一種注水同時開發地熱能和水合物藏的井結構設計與方法與流程

本發明涉及一種天然氣水合物的開采方法，尤指建立一個由雙分支注入井和水平生產井組成的井組系統就地利用地熱能開采天然氣水合物藏的井結構設計與方法。

背景技術：

隨著油氣資源的大量消耗，人類在21世紀后期將面臨嚴重的資源危機。而地熱能和天然氣水合物作為儲量豐富的清潔能源，已經引起了各國科學家的廣泛關注。

目前海洋天然氣水合物設想的開采方法主要有熱激發開采法、降壓開采法、化學劑注入法以及固體開采法。但以上各種開采方法都有其自身局限性，如熱激發開采法熱損失大、利用效率低；降壓開采法只有當水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時，才有經濟可行性；化學劑注入法對水合物層的作用緩慢，而且費用很高。

地球內部的地熱能通過巖石傳導、溫泉、地震等形式向外擴散，地熱開采法就是收集地熱能，采用熱激發方法開采海底天然氣水合物。研究表明我國南海海底天然氣水合物和地熱資源都十分豐富，如能有效利用地熱資源開發天然氣水合物可避免造成環境污染，滿足可持續發展要求。然而目前尚沒有提出一種利用地熱能開發天然氣水合物藏的方法，很大程度上制約了天然氣水合物藏的開發利用。本發明提出建立一個由雙分支注入井和水平生產井組成的井組系統就地開發地熱能，并將熱能傳遞給水合物藏，促進水合物的分解，克服了傳統熱激發開采法中輸熱成本太高的問題，設備簡單、操作方便，經濟性強，可為水合物藏的合理開發提供指導。

技術實現要素：

本發明涉及一種注水同時開發地熱能和水合物藏的井結構設計與方法，主要包括以下步驟：

(1)根據水合物藏地質資料，選擇頂部存在蓋層且下部存在地熱層的區域進行施工作業，所述地熱層溫度在100℃以上；

(2)在海平面打一個由雙分支注入井和水平生產井組成的井組系統，其中所述雙分支注入井包括從海平面延伸至地熱層的垂直井筒，位于水合物藏距離頂部位置處的長度為300～700m的第一分支井筒和位于地熱層距離頂部位置處的長度為300～700m的第二分支井筒，所述水平生產井位于水合物藏距離頂部位置處，并與下方所述雙分支注入井第一分支井筒平行；

(3)對所述雙分支注入井的第一分支井筒和所述水平生產井分別進行射孔，在所述雙分支注入井第一分支井筒與所述垂直井筒結合點上方2～5m處的油套環空中安裝封隔器；

(4)通過所述水平生產井對所述水合物藏進行水力壓裂作業，所述水力壓裂液為水包油型乳狀液；

(5)將冷流體從所述雙分支注入井的井口油管中注入，控制所述冷流體的注入速度為100～200m³/d，所述冷流體在所述雙分支注入井第二分支井筒的末端進入油套環空并與地熱層發生熱交換，加熱流體在所述封隔器的阻隔下進入水合物藏，引起水合物分解，分解生成的天然氣和注入流體組成混合流體在重力及壓力作用下經水力壓裂縫被所述水平生產井采出，為了減少輸送加熱流體過程中熱量的損失，所述雙分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒間的垂直井段的油管和套管均采用絕熱材料，所述的絕熱材料為玻璃纖維；

(6)持續記錄所述水平生產井的產氣速度，當日產氣量低于1000m³/d時，所述雙分支注入井停止注入，所述水平生產井停止開采。

本發明的有益效果是：

其利用地熱能為水合物的分解提供能量，彌補了傳統熱激發開采法熱利用率低、費用高等不足。本發明設備簡單、操作方便，經濟性強，可為水合物藏的合理開發提供指導。

附圖說明

圖1是一種注水同時開發地熱能和水合物藏的井組系統示意圖。

圖2是雙分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒間垂直井段井身結構示意圖。

圖中：1、蓋層；2、天然氣水合物藏；3、地熱層；4、套管；5、油管；6、封隔器；7、絕熱層；8、生產水平井；9、流體流動方向；10、水力壓裂縫；11、傳熱方向。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明，但不限定本發明的實施范圍。

(1)如圖1所示，根據水合物藏2的地質資料，選擇頂部存在蓋層1且下部存在地熱層3的區域進行施工作業，地熱層3溫度為120℃；

(2)如圖1所示，在施工區域打一個由雙分支注入井和水平生產井8組成的井組系統，其中雙分支注入井包括從海平面延伸至地熱層3的垂直井筒，位于水合物藏2距離頂部位置處的長度為700m的第一分支井筒和位于地熱層3距離頂部位置處的長度為700m的第二分支井筒，水平生產井8位于水合物藏2距離頂部位置處，并與下方所述雙分支注入井第一分支井筒平行；

(3)如圖1所示，對所述雙分支注入井的第一分支井筒和水平生產井8分別進行射孔，在所述雙分支注入井第一分支井筒與所述垂直井筒結合點上方5m處的油套環空中安裝封隔器6；

(4)如圖1所示，通過水平生產井8對水合物藏2進行水力壓裂作業，所述水力壓裂液為水包油型乳狀液；

(5)如圖1和2所示，將冷流體從雙分支注入井的井口油管5中注入，控制所述冷流體的注入速度為120m³/d，所述冷流體在所述雙分支注入井第二分支井筒的末端進入油套環空并與地熱層3發生熱交換，傳熱方向如圖中11所示，加熱流體在封隔器6的阻隔下進入水合物藏2，引起水合物分解，分解生成的天然氣和注入流體組成混合流體在重力及壓力作用下經水力壓裂縫10被水平生產井8采出，流體流動方向如圖中9所示，為了減少輸送加熱流體過程中熱量的損失，所述雙分支注入井第一分支井筒和第二分支井筒間的垂直井段的油管5和套管4均采用絕熱材料，絕熱層7材料為玻璃纖維；

(6)持續記錄水平生產井8的產氣速度，當日產氣量低于1000m³/d時，雙分支注入井停止注入，水平生產井8停止開采。

以上未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識，本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明保護范圍之內。