[发明专利]一种结合注入热海水增强甲烷开采和二氧化碳封存的天然气水合物置换方法

说明书

本发明属于天然气水合物开采领域，涉及到一种结合注入热海水增强甲烷开采和二氧化碳封存的天然气水合物置换方法。首先钻井完成后，水合物储层压力降低，井筒周围的天然气水合物处于亚稳态状态；然后利用井筒向储层注入二氧化碳，在离井筒较近的水合物藏开采浅层发生置换反应；再利用井筒向储层同时注入二氧化碳热海水，使因置换反应而形成地致密的二氧化碳、甲烷混合水合物发生分解，并使无法被置换的水合物小孔穴中的甲烷得到开发；最后停止注入热海水，向储层持续注入二氧化碳，使二氧化碳向水合物藏开采深层迁移，促进更多的水合物发生置换反应。本发明同时实现了水合物安全高效开采和封存二氧化碳以减轻温室效应的目的。

技术领域

本发明属于天然气水合物开采领域，涉及到一种结合注入热海水增强甲烷开采和二氧化碳封存的天然气水合物置换方法。

背景技术

天然气水合物广泛存在于大陆永久冻土带和深海海底，具有分布广、埋藏浅、规模大、能量密度高的特点，被看作为一种潜在的非常规能源，其已探明储量相当于全球已探明化石燃料(煤、石油、天然气)总量的二倍。传统的天然气水合物开采方法主要有降压法、热激法和注入抑制剂法，但均存在缺陷：降压法开采效率低、热激法能量耗散大以及注入抑制剂法破坏环境。二氧化碳置换是一种新型、环境有好的天然气水合物开采方法，能够同时实现甲烷开发作为能源供给和二氧化碳封存缓解温室效应的目的，并且在开采过程中由于二氧化碳水合物的形成能够保证储层的稳定性，避免引发海洋地质灾害。

二氧化碳置换作为最有前途的天然气水合物开采方法，在实际工程中仍存在许多问题：首先，甲烷水合物由6个大穴、2个小穴组成，二氧化碳分子的体积比甲烷大，其大小介于甲烷水合物的大穴和小穴之间，理想状况下甲烷的开采率最高只能达到75％；其次，开采前期，二氧化碳在甲烷水合物表面快速置换，随着置换反应的进行，逐渐在水合物表面形成致密的甲烷、二氧化碳混合水合物层，导致渗透率下降，不利于二氧化碳向水合物内部扩散，置换速率迅速降低，严重情况下导致置换反应基本停止。因此，针对甲烷开采率、二氧化碳封存率和置换速率低的问题，亟待一种新型的天然气水合物置换方法。

发明内容

为了克服现有技术里存在的问题，本发明提供一种新型的天然气水合物置换方法，在置换中期结合注入热海水，使致密的二氧化碳、甲烷混合水合物层发生分解，提高甲烷开采率和二氧化碳封存率，同时促进二氧化碳扩散，提高置换速率。

为了实现上述功能，本发明提供的技术方案是一种结合注入热海水增强甲烷开采和二氧化碳封存的天然气水合物置换方法，具体步骤如下：

1)选取水合物藏开采目标区域，搭建海上注入平台和产气平台，分别进行二氧化碳及热海水注入井、甲烷产气井钻井；钻井完成后，水合物储层压力降低，井筒周围的天然气水合物处于亚稳态状态。

2)通过二氧化碳及热海水注入井向水合物储层注入二氧化碳，并控制储层压力在对应储层温度的二氧化碳水合物相平衡压力以上，促使在离井筒较近的天然气水合物藏开采浅层发生置换反应，被置换出的甲烷气体和残余的二氧化碳气体通过甲烷产气井收集。根据二氧化碳、二氧化碳水合物以及甲烷水合物的相平衡条件和气体分离条件，可选择二氧化碳的最优注入条件。

3)通过二氧化碳及热海水注入井同时向水合物储层注入热海水和二氧化碳，利用热海水使天然气水合物藏开采浅层因置换反应而形成的致密的二氧化碳、甲烷混合水合物发生部分分解，打开二氧化碳向深层水合物藏流动运移的通道，提高二氧化碳的置换速率，同时利用热海水将无法被二氧化碳直接置换的天然气水合物小孔穴中的甲烷释放出来，提高甲烷开采率和二氧化碳封存率；被释放出甲烷气体和二氧化碳通过甲烷产气井收集。

上述热海水和二氧化碳的同时注入，一方面因为使混合水合物部分分解，而不发生水合物藏的大面积分解、坍塌，避免引发海洋地质灾害能够保证储层稳定性；另一方面相对于常规的热激法，热海水结合二氧化碳的注入过程无需加热整个水合物储层，因此具有较低的能量耗散。依据不同的储层温度、压力、渗透率以及水合物饱和度等储层条件，可选择最优的注入条件。