一种非常规油气环保开采装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种非常规油气环保开采装置及方法，装置包括井眼装置、注入装置、开采装置和连通管线，井眼装置一端连接地下待开采油气层的存储层，另一端连接设置在地面的连通管线，连通管线连接注入装置和开采装置，注入装置可对待开采油气层依次注入压裂液、酸液和碱液，开采装置可实现待开采油气层的天然气的分离和收集。本发明基于酸碱中和放热原理，利用废液酸碱中和热激降压开采法，将钻井液和酸化液的浓缩液中和放热，降低成本，保护环境而且可提高开采效率。
【专利说明】
一种非常规油气环保开采装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于石油天然气钻探设备领域，尤其涉及一种非常规油气环保开采装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着经济发展对能源需求量的增长，油气开发领域的不断扩展，现今可靠供给的常规油气资源越来越少，能源开发已不得不从常规油气开发转向非常规油气开发，非常规油气的种类较多，储量与开采难度各不相同，天然气水化物就是其中一种新型能源。据估算，全世界范围内作为天然气水化物束缚的甲烷量至少有10万亿吨，因此天然气水化物具有广阔前景和发展空间。
[0003]常规油气开采往往伴随大量各类钻井完井液的废弃，不仅增加开采成本和处理成本，同时易污染环境，由于通常钻井液呈碱性，酸化液呈酸性，即使用过废弃液也会保持其酸碱基本属性不变。目前，天然气水化物的开采方法主要包括热激发，降压法，注化学药剂法，二氧化碳置换法及固体开采法，由于天然气水化物的特殊属性，要使天然气脱离水分子束缚往往周期长，且伴随大量热量损失，开采效率低，成本高，针对以上问题，除了对环境的保护，开采效率急待提升。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的问题是在于提供一种开采效率更高的非常规油气环保开采装置及方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种非常规油气环保开采装置，包括井眼装置、注入装置、开采装置和连通管线，所述井眼装置一端连接地下待开采油气层的存储层，另一端连接设置在地面的所述连通管线，所述连通管线连接所述注入装置和所述开采装置；
[0006]所述注入装置包括压裂液导入线、酸液导入线、碱液导入线和操作管柱，所述操作管柱一端固定在所述井眼装置的下端且二者连通，另一端设在待开采油气产层的下端，所述压裂液导入线包括所述第一三通阀门、所述第一液体流量计、所述加压栗和所述压裂液储液罐，所述第一三通阀门、所述第一液体流量计、所述加压栗和所述压裂液储液罐通过所述连通管线从靠近所述井眼装置的一端向后依次串联，所述压裂液储液罐内存放有压裂液，所述第一三通阀门另外两端的其中一端通过所述连通管线与所述井眼装置连接，另一端与所述酸液导入线连接；
[0007]所述酸液导入线包括第二三通阀门、第二液体流量计和酸液储液罐，所述第二三通阀门、所述第二液体流量计和所述酸液储液罐通过所述连通管线从靠近所述井眼装置的一端向后依次串联，所述酸液储液罐内存放有酸液，所述第二三通阀门另外两端的其中一端与所述第一三通阀门连接，另一端与所述碱液导入线连接；
[0008]所述碱液导入线包括第三三通阀门、第三液体流量计、碱液储液罐和储气罐，所述第三三通阀门，所述第三液体流量计、所述碱液储液罐和所述储气罐通过所述连通管线从靠近所述井眼装置的一端向后依次串联，所述碱液储液罐内存放有碱液，所述储气罐内存放有二氧化碳气体，所述第三三通阀门另外两端的其中一端与所述第二三通阀门连接，另一端与所述开采装置连接。
[0009]进一步，所述开采装置包括采气管柱、压力计、温度计、气液分离罐、输气管线、分离储液罐和卸压装置，所述采气管柱一端固定设在所述井眼装置的下端且二者连通，另一端设在待开采油气产层的上端，所述压力计和所述温度计设在所述井眼装置与所述第一三通阀门之间，所述压力计设在靠近所述井眼装置的一端，所述卸压装置一端与所述第三三通阀门连接，另一端与所述气液分离罐连接，所述输气管线一端与所述气液分离罐内部连接，另一端与外部的气体收集装置连接，分离储液罐与所述气液分离罐连接。
[0010]进一步，所述井眼装置包括井口装置、套管、套管鞋、封隔器和主管柱，所述井口装置的上端与所述压力计连接，下端与所述套管的一端固定连接，所述套管的另一端与所述套管鞋固定连接，所述套管鞋设在所述套管的外圈且二者同轴设置，所述主管柱设在所述套管的内部且二者同轴设置，所述主管柱的上端与所述井口装置连接，下端固定连接所述操作管柱和所述采气管柱的上端，所述操作管柱和所述采气管柱错位设置，所述封隔器设在所述主管柱与所述套管之间且与所述主管柱同轴设置，所述封隔器与所述主管柱的接触面密封，所述封隔器与所述套管之间的接触面密封。
[0011]进一步，所述连通管线、所述操作管柱、所述主管柱和所述采气管柱均耐压45MPa。
[0012]进一步，酸液为废弃钻井液和/或废弃酸化液。
[0013]使用一种非常规油气环保开采装置进行油气开采方法，包括以下步骤:
[0014]第一步，在天然气水化物藏区钻垂直井眼，在钻至储层上方1m处时，停钻下所述套管并固井，而后钻至储层下端上方5m处停钻，下入所述操作管柱与所述采气管柱，裸眼完井;
[0015]第二步，关闭所述采气管柱，开启所述操作管柱，启动所述加压栗，将所述压裂液储液罐内压裂液增压至40MPa，压裂液在所述连通管线内依次通过所述第一三通阀门、所述主管柱和所述操作管柱后注入储层，通过所述第一液体流量计监控压裂液注入量；
[0016]第三步，酸液在所述连通管线内依次通过所述第二三通阀门、所述第一三通阀门、所述主管柱和所述操作管柱，将所述酸液储液罐内的酸液注入储层，通过所述第二液体流量计监控酸液注入量；
[0017]第四步，开启所述储气罐将二氧化碳气体注入所述碱液储液罐，碱液在所述连通管线内依次通过所述第三三通阀门、所述第二三通阀门、所述第一三通阀门、所述主管柱和所述操作管柱，将所述碱液储液罐内的碱液注入储层，通过所述第三液体流量计监控碱液注入量；
[0018]第五步，完成以上步骤后，关闭所述操作管柱，关井I?3天；
[0019]第六步，开启所述采气管柱和所述卸压装置，待开采油气在所述连通管线内依次通过所述采气管柱、所述主管柱、所述第一三通阀门、所述第二三通阀门和所述第三三通阀门、到达所述气液分离罐；
[0020]第七步，检测所述压力计，当产出的待开采天然气压力下降至起始压力的30%以下时，停止米气，并重复步骤二?六。
[0021]本发明具有的优点和积极效果是:与现有技术相比，1、本发明设置井眼装置、注入装置和开采装置，注入装置和开采装置均与井眼装置连接，属于注采同井设置，加快开采速度，提升开采效率;2、在碱性溶液中注入二氧化碳，充分利用置换法，进一步提升开采效率；
3、注入装置可实现压裂液、酸液和碱液的注入，并且回收使用废弃钻井液和废弃酸化液，充分利用酸碱中和热激原理，中和放热作为开采热源，降低成本，避免污染环境;4、开采装置包括卸压装置，将二氧化碳置换法和降压开采结合使用，进一步提升开采效率;5、操作过程中，严格按照设定的参数和步骤执行，保证了酸碱的充分反应中和，提供了充足的开采热源，保证了油气的快速收集与分离，大大提升开采效率。
【附图说明】
[0022]图1是本发明一种非常规油气环保开采装置的结构示意图。
[0023]1-井口装置;2-套管;3-套管鞋;4-采气管柱;5-储层;6_裂缝;7_操作管柱;8_封隔器;9-主管柱；10-压力计；11-温度计；12-第一三通阀门；13-加压栗；14-压裂液储液罐；15-第二液体流量计；16-酸液储液罐；17-储气罐；18-碱液储液罐；19-气液分离罐;20-输气管线；21-分离储液罐;22-卸压装置;23-第二三通阀门；24-第三三通阀门；25-第三液体流量计;26-第一液体流量计;27-连通管线。
【具体实施方式】
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0026]在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0027]下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
[0028]如图1所示，一种非常规油气环保开采装置，包括井眼装置、注入装置、开采装置和连通管线27，井眼装置一端连接地下待开采油气层的存储层5，另一端连接设置在地面的连通管线27，连通管线27连接注入装置和开采装置；
[0029]注入装置包括压裂液导入线、酸液导入线、碱液导入线和操作管柱7，操作管柱7—端固定在井眼装置的下端且二者连通，另一端设在待开采油气产层的下端，压裂液导入线包括第一三通阀门12、第一液体流量计26、加压栗13和压裂液储液罐14，第一三通阀门12、第一液体流量计26、加压栗13和压裂液储液罐14通过连通管线27从靠近井眼装置的一端向后依次串联，压裂液储液罐14内存放有压裂液，第一三通阀门12另外两端的其中一端通过连通管线27与井眼装置连接，另一端与酸液导入线连接；
[0030]酸液导入线包括第二三通阀门23、第二液体流量计15和酸液储液罐16，第二三通阀门23、第二液体流量计15和酸液储液罐16通过连通管线27从靠近井眼装置的一端向后依次串联，酸液储液罐16内存放有酸液，第二三通阀门23另外两端的其中一端与第一三通阀门12连接，另一端与碱液导入线连接；
[0031 ] 碱液导入线包括第三三通阀门24、第三液体流量计25、碱液储液罐18和储气罐17，第三三通阀门24，第三液体流量计25、碱液储液罐18和储气罐17通过连通管线27从靠近井眼装置的一端向后依次串联，碱液储液罐18内存放有碱液，储气罐17内存放有二氧化碳气体，第三三通阀门24另外两端的其中一端与第二三通阀门23连接，另一端与开采装置连接。第一三通阀门12、第二三通阀门23和第三三通阀门24用于改变连通管线27内介质的流向及通过的介质种类。
[0032]优选地，开采装置包括采气管柱4、压力计10、温度计11、气液分离罐19、输气管线20、分离储液罐21和卸压装置22，采气管柱4 一端固定设在井眼装置的下端且二者连通，另一端设在待开采油气产层的上端，压力计10和温度计11设在井眼装置与第一三通阀门12之间，压力计10设在靠近井眼装置的一端，卸压装置22—端与第三三通阀门24连接，另一端与气液分离罐19连接，输气管线20—端与气液分离罐19内部连接，另一端与外部的气体收集装置连接，分离储液罐21与气液分离罐19连接，压力计10和温度计11用于监控天然气压力和温度。
[0033]优选地，井眼装置包括井口装置1、套管2、套管鞋3、封隔器8和主管柱9，井口装置I的上端与压力计10连接，下端与套管2的一端固定连接，套管2的另一端与套管鞋3固定连接，套管鞋3设在套管2的外圈且二者同轴设置，主管柱9设在套管2的内部且二者同轴设置，主管柱9的上端与井口装置I连接，下端固定连接操作管柱7和采气管柱4的上端，操作管柱7和采气管柱4错位设置，封隔器8设在主管柱9与套管2之间且与主管柱9同轴设置，封隔器8与主管柱9的接触面密封，封隔器8与套管2之间的接触面密封。
[0034]优选地，连通管线27、操作管柱7、主管柱9和采气管柱4均耐压45Mpa，稳定性高，使用寿命长，可承受压裂液、酸液和碱液压入时的强大压力。
[0035]优选地，酸液为废弃钻井液和/或废弃酸化液。
[0036]三通阀门用于改变介质流向及通过介质种类，
[0037]使用一种非常规油气环保开采装置进行油气开采方法，包括以下步骤:
[0038]第一步，在天然气水化物藏区钻垂直井眼，在钻至储层5上方1m处时，停钻下套管2并固井，而后钻至储层5下端上方5m处停钻，下入操作管柱7与采气管柱4，裸眼完井；
[0039]第二步，关闭采气管柱4，开启操作管柱7，启动加压栗13，将压裂液储液罐14内压裂液增压至40MPa，压裂液在连通管线27内依次通过第一三通阀门12、主管柱9和操作管柱7后注入储层5，通过第一液体流量计26监控压裂液注入量，实现压裂作业，形成裂缝6;
[0040]第三步，酸液在连通管线27内依次通过第二三通阀门23、第一三通阀门12、主管柱9和操作管柱7，将酸液储液罐16内的酸液注入储层5，通过第二液体流量计15监控酸液注入量，完成fe液注入；
[0041]第四步，开启储气罐17将二氧化碳气体注入碱液储液罐18，碱液在连通管线27内依次通过第三三通阀门24、第二三通阀门23、第一三通阀门12、主管柱9和操作管柱7，将碱液储液罐18内的碱液注入储层5，通过第三液体流量计25监控碱液注入量，完成碱液注入；
[0042]第五步，完成以上步骤后，关闭操作管柱7，关井I?3天；
[0043]第六步，待酸碱中和放热激发储层内天然气水化物，并释出二氧化碳气体实现天然气置换后，开启采气管柱4和卸压装置22，待开采油气在连通管线27内依次通过采气管柱
4、主管柱9、第一三通阀门12、第二三通阀门23和第三三通阀门24、到达气液分离罐19进行分离，产出水进入分离储液罐21，天然气通过输气管道20输出到外部的收集装置；
[0044]第七步，检测压力计10，当产出的待开采天然气压力下降至起始压力的30%以下时，停止采气，并重复步骤二?六，同时加大酸液与碱液的注入量以持续激发产能。
[0045]以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种非常规油气环保开采装置，其特征在于:包括井眼装置、注入装置、开采装置和连通管线(27)，所述井眼装置一端连接地下待开采油气层的存储层(5)，另一端连接设置在地面的所述连通管线(27),所述连通管线(27)连接所述注入装置和所述开采装置； 所述注入装置包括压裂液导入线、酸液导入线、碱液导入线和操作管柱(7)，所述操作管柱(7) —端固定在所述井眼装置的下端且二者连通，另一端设在待开采油气产层的下端，所述压裂液导入线包括所述第一三通阀门(12)、所述第一液体流量计(26)、所述加压栗(13)和所述压裂液储液罐(14)，所述第一三通阀门(12)、所述第一液体流量计(26)、所述加压栗(13)和所述压裂液储液罐(14)通过所述连通管线(27)从靠近所述井眼装置的一端向后依次串联，所述压裂液储液罐(14)内存放有压裂液，所述第一三通阀门(12)另外两端的其中一端通过所述连通管线(27)与所述井眼装置连接，另一端与所述酸液导入线连接； 所述酸液导入线包括第二三通阀门(23)、第二液体流量计(15)和酸液储液罐(16)，所述第二三通阀门(23)、所述第二液体流量计(15)和所述酸液储液罐(16)通过所述连通管线(27)从靠近所述井眼装置的一端向后依次串联，所述酸液储液罐(16)内存放有酸液，所述第二三通阀门(23)另外两端的其中一端与所述第一三通阀门(12)连接，另一端与所述碱液导入线连接； 所述碱液导入线包括第三三通阀门(24)、第三液体流量计(25)、碱液储液罐(18)和储气罐(17)，所述第三三通阀门(24)，所述第三液体流量计(25)、所述碱液储液罐(18)和所述储气罐(17)通过所述连通管线(27)从靠近所述井眼装置的一端向后依次串联，所述碱液储液罐(18)内存放有碱液，所述储气罐(17)内存放有二氧化碳气体，所述第三三通阀门(24)另外两端的其中一端与所述第二三通阀门(23)连接，另一端与所述开采装置连接。2.根据权利要求1的一种非常规油气环保开采装置，其特征在于:所述开采装置包括采气管柱(4)、压力计(10)、温度计(11)、气液分离罐(19)、输气管线(20)、分离储液罐(21)和卸压装置(22)，所述采气管柱(4) 一端固定设在所述井眼装置的下端且二者连通，另一端设在待开采油气产层的上端，所述压力计(10)和所述温度计(11)设在所述井眼装置与所述第一三通阀门(12)之间，所述压力计(10)设在靠近所述井眼装置的一端，所述卸压装置(22)一端与所述第三三通阀门(24)连接，另一端与所述气液分离罐(19)连接，所述输气管线(20)—端与所述气液分离罐(19)内部连接，另一端与外部的气体收集装置连接，分离储液罐(21)与所述气液分离罐(19)连接。3.根据权利要求2的一种非常规油气环保开采装置，其特征在于:所述井眼装置包括井口装置(I)、套管(2)、套管鞋(3)、封隔器(8)和主管柱(9)，所述井口装置(I)的上端与所述压力计(10)连接，下端与所述套管(2)的一端固定连接，所述套管(2)的另一端与所述套管鞋(3)固定连接，所述套管鞋(3)设在所述套管(2)的外圈且二者同轴设置，所述主管柱(9)设在所述套管(2)的内部且二者同轴设置，所述主管柱(9)的上端与所述井口装置(I)连接，下端固定连接所述操作管柱(7)和所述采气管柱(4)的上端，所述操作管柱(7)和所述采气管柱(4)错位设置，所述封隔器(8)设在所述主管柱(9)与所述套管(2)之间且与所述主管柱(9)同轴设置，所述封隔器(8)与所述主管柱(9)的接触面密封，所述封隔器(8)与所述套管(2)之间的接触面密封。4.根据权利要求3的一种非常规油气环保开采装置，其特征在于:所述连通管线(27)、所述操作管柱(7)、所述主管柱(9)和所述采气管柱(4)均耐压45MPa。5.根据权利要求1的一种非常规油气环保开采装置，其特征在于:酸液为废弃钻井液和/或废弃酸化液。6.使用权利要求1?5任一项所述的一种非常规油气环保开采装置进行油气开采的方法，其特征在于包括以下步骤: 第一步，在天然气水化物藏区钻垂直井眼，在钻至储层(5)上方1m处时，停钻下所述套管(2)并固井，而后钻至储层(5)下端上方5m处停钻，下入所述操作管柱(7)与所述采气管柱(4)，裸眼完井； 第二步，关闭所述采气管柱(4)，开启所述操作管柱(7)，启动所述加压栗(13)，将所述压裂液储液罐(14)内压裂液增压至40MPa，压裂液在所述连通管线(27)内依次通过所述第一三通阀门(12)、所述主管柱(9)和所述操作管柱(7)后注入储层(5)，通过所述第一液体流量计(26)监控压裂液注入量； 第三步，酸液在所述连通管线(27)内依次通过所述第二三通阀门(23)、所述第一三通阀门(12)、所述主管柱(9)和所述操作管柱(7)，将所述酸液储液罐(16)内的酸液注入储层(5)，通过所述第二液体流量计(15)监控酸液注入量； 第四步，开启所述储气罐(17)将二氧化碳气体注入所述碱液储液罐(18)，碱液在所述连通管线(27)内依次通过所述第三三通阀门(24)、所述第二三通阀门(23)、所述第一三通阀门(12)、所述主管柱(9)和所述操作管柱(7)，将所述碱液储液罐(18)内的碱液注入储层(5)，通过所述第三液体流量计(25)监控碱液注入量； 第五步，完成以上步骤后，关闭所述操作管柱(7)，关井I?3天； 第六步，开启所述采气管柱(4)和所述卸压装置(22)，待开采油气在所述连通管线(27)内依次通过所述采气管柱(4)、所述主管柱(9)、所述第一三通阀门(12)、所述第二三通阀门(23)和所述第三三通阀门(24)、到达所述气液分离罐(19); 第七步，检测所述压力计(10)，当产出的待开采天然气压力下降至起始压力的30%以下时，停止米气，并重复步骤二?六。
【文档编号】E21B43/26GK105863593SQ201610264003
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】张耕培, 周俊然, 王益山, 范永涛, 杨晓勇
【申请人】中国石油集团渤海钻探工程有限公司