水合物下伏层接触面以下。

所述气液分离器、潜水泵、输水管线和地表气液处理装置构成液体压力控制系统。

所述空压机、空压机阀门、气体管线、电磁阀与封隔器构成气体压力控制系统。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法，通过控制气体压力和液体压力使开采井管内外达到气水平衡，确保水合物储层段无液体，以减少近井储层水饱和度，提高近井储层气相相对渗透率，同时减缓近井储层二次水合物形成，实现天然气水合物安全高效开采。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法的原理结构示意图。

图中各标记如下：1-钻探船；2-水合物上覆层；3-天然气水合物储层；4-水合物下伏层；5-套管；6-开采井管；7-封隔器；8-电磁阀；9-单向阀；10-气体管线；11-气液分离器；12-潜水泵；13-输水管线；14-地表气液处理装置；15-空压机阀门；16-空压机；17-储气罐阀门；18-储气罐；19-气液混合物；20-液体；21-井口装置；22-隔水管；23-海水。

具体实施方式

为了更清楚地表明本发明，下面结合优选实施例和图1对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程并没有详细的叙述。

本发明提出的一种基于气水平衡的天然气水合物开采方法，该方法基于气水平衡原理采用气压维持开采井内压力，将有利于流体流入开采井管6，同时减缓近井储层二次水合物形成，实现天然气水合物安全高效开采。

具体包括如下步骤：

步骤一、钻井与完井，采用钻探船1进行开采井钻进，穿过海水23钻穿水合物上覆层2和天然气水合物储层3，水合物下伏层4钻进深度为10m～30m，下入套管5，并对天然气水合物储层3中部的套管5进行射孔处理，安装井口装置21，并在井口装置到钻探船之间设置有隔水管22；

步骤二、下入开采井管6，开采井管6底端面距离井底5m～15m，在开采井管6和套管5之间的环空间隙内安装封隔器7，并在所述开采井管6、套管5及封隔器7形成的空间内下入气体管线10，气体管线10上设置有电磁阀8，同时将单向阀9安装在返气管线上，所述返气管线的一端与开采井管6内部连通，另一端与气体管线10连通；

步骤三、通过输水管线13向开采井管6内下入气液分离器11及潜水泵12，潜水泵12的进水端与气液分离器11连接，潜水泵12的出水端与输水管线13连通；

步骤四、连接钻探船1上的气路和液路管线连接，即将步骤二中所述的气体管线10露出地表的一端分别与空压机16及储气罐18连接，且气体管线10与空压机16连通的支路上设置有空压机阀门15，气体管线10与储气罐18连通的支路上设置有储气罐阀门17，同时将输水管线13远离潜水泵12的一端与地表气液处理装置14连接；

步骤五、启动由气液分离器11、潜水泵12、输水管线13和地表气液处理装置14构成的液体压力控制系统，通过调整潜水泵12泵量控制开采井管6内液位高度，逐步降低开采井内液位，进而控制开采井内液柱压力；

步骤六、启动由空压机16、空压机阀门15、气体管线10、电磁阀8与封隔器7构成气体压力控制系统，开启电磁阀8和空压机阀门15，启动空压机16，向套管5和开采井管6之间的环空间隙内注入气体，在气体驱动下环空间隙内气液混合物19进入开采井管6内，促使套管5和开采井管6之间的环空间隙内和开采井管6内形成液位差，即开采井管6内外形成液位差，且套管5和开采井管6之间的环空间隙内液位低于天然气水合物储层3底界面，确保天然气水合物储层3段无液体，以促进天然气水合物分解气和水进入套管5与开采井管6之间的环空间隙内，通过调整电磁阀8设置套管5和开采井管6之间的环空间隙内气体压力，采用气压维持开采井内压力；

步骤七、天然气水合物储层3产出的气体和水进入套管5和开采井管6之间的环空间隙内，气液混合物进入开采井管6内，分离后的液体20由潜水泵12通过输水管线13将其泵送至地表气液处理装置14，分离后的气体经位于井口装置21内的单向阀9进入输气管线10，经储气罐阀门17进入储气罐18，实现天然气水合物降压开采。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。