利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法

本發明屬于海洋天然氣水合物資源開采領域，具體地，涉及一種利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法。

背景技術：

1、海洋天然氣水合物(簡稱水合物)資源儲量巨大且分布廣泛，是國際公認的極具商業開發前景的新型清潔能源資源。

2、目前，水合物開采方法主要包括降壓法、熱激法、注抑制劑法和二氧化碳置換法。其中，降壓法易于實施且成本低，已成功應用于日本南海海槽和中國南海神狐海域的水合物試采試驗。然而，絕大多數海洋水合物具有可滲透的蓋層，特別是固態的水合物充填孔隙后會顯著降低水合物層的有效滲透率，導致水合物層的有效滲透率甚至低于蓋層的有效滲透率。這種層間滲透率差異對水合物開采是極為不利的，主要包括以下幾個方面：一是蓋層中的海水易侵入水合物層，這不利于水合物層卸壓，從而降低水合物分解效率；二是大量海水侵入降低了氣相相對滲透率，嚴重時甚至會產生水鎖，不利于氣體產出，導致氣井高產水低產氣；三是分解的氣體存在向蓋層逃逸的風險，從而污染海洋和大氣環境。針對上述問題，專利202011517293.2公開了利用分支水平井開采蓋層可滲透的天然氣水合物藏的方法，其通過儲層和蓋層中鉆取水井分支來形成注采系統，從而回收向蓋層泄露的水合物分解氣。但是，這種水平井系統是以蓋層中采氣和儲層中注熱水為目的，并不能阻止海水侵入，會導致井口高產水。專利202210166251.1公開了一種海域水合物泄水井輔助降壓開采方法，其通過在上蓋層中鉆取泄水井來抽取孔隙水輔助儲層卸壓。該方法會額外增加鉆井成本，且同樣會導致井口高產水。專利202311605156.8公開了一種通過凍結蓋層輔助海域天然氣水合物降壓開采方法。該方法對能量的消耗巨大，且凍結蓋層不利于為水合物層補給熱量，從而降低了水合物分解效率。還有采用直井同時打通水合物層、上蓋層和下蓋層，然后通過向上蓋層和下蓋層注入水泥漿形成人工致密帶。這種方式雖然能夠阻止海水侵入和甲烷泄露，但人工致密帶同樣阻止了周圍熱量向水合物層補給，無法為水合物分解提供足夠的能量。而且，海洋水合物藏埋深淺、地層能量有限，水合物層卸壓后缺乏足夠的驅動力來采出分解氣。另外，相對于水平井，直井泄流面較小，難以得到可觀的開采效率。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，通過利用布置在上蓋層底部的水平井向上蓋層中注入水泥漿，形成致密的人工蓋層來阻止海水侵入，然后利用地層壓力和溫度較高的下蓋層輔助水平井降壓開采，從而提高水合物開采效率。

2、本發明采用的技術方案是：

3、利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，包括以下步驟：

4、步驟1：選取水合物層厚度大于10m的海洋天然氣水合物藏作為開采對象，同時，天然氣水合物藏的上蓋層和下蓋層具有滲透性；

5、步驟2：在所述天然氣水合物藏的上蓋層底部鉆取一口水平井，所述水平井由垂直井段、造斜井段和水平井段組成；在所述水平井中下入套管并固井；

6、步驟3：在水平井中下入射孔管柱至水平井段，采用單翼射孔工藝向上蓋層射孔形成射孔孔眼；

7、步驟4：起出射孔管柱，下入油管至水平井段，并采用封隔器封隔油套環形空間，封隔器位于水平井段的起始點；

8、步驟5：通過油管向上蓋層注入水泥漿，水泥漿在上蓋層中滲流、擴散并固結后形成致密的人工蓋層；

9、步驟6：起出油管和封隔器，再次下入射孔管柱至水平井段，采用單翼射孔工藝向水合物層射孔；為采出水合物層中的水合物，射孔應穿透上蓋層底部。

10、步驟7：起出射孔管柱，下入帶有電潛泵的油管至水平井段；

11、步驟8：采用水平井降壓的方式開采水合物，直至下蓋層的底水突破至水平井后，關井停產。

12、下蓋層的底水突破至水平井，表明井控范圍內的水合物已經被完全采出。

13、進一步的，所述水合物層、上蓋層和下蓋層的絕對滲透率均大于1md。

14、進一步的，所述水平井段的中心軸線與水合物層頂部之間的距離控制在2m以內。

15、在該范圍內，可方便在水合物層上方形成致密的人工蓋層，且利于采用現有射孔技術射開水合物層進行生產。

16、進一步的，在步驟3和步驟6中，所述單翼射孔工藝的射孔密度大于12孔/m，射孔深度大于0.5m，孔徑大于10mm。

17、本發明的有益效果：

18、1.通過在可滲透上蓋層底部鉆取水平井，并形成致密的人工蓋層，有效阻止了邊界水侵入，改善了水合物層卸壓效果，促進了水合物分解和氣體產出；

19、2.致密的人工蓋層增加了天然氣向可滲透蓋層運移的阻力，在提高采收率的同時也能夠規避分解的甲烷氣向海底和大氣泄露；

20、3.水泥漿固結了松散的海底沉積物，提高了水平井周邊地層的穩定性，有利于水平井長期穩定開采；注：海洋天然氣水合物藏的蓋層一般為松散的沉積物，未/弱固結，沒有經歷過成巖作用。所以注入的水泥漿體要求具有一定的固結作用，這樣可以提高地層的強度，有利于水平井穩定；

21、4.采用單口水平井同時實現了上蓋層改造和水合物開采，且生產水平井增大了井筒與水合物層的泄流面積，可以獲得更為可觀的水合物分解效率和產氣效率；

22、5.在水合物層上方布置水平井、同時保持水合物層與下蓋層之間的連通性。一方面可以充分利用下蓋層中溫度較高的底水為水合物分解提供熱量，另一方面下蓋層較高的孔隙壓力能夠為氣體產出提供驅動力，從而進一步提高水合物開采效率。

技術特征：

1.利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，其特征在于，所述水合物層(1)、上蓋層(2)和下蓋層(3)的絕對滲透率均大于1md。

3.如權利要求1所述的利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，其特征在于，所述水平井段(6)的中心軸線與水合物層(1)頂部之間的距離控制在2m以內。

4.如權利要求1所述的利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，其特征在于，在步驟3和步驟6中，所述單翼射孔工藝的射孔密度大于12孔/m，射孔深度大于0.5m，孔徑大于10mm。

技術總結
本發明提出利用水平井改造可滲透上蓋層開采海洋水合物的方法，屬于水合物開發領域，包括以下步驟：1：選取上蓋層和下蓋層具有滲透性、一定厚度的水合物層；2：在上蓋層底部鉆取水平井，下入套管并固井；3：向上蓋層射孔形成射孔孔眼；4：采用封隔器封隔油套環形空間；5：向上蓋層注入水泥漿，形成致密的人工蓋層；6：射開水合物層；7：下入帶有電潛泵的油管至水平井段；8：采用水平井降壓的方式開采水合物。本發明通過布置在上蓋層底部的水平井向上蓋層中注入水泥漿，形成致密的人工蓋層來阻止海水侵入，然后利用地層壓力和溫度較高的下蓋層輔助水平井降壓開采，從而提高水合物開采效率。

技術研發人員：聶帥帥
受保護的技術使用者：河北石油職業技術大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21