[发明专利]一种海洋天然气水合物降压开采的多级防砂方法

说明书

技术领域

本发明涉及海域天然气水合物资源开采技术领域，尤其涉及一种海洋天然气水合物降压开采的多级防砂方法。

背景技术

水合物资源具有资源量大、能源密度高、储层埋深浅的特点。因此，欧美、日本、印度、韩国及中国都进行了大量的基础研究并形成了一系列的水合物资源开采方法。目前形成的天然气水合物开发方式主要有热激法开采、减压开采、化学试剂注入开采、置换开采和固体开采。从现有的试采经验看，这些水合物开采方法面临着共同的难题：出砂给水合物的有效开发带来严重制约。加拿大Mallik5L-38项目(2002)分别应用热采法和降压法试采获得了成功，通过试采首次认识到水合物井开发过程中的出砂问题是制约其高效开采的关键因素。Mallik2L-38项目(2007)采用套管射孔完井，于2007年4月2日进行第一次试采作业，在仅30h的有效试采时间内，不计随产出水被注入到深部地层中的砂量，井筒沉砂量达2m3。出砂造成电潜泵堵塞，泵效降低，试采过程中不得不进行频繁的启停操作，试采作业最终被迫终止。为了防止砂堵，进一步延长有效试采周期，2008年2月下入防砂筛管。于2008年3月10日进行第二次试采作业，连续六天的时间里获得了比较稳定的产能。2013年，日本在南海海槽水合物试采AT1-MC项目是人类历史上首次在海域进行的水合物试开采工作，完钻用垂直井裸眼砾石充填防砂工艺完井。2013年3月12日下入电泵开始降压试采，井底流压从13.5MPa迅速下降到5MPa，随后监测产气动态，连续稳定的产气过程持续了近6d。累计产气11950m3标准体积，累计产水1162m3，综合气水比为100。2013年3月18日，井底压力迅速回升，产水量迅速抬升，地层砂大量产出。由于试采船不具备大量产出砂、液混合物的处理能力，井底压降已不足以使水合物进一步分解，且当日天气恶劣，因此为了保证船及人员安全，试采作业被迫终止。

综上所述，降压法是目前被认为最具潜力的水合物开采方法，而水合物井的防砂难题是制约天然气水合物降压法开采的关键因素。要实现水合物资源的高效开采，必须攻克出砂问题带来的困扰。与常规油气藏开发过程中的防砂问题相比，海域水合物井降压开采过程中的防砂面临更大的挑战，这种挑战主要表现在：

(1)从产能角度分析，井底流压越低，生产压差越大，越有利于水合物的分解，降压开采效果越好。与该需求完全矛盾的是：生产压差越大，必将导致地层出砂越严重。即使采用充填防砂技术，在较大的生产压差下，充填层会发生运移翻转，防砂有效期极短。日本AT1-MC项目防砂有效期仅为6d，足以凸显出生产压差矛盾给水合物降压开采造成的困境；

(2)海域水合物储层泥质含量高。我国南海海域前期钻探结果表明，该区域水合物储层平均泥质含量在15％～37％之间。如果采用传统充填防砂工艺，则极易造成泥质侵入近井挡砂层，产生很大的防砂表皮，严重制约水合物井的进一步降压生产；

(3)水合物分解过程中存在相变，地层的流动过程为气液固三相混合流动。在这种情况下，泥质对防砂介质的堵塞将进一步增大，产能严重下降。如果在追求水合物分解速度的单一需求下一味增大生产压差，将导致防砂介质的破裂，防砂失效；

(4)海域水合物储层通常埋深浅，地层砂不均匀系数大，分选差，因此充填层设计难度大，单一的砾石尺寸设计很难满足同时阻挡细质砂组分和中粗砂组分的需求，因此传统的防砂工艺设计方法很难满足水合物储层的设计需求，防砂效果差。

因此，针对以上问题，本发明将提供一套适用于海域水合物储层降压开采的防砂设计方法。该方法主要是为了解决海域水合物降压开采过程中面临的以下关键问题：

(1)从根本上解决泥质与粉砂质水合物储层容易发生防砂介质堵塞的问题，降低防砂表皮；

(2)有效解决防砂与大的生产压差之间的矛盾；

(3)延长水合物井防砂有效期；

(4)提高水合物井降压分解产能。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种海洋天然气水合物降压开采的多级防砂方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下步骤：

S1：采用低的生产压差进行降压开采，控制井底流压低于水合物相平衡压力0.5～2.5MPa，套管外近井地层水合物分解采出的同时排出地层的泥质成分和粉砂质成分，只剩下粒径粗、分选系数好的均匀粗砂；当井口动态出砂监测设备监测含砂浓度降低到0.3‰以下时，暂停降压生产；