地层充填式的水合物开采方法及装置与流程

本发明涉及天然气水合物开采工程，尤其涉及一种地层充填式的水合物开采方法及装置。

背景技术：

1、天然气水合物主要分布在工程条件苛刻的陆地永久冻土带和水深超过300m的海底沉积物中，且90％以上分布在海洋区域。根据水合物储层的结构特征，可以将其划分为四个等级，一等水合物层下方赋存有游离气水层；二等水合物层下方只有含水层；三等水合物层下方无流体层；四等海底泥页岩中具有含量极低的无开发价值的水合物颗粒。在现有的开采技术条件下，一等水合物资源类型属于最具有开采价值的储层类型，开采前景高，是未来要实现大面积的天然气水合物商业化开采的目标矿体类型。

2、在一等水合物储层开采过程中，水合物由固态转化为气态时需要吸收大量的热量，当地层热量无法满足时，则存在水合物二次生成现象导致生产管道堵塞，影响进一步开采的效率和能力。而水合物开采条件满足的条件下，水合物大量分解则会导致海底沉积物力学性质改变，底层因重量过重而导致出现局部薄弱区域，从而引发大规模的地质坍塌、滑塌、天然气泄漏等自然灾害和环境问题。因此，现有的水合物储层开采过程亟需解决地层能量补充和地层稳定控制不足的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种地层充填式的水合物开采方法及装置，以解决地层能量补充和地层稳定控制不足的问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种地层充填式的水合物开采方法，所述地层从上到下依次为上覆盖层、水合物储层、游离气层和下覆盖层；所述地层充填式的水合物开采方法包括如下步骤：

4、s1，钻生产井，使得所述生产井的底部位于所述水合物储层和所述游离气层的交界处；

5、s2，钻充填井，所述充填井与所述生产井之间具有安全距离，所述充填井包括水平段，所述水平段位于所述上覆盖层和所述水合物储层的交界位置；

6、s3，在所述生产井和所述充填井内分别下入生产管柱，所述生产井对所述游离气层的气态水合物进行开采；

7、s4，在所述充填井内下入射孔压裂工具，对所述水合物储层进行射孔压裂作业，在所述水合物储层形成压裂通道，所述水合物储层的固态水合物分解并通过所述压裂通道不断向所述游离气层运输，持续供应给所述生产井进行开采。

8、在一些实施例中，步骤s3中，所述生产井采用降压开采方式进行开采，使得所述游离气层形成负压状态。

9、在一些实施例中，步骤s4中，所述射孔压裂作业过程中持续注入支撑材料和热海水，以不断促进所述水合物储层的固态水合物分解。

10、在一些实施例中，所述充填井设有多个，多个所述充填井围绕所述生产井的间隔均匀设置。

11、本发明还提供一种地层充填式的水合物开采装置，用于实现所述地层充填式的水合物开采方法；所述地层充填式的水合物开采装置包括：

12、生产井，所述生产井的底部直达水合物储层和游离气层的交界处；

13、充填井，所述充填井设于所述生产井的安全距离处，所述充填井包括水平段，所述水平段位于上覆盖层和所述水合物储层的交界位置；

14、射孔压裂工具，所述射孔压裂工具用于对所述水合物储层进行射孔压裂作业使得所述水合物储层的固态水合物分解为气态水合物，并在所述水合物储层形成压裂通道，所述气态水合物通过所述压裂通道不断向所述游离气层运输以满足所述生产井的连续开采。

15、在一些实施例中，所述生产井和所述充填井均设有固井组件，所述固井组件包括：

16、固井套管，所述固井套管设于所述生产井和所述充填井的裸眼轨迹中；

17、固井水泥环，所述固井水泥环设于所述固井套管和地层之间；

18、生产管柱，所述生产管柱设于所述固井套管内，所述生产井内的所述生产管柱的底端延伸至所述游离气层内用于水合物开采；所述充填井内的所述生产管柱用于固定所述射孔压裂工具和注入支撑材料和热海水。

19、在一些实施例中，所述射孔压裂工具设有多个，多个所述射孔压裂工具沿所述水平段间隔均匀设置以在所述水平段形成多个所述压裂通道。

20、在一些实施例中，所述充填井设有多个，多个所述充填井围绕所述生产井间隔均匀设置。

21、在一些实施例中，所述充填井设有两个，两个所述充填井对称设置在所述生产井的两侧。

22、在一些实施例中，所述生产井为沿竖直方向设置的直井，所述充填井为水平井，所述充填井的水平段沿水平方向背离所述生产井延伸设置。

23、本发明的有益效果：

24、本发明提供的地层充填式的水合物开采方法，生产井的底部位于水合物储层和游离气层的交界处，能够直接对游离气层的气态水合物开采，随着开采时间的推移，游离气层形成负压状态；通过钻充填井并在充填井向水合物储层内进行射孔压裂使得固态水合物分解为气态水合物，在负压作用下，分解的气态水合物向游离气层进行资源补充，从而实现生产井持续稳定的高效产气功能，解决了地层能量补充不足的问题和地层稳定控制不足的问题。

技术特征：

1.地层充填式的水合物开采方法，所述地层从上到下依次为上覆盖层(b)、水合物储层(c)、游离气层(d)和下覆盖层(e)；其特征在于，所述地层充填式的水合物开采方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的地层充填式的水合物开采方法，其特征在于，步骤s3中，所述生产井(1)采用降压开采方式进行开采，使得所述游离气层(d)形成负压状态。

3.根据权利要求1所述的地层充填式的水合物开采方法，其特征在于，步骤s4中，所述射孔压裂作业过程中持续注入支撑材料和热海水，以不断促进所述水合物储层(c)的固态水合物分解。

4.根据权利要求1所述的地层充填式的水合物开采方法，其特征在于，所述充填井(2)设有多个，多个所述充填井(2)围绕所述生产井(1)的间隔均匀设置。

5.地层充填式的水合物开采装置，用于实现权利要求1-4中任一项所述的地层充填式的水合物开采方法，其特征在于，所述地层充填式的水合物开采装置包括：

6.根据权利要求5所述的地层充填式的水合物开采装置，其特征在于，所述生产井(1)和所述充填井(2)均设有固井组件，所述固井组件包括：

7.根据权利要求5所述的地层充填式的水合物开采装置，其特征在于，所述射孔压裂工具设有多个，多个所述射孔压裂工具沿所述水平段间隔均匀设置以在所述水平段形成多个所述压裂通道(7)。

8.根据权利要求5所述的地层充填式的水合物开采装置，其特征在于，所述充填井(2)设有多个，多个所述充填井(2)围绕所述生产井(1)间隔均匀设置。

9.根据权利要求8所述的地层充填式的水合物开采装置，其特征在于，所述充填井(2)设有两个，两个所述充填井(2)对称设置在所述生产井(1)的两侧。

10.根据权利要求5所述的地层充填式的水合物开采装置，其特征在于，所述生产井(1)为沿竖直方向设置的直井，所述充填井(2)为水平井，所述充填井(2)的水平段沿水平方向背离所述生产井(1)延伸设置。

技术总结
本发明属于天然气水合物开采工程技术领域，公开了一种地层充填式的水合物开采方法及装置。地层充填式的水合物开采方法中，首先钻生产井至水合物储层和游离气层的交界处；然后钻充填井至上覆盖层和水合物储层的交界位置；在生产井和充填井内分别下入生产管柱，生产井对游离气层的气态水合物进行开采；在充填井内下入射孔压裂工具，对水合物储层进行射孔压裂作业，在水合物储层形成压裂通道，水合物储层的固态水合物分解并通过压裂通道不断向游离气层运输，持续供应给生产井进行开采。本发明实现了生产井持续稳定的高效产气功能，解决了地层能量补充不足的问题和地层稳定控制不足的问题。

技术研发人员：欧芬兰,宁波,李晶,仇德智,金雪梅,耿澜涛
受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局
技术研发日：
技术公布日：2025/3/10