用于开采天然气水合物的井结构的制作方法

1.本实用新型涉及天然气水合物开采领域，具体地涉及一种用于开采天然气水合物的井结构。


背景技术：

2.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，将有望成为21世纪继页岩气、致密气、油砂等之后的储量最为巨大的接替能源。天然气水合物主要分布在冻土带和海洋大陆坡300～3000m水深的深水区，初步估计其资源量为全球含碳化合物的两倍，其中约95％储存在海洋深水区域。
3.虽然天然气水合物已经取得了多次试采成功，但作为一种新型海洋深水能源，海底天然气水合物尚未实现商业化开采。天然气水合物与传统型能源不同，其在埋藏条件下是固体，在开采过程中分解产生天然气和水。针对天然气水合物这一性质，其开采基本原理都是围绕着如何改变天然气水合物稳定存在的温度、压力条件，促使其分解，进而产出天然气。
4.目前国内外常见的开采方法主要有注热开采法、降压开采法、注化学试剂开采法以及co2置换法等。但无论哪一种开采方法，产量都无法达到大规模商业开采的要求，并且由于可燃冰物理化学的特殊性和海洋深水环境的复杂性，深水水合物的开采具有高风险、高投入、高技术的特点。因此要实现天然气水合物的大规模商业开采，不仅要大大增加单井天然气产量，还要大大降低开采成本。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种用于开采天然气水合物的井结构，以大大提高单井天然气产量，大幅降低开采成本。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于开采天然气水合物的井结构，所述井结构包括从海平面延伸至水合物层的生产井和注入管，所述注入管插设于所述生产井内且与所述生产井之间具有径向间隔，该径向间隔内设置有第一封隔器以将所述生产井的内部空腔分隔为上腔室和下腔室，所述上腔室与所述水合物层连通以用于收集所述水合物层的分解产物，所述下腔室与所述注入管的出口端和所述水合物层连通以用于向所述水合物层注入助采流体。
7.可选地，所述生产井为沿竖直方向延伸的直井，所述生产井的井壁上设置有连通所述上腔室与所述水合物层的第一采集孔以及连通所述下腔室与所述水合物层的注入孔。
8.可选地，所述生产井包括主井和第一支井，所述主井设置为从海平面延伸至所述水合物层，所述第一支井位于所述水合物层内，所述第一支井与所述上腔室连通，所述第一支井的井壁上设置有连通所述上腔室与所述水合物层的第一采集孔。
9.可选地，所述主井为竖直井，所述第一支井为从所述主井向外延伸的水平井。
10.可选地，所述生产井包括第二支井，所述第二支井位于所述水合物层内，所述第二
支井与所述下腔室连通，所述第二支井的井壁上设置有连通所述下腔室与所述水合物层的注入孔。
11.可选地，所述第二支井间隔地位于所述第一支井的下方。
12.可选地，所述第二支井为从所述主井向外延伸的水平井。
13.可选地，所述井结构包括从海平面延伸至所述水合物层的采集管，所述采集管插设于所述生产井内且与所述生产井和所述注入管之间具有径向间隔，该径向间隔内与所述第一封隔器相应的位置设置有第二封隔器，所述第二封隔器与所述第一封隔器一起将所述生产井的内部空腔分隔为所述上腔室和所述下腔室，所述采集管的底端在竖直方向上位于所述生产井的底端与所述注入管的底端之间，所述采集管的位于所述注入管下方的部分与所述生产井之间的径向间隔内设置有第三封隔器，所述第三封隔器将所述下腔室分隔为注入腔和位于所述注入腔下方的采集腔，所述注入腔与所述水合物层连通以用于向所述水合物层注入助采流体，所述采集腔与所述采集管的入口端和所述水合物层连通以用于收集所述水合物层的分解产物。
14.可选地，所述生产井包括主井和第三支井，所述主井设置为从海平面延伸至所述水合物层，所述第三支井位于所述水合物层内，所述第三支井与所述采集腔连通，所述第二采集孔设置在所述第三支井的井壁上。
15.可选地，所述第三支井为从所述主井向外延伸的水平井。
16.通过上述技术方案，本实用新型的井结构一方面通过同井注采，减少井的数量，能够大幅降低开采成本；另一方面，通过使上腔室与水合物层连通，可实现对水合物层的降压开采；同时通过使下腔室与水合物层连通，通过注入管向水合物层注入助采流体，可实现对水合物层的注热开采、注化学试剂开采或co2置换开采，由此实现降压开采与注热开采、注化学试剂开采或co2置换法的联合开采，能够大大提高单井天然气产量。
17.本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1是本实用新型中井结构的第一种实施方式的结构示意图；
20.图2是本实用新型中井结构的第二种实施方式的结构示意图；
21.图3是本实用新型中井结构的第三种实施方式的结构示意图。
22.附图标记说明
23.10
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水合物层，20
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生产井，21
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上腔室，22
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下腔室，221
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注入腔，222
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采集腔，23
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第一采集孔，24
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注入孔，25
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主井，26
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第一支井，27
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第二支井，28
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第二采集孔，29
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第三支井，30
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注入管，31
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第一封隔器，40
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采集管，41
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第二封隔器，42
‑
第三封隔器。
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
25.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是指参照附图所示的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
26.本实用新型提供一种用于开采天然气水合物的井结构，所述井结构包括从海平面延伸至水合物层10的生产井20和注入管30，注入管30插设于生产井20内且与生产井20之间具有径向间隔，该径向间隔内设置有第一封隔器31以将生产井20的内部空腔分隔为上腔室21和下腔室22，上腔室21与水合物层10连通以用于收集水合物层10的分解产物(即天然气)，下腔室22与注入管30的出口端和水合物层10连通以用于向水合物层10注入助采流体。
27.上述中，需要说明的是，助采流体可以是热流体、化学试剂或二氧化碳，以对水合物层10进行注热开采、注化学试剂开采或co2置换开采。
28.通过上述技术方案，本实用新型的井结构一方面通过同井注采(即只需打一口生产井20，通过相互套设的生产井20和注入管30即可实现注采)，减少了井的数量，能够大幅降低开采成本；另一方面，通过使上腔室21与水合物层10连通，可实现对水合物层10的降压开采；同时通过使下腔室22与水合物层10连通，通过注入管30向水合物层10注入助采流体，可实现对水合物层10的注热开采、注化学试剂开采或co2置换开采，由此实现降压开采与注热开采、注化学试剂开采或co2置换法的联合开采，能够大大提高单井天然气产量。
29.具体地，如图1所示的实施方式，所述井结构包括从海平面延伸至水合物层10的生产井20和注入管30，生产井20为沿竖直方向延伸的直井，注入管30为沿竖直方向延伸的直管，注入管30同轴插设于生产井20内且与生产井20之间具有径向间隔，该径向间隔内设置有第一封隔器31，第一封隔器31将生产井20的内部空腔分隔为位于第一封隔器31上方的上腔室21和位于第一封隔器31下方的下腔室22，上腔室21通过设置在生产井20的井壁上的第一采集孔23与水合物层10连通，下腔室22与注入管30的出口端连通，下腔室22通过设置在生产井20的井壁上的注入孔24与水合物层10连通，第一采集孔23和注入孔24分别为围绕生产井20的周向和轴向间隔设置的多个。
30.在开采时，水合物层10的压力可经第一采集孔23向上腔室21平衡，从而使水合物层10降压，利于天然气水合物分解；助采流体可经注入管30的入口端(即图1所示的顶端)进入注入管30内并沿注入管30向下流动，从注入管30的出口端(即图1所示的底端)进入下腔室22内(助采流体流动方向参见图1中的实心箭头)，最后经注入孔24注入水合物层10内以促进天然气水合物分解；水合物层10的分解产物可经第一采集孔23进入上腔室21并向上采出(分解产物流动方向参见图1中的空心箭头)。
31.如图2所示的实施方式，所述井结构包括生产井20和注入管30，生产井20包括从海平面延伸至水合物层10的主井25以及位于水合物层10内的第一支井26和第二支井27，注入管30插设于主井25内且与主井25之间具有径向间隔，该径向间隔内设置有第一封隔器31，第一封隔器31将主井25的内部空腔分隔为位于第一封隔器31上方的上腔室21和位于第一封隔器31下方的下腔室22，第一支井26与上腔室21连通，第一支井26的井壁上设置有第一采集孔23，第一采集孔23为围绕第一支井26的周向和轴向间隔设置的多个，第二支井27与下腔室22连通，第二支井27的井壁上设置有注入孔24，注入孔24为围绕第二支井27的周向和轴向间隔设置的多个。
32.在开采时，水合物层10的压力可经第一采集孔23向第一支井26和上腔室21平衡，从而使水合物层10降压，利于天然气水合物分解；助采流体可经注入管30的入口端(即图2
所示的顶端)进入注入管30内并沿注入管30向下流动，从注入管30的出口端(即图2所示的底端)进入下腔室22内，然后进入第二支井27内沿第二支井27流动(助采流体流动方向参见图2中的实心箭头)，最后经注入孔24注入第二支井27四周的水合物层10内以促进水合物分解；水合物层10内的分解产物可经第一采集孔23进入第一支井26内，之后进入上腔室21并向上采出(分解产物的流动方向参见图2中的空心箭头)。
33.在上述实施方式中，通过设置第一支井26，将第一采集孔23设置在第一支井26的井壁上，利用第一支井26实现降压开采和天然气采集，由于第一支井26在水合物层10内延伸，与水合物层10具有较大的接触面积，因此可以大大促进水合物降压分解，并提高天然气采集效率；另外，通过设置第二支井27，将注入孔24设置在第二支井27的井壁上，利用第二支井27向水合物层10注入助采流体，由于第二支井27在水合物层10内延伸，与水合物层10具有较大的接触面积，可以使助采流体覆盖水合物层10的较大区域，促进水合物大面积分解，从而有效提高天然气水合物的开采效率，提高单井天然气产量。
34.其中，主井25可以为竖直井，第一支井26和第二支井27可以为分别从主井25向外延伸的水平井。第二支井27可间隔地位于第一支井26的下方。
35.如图3所示的实施方式，所述井结构包括生产井20、注入管30以及采集管40，生产井20包括从海平面延伸至水合物层10的主井25以及位于水合物层10内的第一支井26、第二支井27和第三支井29，注入管30和采集管40相互间隔地插设于主井25内且与主井25之间具有径向间隔，该径向间隔内设置有第一封隔器31和第二封隔器41，第一封隔器31和第二封隔器41一起将主井25的内部空腔分隔为位于上方的上腔室21和位于下方的下腔室22，采集管40的底端在竖直方向上位于主井25的底端与注入管30的底端之间，采集管40的位于注入管30下方的部分与主井25之间的径向间隔内设置有第三封隔器42，第三封隔器42将下腔室22分隔为位于第三封隔器42上方的注入腔221和位于第三封隔器42下方的采集腔222，采集腔222与采集管40的入口端(即图3所示的底端)连通，第一支井26与上腔室21连通，第一支井26的井壁上设置有第一采集孔23，第一采集孔23为围绕第一支井26的周向和轴向间隔设置的多个，第二支井27与注入腔221连通，第二支井27的井壁上设置有注入孔24，注入孔24为围绕第二支井27的周向和轴向间隔设置的多个，第三支井29与采集腔222连通，第三支井29的井壁上设置有第二采集孔28，第二采集孔28为围绕第三支井29的周向和轴向间隔设置的多个。
36.其中，主井25可以为沿竖直方向延伸的直井，第一支井26、第二支井27、第三支井29可以为分别从主井25向外延伸的水平井。第二支井27在竖直方向上可位于第一支井26与第三支井29之间。
37.在开采时，水合物层10的压力可经第一采集孔23和第二采集孔28分别向上腔室21和采集腔222平衡，从而使水合物层10降压，利于天然气水合物分解；助采流体可经注入管30的入口端(即图3所示的顶端)进入注入管30内并沿注入管30向下流动，从注入管30的出口端(即图3所示的底端)进入注入腔221内，然后进入第二支井27内沿第二支井27流动(助采流体流动方向参见图3中的实心箭头)，最后经注入孔24注入第二支井27四周的水合物层10内以促进水合物分解；水合物层10内位于第二支井27上方的分解产物可经第一采集孔23进入第一支井26内，之后进入上腔室21并向上采出；水合物层10内位于第二支井27下方的分解产物可经第二采集孔28进入第三支井29内，之后进入采集腔222，从采集管40的入口端
(即图3所示的底端)进入采集管40内由采集管40向上采出(分解产物的流动方向参见图3中的空心箭头)。
38.在上述实施方式中，通过采用第一支井26和第三支井29同时实现降压开采和天然气采集，能够有效促进水合物分解，大大提高天然气采集效率；通过采用第二支井27向水合物层10注入助采流体，可以促进水合物大面积分解，从而有效提高天然气水合物的开采效率，提高单井天然气产量。
39.需要说明的是，在本实用新型中，主井25、第一支井26、第二支井27、第三支井29可以具有任意适当的形状，可以是直线型，也可以是曲线型。而且第一支井26、第二支井27、第三支井29可以任意适当的形式排布，不限于附图所示。另外，所述井结构可包括多个第一支井26、多个第二支井27以及多个第三支井29，多个第一支井26、多个第二支井27以及多个第三支井29可分别围绕主井25的周向间隔排布。
40.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
41.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
42.此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。