一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111411922A(43)申请公布日2020.07.14(21)申请号202010164371.9E21B43/267(2006.01)(22)申请日2020.03.11E21B43/08(2006.01)E21B43/04(2006.01)(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人杨磊徐磊石康吉赵佳飞宋永臣杨明军王大勇刘瑜张毅刘卫国凌铮蒋兰兰李洋辉(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人陈玲玉(51)Int.Cl.E21B43/01(2006.01)E21B47/06(2012.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备及方法(57)摘要本发明属于能源与环境领域，提出了一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备及方法。该装备包括压力监测系统、水平井压裂填充系统、防砂系统和自动控制反馈系统。解决了天然气水合物开采过程中由于沉积物泥质低渗特性造成的压力传递困难问题，进而带来的水合物二次生成与结冰堵塞情况。同时利用压裂填充系统，有效增大压力渗透范围，并通过支撑剂在压裂区域的固化，实现压裂区域及气体运移通道的稳定，显著强化水合物分解过程。在产气过程中通过防砂系统，有效防止压裂过程细沙堵塞集气口，并在天然气水合物开采过程中利用压裂系统对防砂系统进行冲刷，解决了防砂系统的易堵难题。该套装备及方法促进海洋天然气水合物安全、高效、规模化开采。CN111411922ACN111411922A权利要求书1/2页1.一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备，其特征在于，包括压力监测系统、水平井压裂填充系统、自动控制反馈系统、防砂系统；所述压力监测系统包括计算机与设置在水平管管壁外的压力传感器阵列(6)，计算机用于接收、监控以及处理数据及信号；压力传感器阵列(6)沿水平井轴向布置，用于检测压力传感器附近储层的压力变化及压力传递，并将压力信号传递至自动控制反馈系统；所述水平井压裂填充系统包括液压系统(2)、液体输送系统(3)、以及设置在水平井管壁外集气口周围的压裂填充喷口(5)；压裂填充喷口(5)可喷出压裂液与支撑剂用于压裂储层并维持裂缝稳定，增加储层渗透率防止储层失稳，促进压力传递；其中，所述集气口位于水平井井管上，向外与储层联通，向内与井筒内部联通，用于收集天然气水合物产气并输送至开采平台；所述喷口为与集气口同心的环形双口结构，中心为集气口，由内向外的内环为支撑剂喷口区(8)，外环为压裂液喷口区(7)，支撑剂从喷口的内环喷出，压裂液从喷口的外环喷出；所述液压系统(2)用于为压裂液以及支撑剂提供压力；所述喷口附近均设置有压力传感器(6)，形成传感器阵列，用于检测压裂填充效果；所述自动控制反馈系统(1)设置于钻井平台/钻井船上，用于进行压力、温度、液体输送等过程的监测，并对压裂填充系统进行管理，总体控制水合物分解过程；所述防砂系统(4)为设置于集气口的开采防砂装置(9)，用于防止集气口堵塞。2.如权利要求1所述的一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备，其特征在于，所述压裂液为盐度8-10％的高浓度浓缩海水，通过钻井平或钻井船上的太阳能光热设备对海水蒸发浓缩获得，其中丰富的离子能够起到促进水合物分解的作用；所述支撑剂为可降解多孔膨胀聚合材料，在常温下为流体，降温至当地海底温度后可快速固化，固化后内部形成30％以上孔隙度以及1D以上渗透率，可支撑压裂裂缝，且固化材料可降解。3.如权利要求1所述的一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备，其特征在于：所述液体输送系统(3)用于输送压裂液和支撑剂，并具有温度补偿模块，控温范围0-50℃，用于控制支撑剂的液化温度，防止其在输送系统中固化。4.如权利要求1所述的一种水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备，其特征在于：防砂系统(4)为设置于集气口的开采防砂装置(9)，由双层筛网组成；所述双层筛网外层选用孔径15微米，用于阻止粗砂进入井筒；内层筛网孔径10微米，用来阻止细沙，在双层筛网内部填充有粒径20～100微米砾石，用来维持筛网渗透特性；由压裂液喷口区(7)喷出的压裂液对筛网周围进行冲刷，清除筛网外堵塞泥沙，保证防砂系统正常工作。5.应用权利要求1-4任一所述的水平井压裂填充天然气水合物增效开采装备进行天然气水合物增效开采的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在天然气水合物目标区进行钻探，将装备有压裂、防砂系统的井筒向水合物储层钻进，形成井斜角80-90度的水平井，完成各套系统的联调，收集井筒周围温度、压力数据；第二步，开采平台设置开采压力，并开启集气、集水泵，进行初期降压开采集气；采用梯度降压方法，根据产气速