一种海洋浅层天然气水合物微管增产装置的制作方法

本实用新型涉及海洋水合物商业化开采领域，尤其涉及的是一种海洋浅层天然气水合物微管增产装置。

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(低温高压)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(Natural Gas Hydrate)是一种清洁高效的新兴能源，其储量巨大。地球上天然气水合物中总有机碳的储量约为石油、天然气和煤炭三者总和的两倍，其中海洋区域的天然气水合物资源量占其总资源量的99％。随着对海洋天然气水合物开采的逐步深入研究，商业开采也越来越接近可能。

目前理论上开采海洋天然气水合物的方法主要包括降压法、热激法、注化学试剂法与CO₂置换法。热激法能使水合物分解速度较快，但受制于有限的产出通道与水合物储层的接触面积，只能对水合物层进行局部加热，热利用效率低；降压法较为经济，但由于海洋水合物储层具有渗透性差、传热传质效率低与导流能力低的特性，使得降压开采无法高效、持续地进行；在使用注化学试剂法与CO₂置换法开采水合物过程中，化学试剂与CO₂对天然气水合物层的作用缓慢，为提高开采效率，还需有加大物理、化学反应接触面积的方法。开采效率是制约水合物商业化开采的重要因素，而扩大产出通道与水合物储层的接触面积能够有效改善储层渗透率、提高储层传热传质效率与导流能力，达到提高开采效率的目的，因此，扩展产出通道与水合物储层的接触面积是实现海底天然气水合物经济、高效开采的必要途径。

现有专利检索发现，CN201310488336.2公开了一种联合降压和水力压裂技术的天然气水合物开采方法及装置，通过向水合物储层注入压裂液进行水力压裂改善储层渗透性进行降压开采；中国申请号为201510455687.2的实用新型专利申请提出了一种降压式海洋天然气水合物开采方法和海底开采系统，通过在海底构筑多簇射孔水平井的方法，增大开采接触面积，对水合物进行降压开采。

可见现有的扩大产出通道与水合物储层的接触面积的方法有两种，一种是对水合物储层水力压裂，另一种是在水合物储层构筑开采水平井。而海底浅层天然气水合物层经历的构造运动少，密度低，沉积速率快，大多处于饱和或半饱和的非成岩阶段，储层胶结程度弱、沉积物颗粒排列松散、强度低，一般是淤泥、黏土、粉砂及砂泥混层，并以粘性土和砂性土为主；由此会产生水力压裂增产裂缝易闭合、水平井构筑施工难度大等问题，导致通过对海底浅层水合物储层进行水力压裂与构筑水平井的方式扩大产出通道与水合物储层的接触面积均不易实现；因此，亟需一种扩大海洋浅层天然气水合物产出通道与水合物储层的接触面积的增产装置及方法。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种海洋浅层天然气水合物微管增产装置，通过在海洋浅层天然气水合物井下周围水合物储层中布置一定数量的微管，微管为带有孔眼且具有一定柔性的耐高压钢管，在整个水合物储层井段形成均匀、间距一定、空间分布的微管管网，从而有效地扩大产出通道与水合物储层的接触面积，达到提高开采效率的、实现海洋浅层天然气水合物的经济、高效开采的目的。

本实用新型是由导向装置、井口装置、中心管柱、电缆、厚壁导管、微管、导向钻头组成。

导向装置包括中心通道、座封机构、斜孔、电化学切割器、定位机构、导向锥面和导向孔；导向孔为合适曲率的圆形通道，且导向孔布置有六个，六个导向孔对称分布于中心通道四周；电化学切割器布置有六个，六个电化学切割器分别与六个导向孔出口相接，用于对微管进行切割作业。中心管柱用于连接导向装置的中心通道，将导向装置下放至开采井，且用于对导向装置进行坐封与解封作业。电缆通过中心管柱、中心通道和斜孔连接到电化学切割器。定位机构起导向定位作用，厚壁导管通过定位机构准确坐落于导向锥面上，厚壁导管锥面与导向锥面配合。井口装置设置在井口，井口装置在进行微管布置作业时为微管提供竖直向下的给进力。微管与厚壁导管环状间隙小于微管外径，避免微管在厚壁导管通道内发生屈曲，保证微管布置作业顺利进行。微管末端口设置有导向钻头，用于在微管布置作业时对水合物储层进行挤压和破碎。微管为具有一定柔性的耐高压钢管，微管的外壁上开设有孔径相同的孔眼，孔眼为大小一定的圆孔，保证开采过程中微管通道(即产出通道)不堵塞；微管外径范围为15mm-35mm。

本实用新型的增产方法包括以下步骤：

1)构筑开采井：在海洋浅层天然气水合物藏区域钻垂直井眼，穿过上覆盖层，在钻至水合物储层顶界附近后，停钻下入套管注水泥固井，而后钻穿水合物储层，至天然气水合物下覆盖层顶界，下入套管后不进行固井作业，直接下入射孔设备进行射孔作业，在整个水合物储层井段形成间距均匀的射孔通道；一段时间后，射孔通道逐渐闭合，形成沿射孔通道分布的破碎区。

2)微管布置作业：

①下放导向装置：中心管柱连接到导向装置中心通道，通过中心管柱将导向装置下放到水合物储层井段，导向孔出口相对应于射孔通道。

②坐封作业：导向装置中座封机构采用机械坐封方式，通过旋转、下放、上提中心管柱等动作使导向装置坐封于套管内壁。

③微管布置：首先从开采井井口下放厚壁导管至导向装置，厚壁导管通过定位机构准确坐落于导向锥面上，厚壁导管锥面与导向锥面配合；而后通过厚壁导管下入微管，微管沿厚壁导管内通道进入导向装置中的导向孔，微管与厚壁导管环状间隙小于微管外径，可避免微管在厚壁导管内发生屈曲；最后，在井口装置提供的竖直向下的给进力作用下，微管经过带有合适曲率的导向孔后沿着射孔通道破碎区水平进入水合物储层，并在射孔通道破碎区的导向作用下，导向钻头挤压破碎水合物储层，逐渐深入水合物储层，直到到达预定深度。深度范围为10m-20m。

④微管切割：电缆通过中心管柱、中心通道与斜孔连接到电化学切割器，六个电化学切割器分别与六个导向孔出口相接；从井口泵入KCL水溶液，KCL水溶液通过中心管柱、导向装置的中心通道与斜孔到达电化学切割器处，然后对电缆通电，使用直流电供电对微管进行电化学切割；切断微管后，将余下部分提离厚壁导管通道，至此，第一根微管布置作业结束。随后，将厚壁导管上提一段距离后通过定位机构准确下放至另一导向锥面，重复作业；导向装置一次坐封可通过六个导向孔向水合物储层中插入六根微管。

⑤上提中心管柱，对导向装置进行解封作业，将导向装置上提再下放至水合物储层另一井段处，导向孔出口相对应于射孔通道，再坐封，重复进行微管布置作业。微管布置作业结束后，将导向装置提离开采井；最终，在整个水合物储层井段形成均匀、间隔、空间分布的微管管网。

本实用新型具有的有益效果：

1)本实用新型装置操作灵活、使用方便，易于在胶结程度弱、松散、强度低的海底浅层天然气水合物储层布置用于扩大产出通道与水合物储层的接触面积的微管管网，同时保证了微管通道(即产出通道)不堵塞。

2)在水合物储层布置的微管管网有效地扩大了产出通道与水合物储层的接触面积，从而改善了储层渗透率、提高了储层传热传质效率与导流能力，达到了提高开采效率、实现海洋浅层天然气水合物的经济、高效开采的目的。

3)本实用新型适用于降压法、热激法与注化学试剂法等多种海洋天然气水合物开采方法，且可以将多种水合物开采方法相结合，充分发挥各自优势，显著提高增产效果。

附图说明

图1为本实用新型之海洋浅层天然气水合物微管增产装置及原理示意图。

图2为本实用新型导向装置俯视图。

其中：1、导向装置；2、井口装置；3、中心管柱；4、电缆；5、厚壁导管；6、微管；7、导向钻头；8、中心通道；9、座封机构；10、斜孔；11、电化学切割器；12、定位机构；13、导向锥面；14、导向孔；15、开采井；16、套管；17、射孔通道。

A-上覆地层，B-水合物储层，C-下覆地层。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型之一种海洋浅层天然气水合物微管增产装置，是由导向装置1、井口装置2、中心管柱3、电缆4、厚壁导管5、微管6、导向钻头7组成。

导向装置1包括中心通道8、座封机构9、斜孔10、电化学切割器11、定位机构12、导向锥面13和导向孔14；导向孔14为合适曲率的圆形通道，且导向孔14布置有六个，六个导向孔14对称分布于中心通道8四周；电化学切割器11布置有六个，六个电化学切割器11分别与六个导向孔14出口相接，用于对微管6进行切割作业。中心管柱3用于连接导向装置1的中心通道8，将导向装置1下放至开采井15，且用于对导向装置1进行坐封与解封作业。电缆4通过中心管柱3、中心通道8和斜孔10连接到电化学切割器11。定位机构12起导向定位作用，厚壁导管5通过定位机构12准确坐落于导向锥面13上，厚壁导管5锥面与导向锥面13配合。井口装置2设置在井口，井口装置2在进行微管布置作业时为微管6提供竖直向下的给进力。微管6与厚壁导管5环状间隙小于微管6外径，避免微管6在厚壁导管5通道内发生屈曲，保证微管布置作业顺利进行。微管6末端口设置有导向钻头7，用于在微管布置作业时对水合物储层B进行挤压和破碎。微管6为具有一定柔性的耐高压钢管，微管6的外壁上开设有孔径相同的孔眼，孔眼为大小一定的圆孔，保证开采过程中微管通道(即产出通道)不堵塞；微管6外径范围为15mm-35mm。

本实用新型所述一种海洋浅层天然气水合物增产方法包括以下步骤：

1)构筑开采井15：在海洋浅层天然气水合物藏区域钻垂直井眼，穿过上覆地层A，在钻至水合物储层B顶界附近后，停钻下入套管16注水泥固井，而后钻穿水合物储层B，至天然气水合物下覆地层C顶界，下入套管16后不进行固井作业，直接下入射孔设备进行射孔作业，在整个水合物储层井段形成间距均匀的射孔通道17；一段时间后，射孔通道17逐渐闭合，形成沿射孔通道17分布的破碎区。

2)微管布置作业：

①下放导向装置：中心管柱3连接到导向装置1中心通道8，通过中心管柱3将导向装置1下放到水合物储层B井段，导向孔14出口相对应于射孔通道17。

②坐封作业：导向装置1中座封机构9采用机械坐封方式，通过旋转、下放、上提中心管柱3等动作使导向装置1坐封于套管16内壁。

③微管布置：首先从开采井15井口下放厚壁导管5至导向装置1，厚壁导管5通过定位机构12准确坐落于导向锥面13上，厚壁导管5锥面与导向锥面13配合；而后通过厚壁导管5下入微管6，微管6沿厚壁导管5内通道进入导向装置1中的导向孔14，微管6与厚壁导管5环状间隙小于微管外径，可避免微管在厚壁导管内发生屈曲；最后，在井口装置2提供的竖直向下的给进力作用下，微管6经过带有合适曲率的导向孔14后沿着射孔通道17破碎区水平进入水合物储层B，并在射孔通道17破碎区的导向作用下，导向钻头7挤压破碎水合物储层，逐渐深入水合物储层B，直到到达预定深度，深度范围为10m-20m。

④微管切割：电缆4通过中心管柱3、中心通道8与斜孔10连接到电化学切割器11，六个电化学切割器11分别与六个导向孔14出口相接；从井口泵入KCL水溶液，KCL水溶液通过中心管柱3、导向装置的中心通道8与斜孔10到达电化学切割器11处，然后对电缆4通电，使用直流电供电对微管6进行电化学切割；切断微管6后，将余下部分提离厚壁导管5通道，至此，第一根微管布置作业结束。随后，将厚壁导管5上提一段距离后通过定位机构12准确下放至另一导向锥面13，重复作业；导向装置1一次坐封可通过六个导向孔14向水合物储层B中插入六根微管6。

⑤上提中心管柱3，对导向装置1进行解封作业，将导向装置1上提再下放至水合物储层B另一井段处，导向孔14出口相对应于射孔通道17，再坐封，重复进行微管布置作业。微管布置作业结束后，将导向装置1提离开采井15；最终，在整个水合物储层B井段形成均匀、间隔、空间分布的微管管网。