一种海洋水合物开采与回注系统及方法与流程

1.本发明涉及海洋水合物开采技术领域，具体涉及一种海洋水合物开采与回注系统及方法。


背景技术：

2.海洋水合物储层蕴藏着甲烷、可燃冰等，极具发展潜力，是海洋气田开发过程中除了常规的石油、天然气以外又一重要资源。其中，随着油气田的开发，地层产出流体中不仅有人类需要的油和气资源，同时在大部分油气藏伴随着油和气有大量的地层水产出。由于地层水会对环境造成污染而不能直接外排，大量的地层水处理是当前普遍存在也是难以控制的问题。注水开发是一种能够有效提高原油采收率的开采方式,产出水回注很好地解决了环境污染问题与资源浪费问题。
3.海洋水合物是固体物质，在自然界通常赋存于高压和低温环境下，海洋水合物的分解需要供热或降压从而获得天然气；海洋水合物分解潜热很大。因此水合物的开采需要外界提供大量的热量，仅依赖地层供热效率很低，因此，海洋水合物的开采不同于常规化石能源。然而，无论是目前的降压法，还是注热法等其它单一开采方法，都限制了开采过程的整体能源效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种海洋水合物开采与回注系统及方法，用于解决开采过程的整体能源效率低下的问题。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.本发明公开了一种海洋水合物开采与回注系统，包括至少一个生产井、一个气液分离器、至少一个回注井、海底生产管、天然气输送管和海底回注管，所述生产井和所述回注井设置于海底的天然气水合物储层内，所述气液分离器设置于海底且位于所述生产井和所述回注井附近；所述气液分离器包括一个气液混合物进口、一个气体出口和一个液体出口，所述生产井与气液分离器的气液混合物进口通过海底生产管连通，所述气液分离器的液体出口与所述回注井通过海底回注管连通，所述气液分离器的气体出口通过天然气输送管与海上生产平台连通；在所述生产井开采天然气水合物储层的海洋水合物的过程中，海洋水合物经气液分离器发生气液分离，其中，气体被输送至海上生产平台，同时通过所述回注井向天然气水合物储层内回注液体。
7.优选地，所述生产井包括一井筒，所述井筒内设置有生产管，所述生产管外部套有生产井套管；所述生产管和所述生产井套管均包括水平段，所述生产管和所述生产井套管的水平段设置于天然气水合物储层内；所述气液分离器的气液混合物进口与所述生产井的生产管的出口通过海底生产管对接。
8.优选地，所述生产管和所述生产井套管全部伸入至海底泥面以下，且所述井筒、生产管和生产井套管与海底泥面的结合处设置有生产井井口。
9.优选地，所述回注井包括一个回注井井筒管和至少一个加热注水装置，所述回注井井筒管包括水平段，所述回注井井筒管的水平段设置于天然气水合物储层内且位于所述生产管的水平段的下方；所述回注井井筒管的进口通过海底回注管与气液分离器的液体出口相连通；若干个所述加热注水装置间隔设置在所述回注井井筒管的水平段上。
10.优选地，每个气液分离器相连的海底回注管上设置有一个增压泵。
11.优选地，所述回注井井筒管的外部套设有回注井套管；所述回注井井筒管与所述回注井套管之间的环空的水平段间隔设置有多个封隔器。
12.优选地，所述回注井井筒管和所述回注井套管在海底泥面的结合处设置有回注井井口。
13.优选地，包括四个生产井和一个回注井，四个所述生产井于海底呈现矩形四个顶点的分布，且每个生产井的水平段设置于天然气水合物储层内；一个所述回注井设置于四个所述生产井首尾依次连接连成的矩形的中心位置，且所述回注井的水平段设置于天然气水合物储层内且位于所述生产井的水平段的下方；其中两个所述生产井与气液分离器之间通过海底生产管和一个三通接头连通，另外两个所述生产井与气液分离器之间通过海底生产管和另一个三通接头连通。
14.优选地，包括多个生产井和多个回注井，其中，一个生产井和一个回注井共同组成一个开采回注井组，多个开采回注井组横向成排、纵向成列形成开采回注阵列井网，其中，在开采回注阵列井网中的生产井和回注井交替连成排；每列开采回注井组配置有一个气液分离器，每列开采回注井组中的多个生产井与气液分离器的气液混合物进口分别通过多个海底生产管连通；每列开采回注井组中的多个回注井与气液分离器的液体出口分别通过多个海底回注管连通；多列开采回注井组的气液分离器的气体出口分别连通多个天然气输送管形成海底管汇，所述海底管汇与海上生产平台连通。
15.本发明还涉及一种海洋水合物开采与回注方法，采用上述的海洋水合物开采与回注系统，该方法包括以下步骤：
16.生产井开采天然气水合物储层内的海洋水合物，海洋水合物分解产生气液混合流体；
17.气液混合流体通过生产井流入海底生产管，并通过海底生产管进入气液分离器的气液混合物进口；
18.气液分离器将气液混合流体分离成气体和液体；
19.分离出的气体从气液分离器的气体出口流出，通过天然气输送管向外输送至海上生产平台；
20.分离出的液体从气液分离器的液体出口流出，通过海底回注管流入至回注井井筒管，最后经加热注水装置注入天然气水合物储层。
21.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
22.(1)本发明公开的一种海洋水合物开采与回注系统及方法，将天然气水合物分解后续产出的地层水利用回注井的加热注水装置进行加热，再重新注入地层的天然气水合物藏中，既避免了产出物对环境造成污染，也节省了处理地层水的排放费用提高了经济效益，而且由回注井注入水可以有效保持储层能量，对地层水合物藏的分解起到了一定的促进作用，保持了天然气水合物藏可持续开发，可提高采收速率和水合物产量。
23.(2)本发明公开的一种海洋水合物开采与回注系统及方法，从通过采用注热和降压两种方法联合开采海洋水合物，两种方法的联合，较单一开采方法，既提供了水合物开采时需要的温度，也提高了海洋水合物的开采效率。
24.(3)本发明公开的一种海洋水合物开采与回注系统及方法，对于大区域海洋天然气水合物的开采，此采用了矩阵四角为生产井、中心为回注井的五点法布井方式以及回注井和生产井采用交替连排的井网方式，降低了大区域进行天然气水合物藏开采的装备、安装、作业的费用，节省了经济成本，多回注井和多生产井井排配合较单一井设置大大提高了大区域水合物藏整体的开发效率和气产量。
25.(4)本发明公开的一种海洋水合物开采与回注系统及方法，利用降压和注热组合的井组开采方法以及生产井回注井联合井排的井网方式，具有经济成本低，能量消耗少，水合物的采收率高等优点，在一定条件下可应用于大区域水合物藏的开发需求。
附图说明
26.图1是本发明实施例1提供的一个生产井和一个回注井形成的开采回注井组(6)的结构示意图；
27.图2是本发明实施例3提供的四个生产井和一个回注井形成的开采回注五点井网的结构示意图；
28.图3是本发明实施例5提供的多排多列开采回注井组(6)形成的开采回注阵列井网的结构示意图。
29.附图标记说明：100-海底泥面；200-天然气水合物储层，300-海上生产平台；
30.1-生产井，11-生产管，12-生产井套管，13-生产井井口；
31.2-气液分离器；
32.3-回注井，31-回注井井筒管，32-增压泵，33-加热注水装置，24-回注井套管，35-封隔器，36-回注井井口；
33.4-海底管汇，41-海底生产管，42-天然气输送管，43-海底回注管；
34.5-三通接头；
35.6-开采回注井组。
具体实施方式
36.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
37.实施例1：一个生产井和一个回注井形成开采回注井组
38.实施例1提供一种海洋水合物开采与回注系统，下面结合附图对其结构进行详细描述。
39.参考图1，该海洋水合物开采与回注系统包括一个开采回注井组6、一个气液分离器2、海底生产管41、天然气输送管42和海底回注管43，每个开采回注井组6包括一个生产井1和一个回注井3，
40.其中，生产井1和回注井3均设置于海底的天然气水合物储层200内，气液分离器2设置于海底且位于生产井1和回注井3附近；
41.气液分离器2上设有一个气液混合物进口、一个气体出口和一个液体出口，生产井1与气液分离器2的气液混合物进口通过海底生产管41连通，气液分离器2的液体出口与回注井3通过海底回注管43连通，气液分离器2的气体出口通过天然气输送管42与海上生产平台300连通。
42.具体地，生产井1包括一井筒，井筒内设置有生产管11，生产管11外部套有生产井套管12。
43.生产管11和生产井套管12均包括水平段，生产管11和生产井套管12的水平段设置于天然气水合物储层200内。
44.具体地，气液分离器2的气液混合物进口与生产井1的生产管11的出口通过海底生产管41对接。
45.为了防止海底液体流入至生产管11和生产井套管12内，优选地，生产管11和生产井套管12全部伸入至海底泥面100以下，且井筒、生产管11和生产井套管12与海底泥面100的结合处设置有生产井井口13。
46.回注井3包括一个回注井井筒管31、一个增压泵32、若个个加热注水装置33、一个回注井套管34、若个个封隔器35和一个回注井井口36，
47.回注井井筒管31包括水平段，回注井井筒管31的水平段设置于天然气水合物储层200内且位于生产井1的水平段的下方；
48.回注井井筒管31的进口通过海底回注管43与气液分离器2的液体出口相连通；
49.若干个加热注水装置33间隔设置在回注井井筒管31的水平段上。
50.为了保证回注的高压，每个气液分离器2相连的海底回注管43上设置有一个增压泵32。
51.为了保护回注井井筒管31免受破坏，回注井井筒管31的外部套设有回注井套管34；回注井井筒管31与回注井套管34之间的环空的水平段间隔设置有多个封隔器35。
52.为了防止海底液体流入至生产管11和生产井套管12内，回注井井筒管31和回注井套管34在海底泥面100的结合处设置有回注井井口36。
53.实施例2：基于实施例1结构形式的海洋水合物开采与回注方法
54.实施例2提供一种海洋水合物开采与回注方法，采用实施例1提供的海洋水合物开采与回注系统，该方法包括以下步骤：
55.生产井1开采天然气水合物储层200内的海洋水合物，海洋水合物分解产生气液混合流体；
56.气液混合流体通过生产管11流到生产井井口13，从生产井井口13流出进入海底生产管41，并通过海底生产管41进入气液分离器2的气液混合物进口；
57.气液分离器2将气液混合流体分离成气体和液体；
58.分离出的气体从气液分离器2的气体出口流出，通过天然气输送管42向外输送至海上生产平台300；
59.分离出的液体从气液分离器2的液体出口流出，在增压泵32的作用下，通过海底回注管43进入回注井井口36，从回注井井口36流入至回注井井筒管31，最后经加热注水装置
33注入天然气水合物储层200。
60.实施例3：四个生产井和一个回注井形成开采回注五点井网
61.实施例3提供一种海洋水合物开采与回注系统，在实施例1提供的开采回注井组6的基础上进行了改进，该改进为：
62.参考图2，该海洋水合物开采与回注系统包括四个生产井1和一个回注井3，
63.四个生产井1于海底呈现矩形四个顶点的分布，且每个生产井1的水平段设置于天然气水合物储层200内；
64.一个回注井3设置于四个生产井1首尾依次连接连成的矩形的中心位置，且回注井3的水平段设置于天然气水合物储层200内且位于生产井1的水平段的下方；
65.其中两个生产井1与气液分离器2之间通过海底生产管41和一个三通接头5连通，另外两个生产井1与气液分离器2之间通过海底生产管41和另一个三通接头5连通。
66.四个生产井和一个回注井形成开采回注五点井网的结构形式，其它结构形式与实施例1相同。
67.实施例4：基于实施例3结构形式的海洋水合物开采与回注方法
68.实施例4提供一种海洋水合物开采与回注方法，采用实施例3提供的海洋水合物开采与回注系统，该方法包括以下步骤：
69.四口生产井1分别开采天然气水合物储层200内的海洋水合物，海洋水合物分解产生气液混合流体；
70.气液混合流体通过生产管11流到生产井井口13，从生产井井口13流入海底生产管41，其中两个生产井1中的气液混合流体通过一个三通接头5汇集，另外两个生产井1中的气液混合流体通过另一个三通接头5汇集，两者通过海底生产管41进入气液分离器2的气液混合物进口；
71.气液分离器2将气液混合流体分离成气体和液体；
72.分离出的气体从气液分离器2的气体出口流出，通过天然气输送管42向外输送至海上生产平台300；
73.分离出的液体从气液分离器2的液体出口流出，在增压泵32的作用下，通过海底回注管43进入回注井井口36，从回注井井口36流入至回注井井筒管31，最后经加热注水装置33注入天然气水合物储层200。
74.实施例5：多排多列开采回注井组6形成的开采回注阵列井网
75.实施例5提供一种海洋水合物开采与回注系统，在实施例1提供的开采回注井组6的基础上进行了改进，该改进为：
76.参考图3，一个生产井1和一个回注井3共同组成一个开采回注井组6，多个开采回注井组6横向成排、纵向成列形成开采回注阵列井网，其中，在开采回注阵列井网中的生产井1和回注井3交替连成排；
77.每列开采回注井组6配置有一个气液分离器2，每列开采回注井组6中的多个生产井1与气液分离器2的气液混合物进口分别通过多个海底生产管41连通；每列开采回注井组6中的多个回注井3与气液分离器2的液体出口分别通过多个海底回注管43连通；
78.多列开采回注井组6的气液分离器2的气体出口分别连通多个天然气输送管42形成海底管汇4，海底管汇4与海上生产平台300连通。
79.其中，每个气液分离器2相连的海底回注管43上设置有一个增压泵32。
80.实施例6：基于实施例5结构形式的海洋水合物开采与回注方法
81.实施例6提供一种海洋水合物开采与回注方法，采用实施例5提供的海洋水合物开采与回注系统，该方法包括以下步骤：
82.多个口生产井1分别开采天然气水合物储层200内的海洋水合物，海洋水合物分解产生气液混合流体；
83.每列开采回注井组6中的多个生产井1的气液混合流体通过生产管11流到生产井井口13，从生产井井口13流入海底生产管41，进入气液分离器2的气液混合物进口；
84.气液分离器2将气液混合流体分离成气体和液体；
85.分离出的液体从气液分离器2的液体出口流出，在增压泵32的作用下，通过海底回注管43进入回注井井口36，从回注井井口36流入至回注井井筒管31，最后经加热注水装置33注入天然气水合物储层200；
86.分离出的气体从气液分离器2的气体出口流出，与其它列的开采回注井组6的气液分离器2的气体出口流出的气体汇集于海底管汇4，最后通过海底管汇4向外输送至海上生产平台300。
87.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。