本發(fā)明涉及天然氣水合物開采工程，尤其涉及一種地層充填式的水合物開采方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、天然氣水合物主要分布在工程條件苛刻的陸地永久凍土帶和水深超過300m的海底沉積物中，且90％以上分布在海洋區(qū)域。根據(jù)水合物儲層的結(jié)構(gòu)特征，可以將其劃分為四個等級，一等水合物層下方賦存有游離氣水層；二等水合物層下方只有含水層；三等水合物層下方無流體層；四等海底泥頁巖中具有含量極低的無開發(fā)價值的水合物顆粒。在現(xiàn)有的開采技術(shù)條件下，一等水合物資源類型屬于最具有開采價值的儲層類型，開采前景高，是未來要實現(xiàn)大面積的天然氣水合物商業(yè)化開采的目標(biāo)礦體類型。

2、在一等水合物儲層開采過程中，水合物由固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)時需要吸收大量的熱量，當(dāng)?shù)貙訜崃繜o法滿足時，則存在水合物二次生成現(xiàn)象導(dǎo)致生產(chǎn)管道堵塞，影響進(jìn)一步開采的效率和能力。而水合物開采條件滿足的條件下，水合物大量分解則會導(dǎo)致海底沉積物力學(xué)性質(zhì)改變，底層因重量過重而導(dǎo)致出現(xiàn)局部薄弱區(qū)域，從而引發(fā)大規(guī)模的地質(zhì)坍塌、滑塌、天然氣泄漏等自然災(zāi)害和環(huán)境問題。因此，現(xiàn)有的水合物儲層開采過程亟需解決地層能量補(bǔ)充和地層穩(wěn)定控制不足的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種地層充填式的水合物開采方法及裝置，以解決地層能量補(bǔ)充和地層穩(wěn)定控制不足的問題。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種地層充填式的水合物開采方法，所述地層從上到下依次為上覆蓋層、水合物儲層、游離氣層和下覆蓋層；所述地層充填式的水合物開采方法包括如下步驟：

4、s1，鉆生產(chǎn)井，使得所述生產(chǎn)井的底部位于所述水合物儲層和所述游離氣層的交界處；

5、s2，鉆充填井，所述充填井與所述生產(chǎn)井之間具有安全距離，所述充填井包括水平段，所述水平段位于所述上覆蓋層和所述水合物儲層的交界位置；

6、s3，在所述生產(chǎn)井和所述充填井內(nèi)分別下入生產(chǎn)管柱，所述生產(chǎn)井對所述游離氣層的氣態(tài)水合物進(jìn)行開采；

7、s4，在所述充填井內(nèi)下入射孔壓裂工具，對所述水合物儲層進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，在所述水合物儲層形成壓裂通道，所述水合物儲層的固態(tài)水合物分解并通過所述壓裂通道不斷向所述游離氣層運(yùn)輸，持續(xù)供應(yīng)給所述生產(chǎn)井進(jìn)行開采。

8、在一些實施例中，步驟s3中，所述生產(chǎn)井采用降壓開采方式進(jìn)行開采，使得所述游離氣層形成負(fù)壓狀態(tài)。

9、在一些實施例中，步驟s4中，所述射孔壓裂作業(yè)過程中持續(xù)注入支撐材料和熱海水，以不斷促進(jìn)所述水合物儲層的固態(tài)水合物分解。

10、在一些實施例中，所述充填井設(shè)有多個，多個所述充填井圍繞所述生產(chǎn)井的間隔均勻設(shè)置。

11、本發(fā)明還提供一種地層充填式的水合物開采裝置，用于實現(xiàn)所述地層充填式的水合物開采方法；所述地層充填式的水合物開采裝置包括：

12、生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井的底部直達(dá)水合物儲層和游離氣層的交界處；

13、充填井，所述充填井設(shè)于所述生產(chǎn)井的安全距離處，所述充填井包括水平段，所述水平段位于上覆蓋層和所述水合物儲層的交界位置；

14、射孔壓裂工具，所述射孔壓裂工具用于對所述水合物儲層進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)使得所述水合物儲層的固態(tài)水合物分解為氣態(tài)水合物，并在所述水合物儲層形成壓裂通道，所述氣態(tài)水合物通過所述壓裂通道不斷向所述游離氣層運(yùn)輸以滿足所述生產(chǎn)井的連續(xù)開采。

15、在一些實施例中，所述生產(chǎn)井和所述充填井均設(shè)有固井組件，所述固井組件包括：

16、固井套管，所述固井套管設(shè)于所述生產(chǎn)井和所述充填井的裸眼軌跡中；

17、固井水泥環(huán)，所述固井水泥環(huán)設(shè)于所述固井套管和地層之間；

18、生產(chǎn)管柱，所述生產(chǎn)管柱設(shè)于所述固井套管內(nèi)，所述生產(chǎn)井內(nèi)的所述生產(chǎn)管柱的底端延伸至所述游離氣層內(nèi)用于水合物開采；所述充填井內(nèi)的所述生產(chǎn)管柱用于固定所述射孔壓裂工具和注入支撐材料和熱海水。

19、在一些實施例中，所述射孔壓裂工具設(shè)有多個，多個所述射孔壓裂工具沿所述水平段間隔均勻設(shè)置以在所述水平段形成多個所述壓裂通道。

20、在一些實施例中，所述充填井設(shè)有多個，多個所述充填井圍繞所述生產(chǎn)井間隔均勻設(shè)置。

21、在一些實施例中，所述充填井設(shè)有兩個，兩個所述充填井對稱設(shè)置在所述生產(chǎn)井的兩側(cè)。

22、在一些實施例中，所述生產(chǎn)井為沿豎直方向設(shè)置的直井，所述充填井為水平井，所述充填井的水平段沿水平方向背離所述生產(chǎn)井延伸設(shè)置。

23、本發(fā)明的有益效果：

24、本發(fā)明提供的地層充填式的水合物開采方法，生產(chǎn)井的底部位于水合物儲層和游離氣層的交界處，能夠直接對游離氣層的氣態(tài)水合物開采，隨著開采時間的推移，游離氣層形成負(fù)壓狀態(tài)；通過鉆充填井并在充填井向水合物儲層內(nèi)進(jìn)行射孔壓裂使得固態(tài)水合物分解為氣態(tài)水合物，在負(fù)壓作用下，分解的氣態(tài)水合物向游離氣層進(jìn)行資源補(bǔ)充，從而實現(xiàn)生產(chǎn)井持續(xù)穩(wěn)定的高效產(chǎn)氣功能，解決了地層能量補(bǔ)充不足的問題和地層穩(wěn)定控制不足的問題。

技術(shù)特征：

1.地層充填式的水合物開采方法，所述地層從上到下依次為上覆蓋層(b)、水合物儲層(c)、游離氣層(d)和下覆蓋層(e)；其特征在于，所述地層充填式的水合物開采方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層充填式的水合物開采方法，其特征在于，步驟s3中，所述生產(chǎn)井(1)采用降壓開采方式進(jìn)行開采，使得所述游離氣層(d)形成負(fù)壓狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層充填式的水合物開采方法，其特征在于，步驟s4中，所述射孔壓裂作業(yè)過程中持續(xù)注入支撐材料和熱海水，以不斷促進(jìn)所述水合物儲層(c)的固態(tài)水合物分解。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層充填式的水合物開采方法，其特征在于，所述充填井(2)設(shè)有多個，多個所述充填井(2)圍繞所述生產(chǎn)井(1)的間隔均勻設(shè)置。

5.地層充填式的水合物開采裝置，用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-4中任一項所述的地層充填式的水合物開采方法，其特征在于，所述地層充填式的水合物開采裝置包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地層充填式的水合物開采裝置，其特征在于，所述生產(chǎn)井(1)和所述充填井(2)均設(shè)有固井組件，所述固井組件包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地層充填式的水合物開采裝置，其特征在于，所述射孔壓裂工具設(shè)有多個，多個所述射孔壓裂工具沿所述水平段間隔均勻設(shè)置以在所述水平段形成多個所述壓裂通道(7)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地層充填式的水合物開采裝置，其特征在于，所述充填井(2)設(shè)有多個，多個所述充填井(2)圍繞所述生產(chǎn)井(1)間隔均勻設(shè)置。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的地層充填式的水合物開采裝置，其特征在于，所述充填井(2)設(shè)有兩個，兩個所述充填井(2)對稱設(shè)置在所述生產(chǎn)井(1)的兩側(cè)。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地層充填式的水合物開采裝置，其特征在于，所述生產(chǎn)井(1)為沿豎直方向設(shè)置的直井，所述充填井(2)為水平井，所述充填井(2)的水平段沿水平方向背離所述生產(chǎn)井(1)延伸設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于天然氣水合物開采工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種地層充填式的水合物開采方法及裝置。地層充填式的水合物開采方法中，首先鉆生產(chǎn)井至水合物儲層和游離氣層的交界處；然后鉆充填井至上覆蓋層和水合物儲層的交界位置；在生產(chǎn)井和充填井內(nèi)分別下入生產(chǎn)管柱，生產(chǎn)井對游離氣層的氣態(tài)水合物進(jìn)行開采；在充填井內(nèi)下入射孔壓裂工具，對水合物儲層進(jìn)行射孔壓裂作業(yè)，在水合物儲層形成壓裂通道，水合物儲層的固態(tài)水合物分解并通過壓裂通道不斷向游離氣層運(yùn)輸，持續(xù)供應(yīng)給生產(chǎn)井進(jìn)行開采。本發(fā)明實現(xiàn)了生產(chǎn)井持續(xù)穩(wěn)定的高效產(chǎn)氣功能，解決了地層能量補(bǔ)充不足的問題和地層穩(wěn)定控制不足的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：歐芬蘭,寧波,李晶,仇德智,金雪梅,耿瀾濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/3/10