一种注水同时开发地热能和水合物藏的井结构设计与方法与流程

本发明涉及一种天然气水合物的开采方法，尤指建立一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统就地利用地热能开采天然气水合物藏的井结构设计与方法。

背景技术：

随着油气资源的大量消耗，人类在21世纪后期将面临严重的资源危机。而地热能和天然气水合物作为储量丰富的清洁能源，已经引起了各国科学家的广泛关注。

目前海洋天然气水合物设想的开采方法主要有热激发开采法、降压开采法、化学剂注入法以及固体开采法。但以上各种开采方法都有其自身局限性，如热激发开采法热损失大、利用效率低；降压开采法只有当水合物藏位于温压平衡边界附近时，才有经济可行性；化学剂注入法对水合物层的作用缓慢，而且费用很高。

地球内部的地热能通过岩石传导、温泉、地震等形式向外扩散，地热开采法就是收集地热能，采用热激发方法开采海底天然气水合物。研究表明我国南海海底天然气水合物和地热资源都十分丰富，如能有效利用地热资源开发天然气水合物可避免造成环境污染，满足可持续发展要求。然而目前尚没有提出一种利用地热能开发天然气水合物藏的方法，很大程度上制约了天然气水合物藏的开发利用。本发明提出建立一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统就地开发地热能，并将热能传递给水合物藏，促进水合物的分解，克服了传统热激发开采法中输热成本太高的问题，设备简单、操作方便，经济性强，可为水合物藏的合理开发提供指导。

技术实现要素：

本发明涉及一种注水同时开发地热能和水合物藏的井结构设计与方法，主要包括以下步骤：

(1)根据水合物藏地质资料，选择顶部存在盖层且下部存在地热层的区域进行施工作业，所述地热层温度在100℃以上；

(2)在海平面打一个由双分支注入井和水平生产井组成的井组系统，其中所述双分支注入井包括从海平面延伸至地热层的垂直井筒，位于水合物藏距离顶部位置处的长度为300～700m的第一分支井筒和位于地热层距离顶部位置处的长度为300～700m的第二分支井筒，所述水平生产井位于水合物藏距离顶部位置处，并与下方所述双分支注入井第一分支井筒平行；

(3)对所述双分支注入井的第一分支井筒和所述水平生产井分别进行射孔，在所述双分支注入井第一分支井筒与所述垂直井筒结合点上方2～5m处的油套环空中安装封隔器；

(4)通过所述水平生产井对所述水合物藏进行水力压裂作业，所述水力压裂液为水包油型乳状液；

(5)将冷流体从所述双分支注入井的井口油管中注入，控制所述冷流体的注入速度为100～200m³/d，所述冷流体在所述双分支注入井第二分支井筒的末端进入油套环空并与地热层发生热交换，加热流体在所述封隔器的阻隔下进入水合物藏，引起水合物分解，分解生成的天然气和注入流体组成混合流体在重力及压力作用下经水力压裂缝被所述水平生产井采出，为了减少输送加热流体过程中热量的损失，所述双分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒间的垂直井段的油管和套管均采用绝热材料，所述的绝热材料为玻璃纤维；

(6)持续记录所述水平生产井的产气速度，当日产气量低于1000m³/d时，所述双分支注入井停止注入，所述水平生产井停止开采。

本发明的有益效果是：

其利用地热能为水合物的分解提供能量，弥补了传统热激发开采法热利用率低、费用高等不足。本发明设备简单、操作方便，经济性强，可为水合物藏的合理开发提供指导。

附图说明

图1是一种注水同时开发地热能和水合物藏的井组系统示意图。

图2是双分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒间垂直井段井身结构示意图。

图中：1、盖层；2、天然气水合物藏；3、地热层；4、套管；5、油管；6、封隔器；7、绝热层；8、生产水平井；9、流体流动方向；10、水力压裂缝；11、传热方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明的实施范围。

(1)如图1所示，根据水合物藏2的地质资料，选择顶部存在盖层1且下部存在地热层3的区域进行施工作业，地热层3温度为120℃；

(2)如图1所示，在施工区域打一个由双分支注入井和水平生产井8组成的井组系统，其中双分支注入井包括从海平面延伸至地热层3的垂直井筒，位于水合物藏2距离顶部位置处的长度为700m的第一分支井筒和位于地热层3距离顶部位置处的长度为700m的第二分支井筒，水平生产井8位于水合物藏2距离顶部位置处，并与下方所述双分支注入井第一分支井筒平行；

(3)如图1所示，对所述双分支注入井的第一分支井筒和水平生产井8分别进行射孔，在所述双分支注入井第一分支井筒与所述垂直井筒结合点上方5m处的油套环空中安装封隔器6；

(4)如图1所示，通过水平生产井8对水合物藏2进行水力压裂作业，所述水力压裂液为水包油型乳状液；

(5)如图1和2所示，将冷流体从双分支注入井的井口油管5中注入，控制所述冷流体的注入速度为120m³/d，所述冷流体在所述双分支注入井第二分支井筒的末端进入油套环空并与地热层3发生热交换，传热方向如图中11所示，加热流体在封隔器6的阻隔下进入水合物藏2，引起水合物分解，分解生成的天然气和注入流体组成混合流体在重力及压力作用下经水力压裂缝10被水平生产井8采出，流体流动方向如图中9所示，为了减少输送加热流体过程中热量的损失，所述双分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒间的垂直井段的油管5和套管4均采用绝热材料，绝热层7材料为玻璃纤维；

(6)持续记录水平生产井8的产气速度，当日产气量低于1000m³/d时，双分支注入井停止注入，水平生产井8停止开采。

以上未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明保护范围之内。