一種非常規油氣環保開采裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種非常規油氣環保開采裝置及方法，裝置包括井眼裝置、注入裝置、開采裝置和連通管線，井眼裝置一端連接地下待開采油氣層的存儲層，另一端連接設置在地面的連通管線，連通管線連接注入裝置和開采裝置，注入裝置可對待開采油氣層依次注入壓裂液、酸液和堿液，開采裝置可實現待開采油氣層的天然氣的分離和收集。本發明基于酸堿中和放熱原理，利用廢液酸堿中和熱激降壓開采法，將鉆井液和酸化液的濃縮液中和放熱，降低成本，保護環境而且可提高開采效率。
【專利說明】
一種非常規油氣環保開采裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于石油天然氣鉆探設備領域，尤其涉及一種非常規油氣環保開采裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著經濟發展對能源需求量的增長，油氣開發領域的不斷擴展，現今可靠供給的常規油氣資源越來越少，能源開發已不得不從常規油氣開發轉向非常規油氣開發，非常規油氣的種類較多，儲量與開采難度各不相同，天然氣水化物就是其中一種新型能源。據估算，全世界范圍內作為天然氣水化物束縛的甲烷量至少有10萬億噸，因此天然氣水化物具有廣闊前景和發展空間。
[0003]常規油氣開采往往伴隨大量各類鉆井完井液的廢棄，不僅增加開采成本和處理成本，同時易污染環境，由于通常鉆井液呈堿性，酸化液呈酸性，即使用過廢棄液也會保持其酸堿基本屬性不變。目前，天然氣水化物的開采方法主要包括熱激發，降壓法，注化學藥劑法，二氧化碳置換法及固體開采法，由于天然氣水化物的特殊屬性，要使天然氣脫離水分子束縛往往周期長，且伴隨大量熱量損失，開采效率低，成本高，針對以上問題，除了對環境的保護，開采效率急待提升。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的問題是在于提供一種開采效率更高的非常規油氣環保開采裝置及方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種非常規油氣環保開采裝置，包括井眼裝置、注入裝置、開采裝置和連通管線，所述井眼裝置一端連接地下待開采油氣層的存儲層，另一端連接設置在地面的所述連通管線，所述連通管線連接所述注入裝置和所述開采裝置；
[0006]所述注入裝置包括壓裂液導入線、酸液導入線、堿液導入線和操作管柱，所述操作管柱一端固定在所述井眼裝置的下端且二者連通，另一端設在待開采油氣產層的下端，所述壓裂液導入線包括所述第一三通閥門、所述第一液體流量計、所述加壓栗和所述壓裂液儲液罐，所述第一三通閥門、所述第一液體流量計、所述加壓栗和所述壓裂液儲液罐通過所述連通管線從靠近所述井眼裝置的一端向后依次串聯，所述壓裂液儲液罐內存放有壓裂液，所述第一三通閥門另外兩端的其中一端通過所述連通管線與所述井眼裝置連接，另一端與所述酸液導入線連接；
[0007]所述酸液導入線包括第二三通閥門、第二液體流量計和酸液儲液罐，所述第二三通閥門、所述第二液體流量計和所述酸液儲液罐通過所述連通管線從靠近所述井眼裝置的一端向后依次串聯，所述酸液儲液罐內存放有酸液，所述第二三通閥門另外兩端的其中一端與所述第一三通閥門連接，另一端與所述堿液導入線連接；
[0008]所述堿液導入線包括第三三通閥門、第三液體流量計、堿液儲液罐和儲氣罐，所述第三三通閥門，所述第三液體流量計、所述堿液儲液罐和所述儲氣罐通過所述連通管線從靠近所述井眼裝置的一端向后依次串聯，所述堿液儲液罐內存放有堿液，所述儲氣罐內存放有二氧化碳氣體，所述第三三通閥門另外兩端的其中一端與所述第二三通閥門連接，另一端與所述開采裝置連接。
[0009]進一步，所述開采裝置包括采氣管柱、壓力計、溫度計、氣液分離罐、輸氣管線、分離儲液罐和卸壓裝置，所述采氣管柱一端固定設在所述井眼裝置的下端且二者連通，另一端設在待開采油氣產層的上端，所述壓力計和所述溫度計設在所述井眼裝置與所述第一三通閥門之間，所述壓力計設在靠近所述井眼裝置的一端，所述卸壓裝置一端與所述第三三通閥門連接，另一端與所述氣液分離罐連接，所述輸氣管線一端與所述氣液分離罐內部連接，另一端與外部的氣體收集裝置連接，分離儲液罐與所述氣液分離罐連接。
[0010]進一步，所述井眼裝置包括井口裝置、套管、套管鞋、封隔器和主管柱，所述井口裝置的上端與所述壓力計連接，下端與所述套管的一端固定連接，所述套管的另一端與所述套管鞋固定連接，所述套管鞋設在所述套管的外圈且二者同軸設置，所述主管柱設在所述套管的內部且二者同軸設置，所述主管柱的上端與所述井口裝置連接，下端固定連接所述操作管柱和所述采氣管柱的上端，所述操作管柱和所述采氣管柱錯位設置，所述封隔器設在所述主管柱與所述套管之間且與所述主管柱同軸設置，所述封隔器與所述主管柱的接觸面密封，所述封隔器與所述套管之間的接觸面密封。
[0011]進一步，所述連通管線、所述操作管柱、所述主管柱和所述采氣管柱均耐壓45MPa。
[0012]進一步，酸液為廢棄鉆井液和/或廢棄酸化液。
[0013]使用一種非常規油氣環保開采裝置進行油氣開采方法，包括以下步驟:
[0014]第一步，在天然氣水化物藏區鉆垂直井眼，在鉆至儲層上方1m處時，停鉆下所述套管并固井，而后鉆至儲層下端上方5m處停鉆，下入所述操作管柱與所述采氣管柱，裸眼完井;
[0015]第二步，關閉所述采氣管柱，開啟所述操作管柱，啟動所述加壓栗，將所述壓裂液儲液罐內壓裂液增壓至40MPa，壓裂液在所述連通管線內依次通過所述第一三通閥門、所述主管柱和所述操作管柱后注入儲層，通過所述第一液體流量計監控壓裂液注入量；
[0016]第三步，酸液在所述連通管線內依次通過所述第二三通閥門、所述第一三通閥門、所述主管柱和所述操作管柱，將所述酸液儲液罐內的酸液注入儲層，通過所述第二液體流量計監控酸液注入量；
[0017]第四步，開啟所述儲氣罐將二氧化碳氣體注入所述堿液儲液罐，堿液在所述連通管線內依次通過所述第三三通閥門、所述第二三通閥門、所述第一三通閥門、所述主管柱和所述操作管柱，將所述堿液儲液罐內的堿液注入儲層，通過所述第三液體流量計監控堿液注入量；
[0018]第五步，完成以上步驟后，關閉所述操作管柱，關井I?3天；
[0019]第六步，開啟所述采氣管柱和所述卸壓裝置，待開采油氣在所述連通管線內依次通過所述采氣管柱、所述主管柱、所述第一三通閥門、所述第二三通閥門和所述第三三通閥門、到達所述氣液分離罐；
[0020]第七步，檢測所述壓力計，當產出的待開采天然氣壓力下降至起始壓力的30%以下時，停止米氣，并重復步驟二?六。
[0021]本發明具有的優點和積極效果是:與現有技術相比，1、本發明設置井眼裝置、注入裝置和開采裝置，注入裝置和開采裝置均與井眼裝置連接，屬于注采同井設置，加快開采速度，提升開采效率;2、在堿性溶液中注入二氧化碳，充分利用置換法，進一步提升開采效率；
3、注入裝置可實現壓裂液、酸液和堿液的注入，并且回收使用廢棄鉆井液和廢棄酸化液，充分利用酸堿中和熱激原理，中和放熱作為開采熱源，降低成本，避免污染環境;4、開采裝置包括卸壓裝置，將二氧化碳置換法和降壓開采結合使用，進一步提升開采效率;5、操作過程中，嚴格按照設定的參數和步驟執行，保證了酸堿的充分反應中和，提供了充足的開采熱源，保證了油氣的快速收集與分離，大大提升開采效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明一種非常規油氣環保開采裝置的結構示意圖。
[0023]1-井口裝置;2-套管;3-套管鞋;4-采氣管柱;5-儲層;6_裂縫;7_操作管柱;8_封隔器;9-主管柱；10-壓力計；11-溫度計；12-第一三通閥門；13-加壓栗；14-壓裂液儲液罐；15-第二液體流量計；16-酸液儲液罐；17-儲氣罐；18-堿液儲液罐；19-氣液分離罐;20-輸氣管線；21-分離儲液罐;22-卸壓裝置;23-第二三通閥門；24-第三三通閥門；25-第三液體流量計;26-第一液體流量計;27-連通管線。
【具體實施方式】
[0024]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明創造中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0025]在本發明創造的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明創造和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明創造的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明創造的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0026]在本發明創造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明創造中的具體含義。
[0027]下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細說明。
[0028]如圖1所示，一種非常規油氣環保開采裝置，包括井眼裝置、注入裝置、開采裝置和連通管線27，井眼裝置一端連接地下待開采油氣層的存儲層5，另一端連接設置在地面的連通管線27，連通管線27連接注入裝置和開采裝置；
[0029]注入裝置包括壓裂液導入線、酸液導入線、堿液導入線和操作管柱7，操作管柱7—端固定在井眼裝置的下端且二者連通，另一端設在待開采油氣產層的下端，壓裂液導入線包括第一三通閥門12、第一液體流量計26、加壓栗13和壓裂液儲液罐14，第一三通閥門12、第一液體流量計26、加壓栗13和壓裂液儲液罐14通過連通管線27從靠近井眼裝置的一端向后依次串聯，壓裂液儲液罐14內存放有壓裂液，第一三通閥門12另外兩端的其中一端通過連通管線27與井眼裝置連接，另一端與酸液導入線連接；
[0030]酸液導入線包括第二三通閥門23、第二液體流量計15和酸液儲液罐16，第二三通閥門23、第二液體流量計15和酸液儲液罐16通過連通管線27從靠近井眼裝置的一端向后依次串聯，酸液儲液罐16內存放有酸液，第二三通閥門23另外兩端的其中一端與第一三通閥門12連接，另一端與堿液導入線連接；
[0031 ] 堿液導入線包括第三三通閥門24、第三液體流量計25、堿液儲液罐18和儲氣罐17，第三三通閥門24，第三液體流量計25、堿液儲液罐18和儲氣罐17通過連通管線27從靠近井眼裝置的一端向后依次串聯，堿液儲液罐18內存放有堿液，儲氣罐17內存放有二氧化碳氣體，第三三通閥門24另外兩端的其中一端與第二三通閥門23連接，另一端與開采裝置連接。第一三通閥門12、第二三通閥門23和第三三通閥門24用于改變連通管線27內介質的流向及通過的介質種類。
[0032]優選地，開采裝置包括采氣管柱4、壓力計10、溫度計11、氣液分離罐19、輸氣管線20、分離儲液罐21和卸壓裝置22，采氣管柱4 一端固定設在井眼裝置的下端且二者連通，另一端設在待開采油氣產層的上端，壓力計10和溫度計11設在井眼裝置與第一三通閥門12之間，壓力計10設在靠近井眼裝置的一端，卸壓裝置22—端與第三三通閥門24連接，另一端與氣液分離罐19連接，輸氣管線20—端與氣液分離罐19內部連接，另一端與外部的氣體收集裝置連接，分離儲液罐21與氣液分離罐19連接，壓力計10和溫度計11用于監控天然氣壓力和溫度。
[0033]優選地，井眼裝置包括井口裝置1、套管2、套管鞋3、封隔器8和主管柱9，井口裝置I的上端與壓力計10連接，下端與套管2的一端固定連接，套管2的另一端與套管鞋3固定連接，套管鞋3設在套管2的外圈且二者同軸設置，主管柱9設在套管2的內部且二者同軸設置，主管柱9的上端與井口裝置I連接，下端固定連接操作管柱7和采氣管柱4的上端，操作管柱7和采氣管柱4錯位設置，封隔器8設在主管柱9與套管2之間且與主管柱9同軸設置，封隔器8與主管柱9的接觸面密封，封隔器8與套管2之間的接觸面密封。
[0034]優選地，連通管線27、操作管柱7、主管柱9和采氣管柱4均耐壓45Mpa，穩定性高，使用壽命長，可承受壓裂液、酸液和堿液壓入時的強大壓力。
[0035]優選地，酸液為廢棄鉆井液和/或廢棄酸化液。
[0036]三通閥門用于改變介質流向及通過介質種類，
[0037]使用一種非常規油氣環保開采裝置進行油氣開采方法，包括以下步驟:
[0038]第一步，在天然氣水化物藏區鉆垂直井眼，在鉆至儲層5上方1m處時，停鉆下套管2并固井，而后鉆至儲層5下端上方5m處停鉆，下入操作管柱7與采氣管柱4，裸眼完井；
[0039]第二步，關閉采氣管柱4，開啟操作管柱7，啟動加壓栗13，將壓裂液儲液罐14內壓裂液增壓至40MPa，壓裂液在連通管線27內依次通過第一三通閥門12、主管柱9和操作管柱7后注入儲層5，通過第一液體流量計26監控壓裂液注入量，實現壓裂作業，形成裂縫6;
[0040]第三步，酸液在連通管線27內依次通過第二三通閥門23、第一三通閥門12、主管柱9和操作管柱7，將酸液儲液罐16內的酸液注入儲層5，通過第二液體流量計15監控酸液注入量，完成fe液注入；
[0041]第四步，開啟儲氣罐17將二氧化碳氣體注入堿液儲液罐18，堿液在連通管線27內依次通過第三三通閥門24、第二三通閥門23、第一三通閥門12、主管柱9和操作管柱7，將堿液儲液罐18內的堿液注入儲層5，通過第三液體流量計25監控堿液注入量，完成堿液注入；
[0042]第五步，完成以上步驟后，關閉操作管柱7，關井I?3天；
[0043]第六步，待酸堿中和放熱激發儲層內天然氣水化物，并釋出二氧化碳氣體實現天然氣置換后，開啟采氣管柱4和卸壓裝置22，待開采油氣在連通管線27內依次通過采氣管柱
4、主管柱9、第一三通閥門12、第二三通閥門23和第三三通閥門24、到達氣液分離罐19進行分離，產出水進入分離儲液罐21，天然氣通過輸氣管道20輸出到外部的收集裝置；
[0044]第七步，檢測壓力計10，當產出的待開采天然氣壓力下降至起始壓力的30%以下時，停止采氣，并重復步驟二?六，同時加大酸液與堿液的注入量以持續激發產能。
[0045]以上對本發明的一個實施例進行了詳細說明，但內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。
【主權項】
1.一種非常規油氣環保開采裝置，其特征在于:包括井眼裝置、注入裝置、開采裝置和連通管線(27)，所述井眼裝置一端連接地下待開采油氣層的存儲層(5)，另一端連接設置在地面的所述連通管線(27),所述連通管線(27)連接所述注入裝置和所述開采裝置； 所述注入裝置包括壓裂液導入線、酸液導入線、堿液導入線和操作管柱(7)，所述操作管柱(7) —端固定在所述井眼裝置的下端且二者連通，另一端設在待開采油氣產層的下端，所述壓裂液導入線包括所述第一三通閥門(12)、所述第一液體流量計(26)、所述加壓栗(13)和所述壓裂液儲液罐(14)，所述第一三通閥門(12)、所述第一液體流量計(26)、所述加壓栗(13)和所述壓裂液儲液罐(14)通過所述連通管線(27)從靠近所述井眼裝置的一端向后依次串聯，所述壓裂液儲液罐(14)內存放有壓裂液，所述第一三通閥門(12)另外兩端的其中一端通過所述連通管線(27)與所述井眼裝置連接，另一端與所述酸液導入線連接； 所述酸液導入線包括第二三通閥門(23)、第二液體流量計(15)和酸液儲液罐(16)，所述第二三通閥門(23)、所述第二液體流量計(15)和所述酸液儲液罐(16)通過所述連通管線(27)從靠近所述井眼裝置的一端向后依次串聯，所述酸液儲液罐(16)內存放有酸液，所述第二三通閥門(23)另外兩端的其中一端與所述第一三通閥門(12)連接，另一端與所述堿液導入線連接； 所述堿液導入線包括第三三通閥門(24)、第三液體流量計(25)、堿液儲液罐(18)和儲氣罐(17)，所述第三三通閥門(24)，所述第三液體流量計(25)、所述堿液儲液罐(18)和所述儲氣罐(17)通過所述連通管線(27)從靠近所述井眼裝置的一端向后依次串聯，所述堿液儲液罐(18)內存放有堿液，所述儲氣罐(17)內存放有二氧化碳氣體，所述第三三通閥門(24)另外兩端的其中一端與所述第二三通閥門(23)連接，另一端與所述開采裝置連接。2.根據權利要求1的一種非常規油氣環保開采裝置，其特征在于:所述開采裝置包括采氣管柱(4)、壓力計(10)、溫度計(11)、氣液分離罐(19)、輸氣管線(20)、分離儲液罐(21)和卸壓裝置(22)，所述采氣管柱(4) 一端固定設在所述井眼裝置的下端且二者連通，另一端設在待開采油氣產層的上端，所述壓力計(10)和所述溫度計(11)設在所述井眼裝置與所述第一三通閥門(12)之間，所述壓力計(10)設在靠近所述井眼裝置的一端，所述卸壓裝置(22)一端與所述第三三通閥門(24)連接，另一端與所述氣液分離罐(19)連接，所述輸氣管線(20)—端與所述氣液分離罐(19)內部連接，另一端與外部的氣體收集裝置連接，分離儲液罐(21)與所述氣液分離罐(19)連接。3.根據權利要求2的一種非常規油氣環保開采裝置，其特征在于:所述井眼裝置包括井口裝置(I)、套管(2)、套管鞋(3)、封隔器(8)和主管柱(9)，所述井口裝置(I)的上端與所述壓力計(10)連接，下端與所述套管(2)的一端固定連接，所述套管(2)的另一端與所述套管鞋(3)固定連接，所述套管鞋(3)設在所述套管(2)的外圈且二者同軸設置，所述主管柱(9)設在所述套管(2)的內部且二者同軸設置，所述主管柱(9)的上端與所述井口裝置(I)連接，下端固定連接所述操作管柱(7)和所述采氣管柱(4)的上端，所述操作管柱(7)和所述采氣管柱(4)錯位設置，所述封隔器(8)設在所述主管柱(9)與所述套管(2)之間且與所述主管柱(9)同軸設置，所述封隔器(8)與所述主管柱(9)的接觸面密封，所述封隔器(8)與所述套管(2)之間的接觸面密封。4.根據權利要求3的一種非常規油氣環保開采裝置，其特征在于:所述連通管線(27)、所述操作管柱(7)、所述主管柱(9)和所述采氣管柱(4)均耐壓45MPa。5.根據權利要求1的一種非常規油氣環保開采裝置，其特征在于:酸液為廢棄鉆井液和/或廢棄酸化液。6.使用權利要求1?5任一項所述的一種非常規油氣環保開采裝置進行油氣開采的方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步，在天然氣水化物藏區鉆垂直井眼，在鉆至儲層(5)上方1m處時，停鉆下所述套管(2)并固井，而后鉆至儲層(5)下端上方5m處停鉆，下入所述操作管柱(7)與所述采氣管柱(4)，裸眼完井； 第二步，關閉所述采氣管柱(4)，開啟所述操作管柱(7)，啟動所述加壓栗(13)，將所述壓裂液儲液罐(14)內壓裂液增壓至40MPa，壓裂液在所述連通管線(27)內依次通過所述第一三通閥門(12)、所述主管柱(9)和所述操作管柱(7)后注入儲層(5)，通過所述第一液體流量計(26)監控壓裂液注入量； 第三步，酸液在所述連通管線(27)內依次通過所述第二三通閥門(23)、所述第一三通閥門(12)、所述主管柱(9)和所述操作管柱(7)，將所述酸液儲液罐(16)內的酸液注入儲層(5)，通過所述第二液體流量計(15)監控酸液注入量； 第四步，開啟所述儲氣罐(17)將二氧化碳氣體注入所述堿液儲液罐(18)，堿液在所述連通管線(27)內依次通過所述第三三通閥門(24)、所述第二三通閥門(23)、所述第一三通閥門(12)、所述主管柱(9)和所述操作管柱(7)，將所述堿液儲液罐(18)內的堿液注入儲層(5)，通過所述第三液體流量計(25)監控堿液注入量； 第五步，完成以上步驟后，關閉所述操作管柱(7)，關井I?3天； 第六步，開啟所述采氣管柱(4)和所述卸壓裝置(22)，待開采油氣在所述連通管線(27)內依次通過所述采氣管柱(4)、所述主管柱(9)、所述第一三通閥門(12)、所述第二三通閥門(23)和所述第三三通閥門(24)、到達所述氣液分離罐(19); 第七步，檢測所述壓力計(10)，當產出的待開采天然氣壓力下降至起始壓力的30%以下時，停止米氣，并重復步驟二?六。
【文檔編號】E21B43/26GK105863593SQ201610264003
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】張耕培, 周俊然, 王益山, 范永濤, 楊曉勇
【申請人】中國石油集團渤海鉆探工程有限公司