[发明专利]射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法及开采装置

说明书

本发明公开了一种射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法及开采装置，该方是用高压水射流方法对海洋天然气水合物地层进行破碎，射流的水与破碎后的岩土、破碎的水合物共同形成多相浆态化混合物；用反循环的方法将浆态化混合物输送至海平面上分解、分离装置；海平面上分解、分离装置对浆态化混合物进行降压分解、固液分离、气液分离，分别得到气体、固体和液体，并进行相应的利用和收集。所用的装置包括射流碎岩浆化系统、反循环输送系统、分解分离收集系统和辅助系统。本发明克服了现有的海洋天然气水合物开采中开采效率低的缺点，提高了水合物矿藏利用率，降低了开采成本，提高了经济效益，实现快速、可持续化开采。

技术领域

本发明涉及一种海洋天然气水合物矿藏开采方法及开采装置。

背景技术

天然气水合物是由水分子和碳氢分子在一定温度和压力下形成的具有笼形结构的似冰雪状的结晶化合物，因其中气体分子以甲烷(CH₄)为主(含量大于90％)，故也被称为甲烷水合物。天然气水合物是一种埋藏浅、能量密度高、储量大的绿色能源，其有机碳含量相当于全球已探明煤、石油和天然气总和的两倍，具有巨大的潜在开发价值。

我国于2007年和2013年分别在南海神狐海域和珠江口盆地钻获了天然气水合物样品，发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。以珠江口盆地为例，天然气水合物赋存于水深600-1100米的海底以下220米以内的两个矿层中，上层厚度15米，下层厚度30米，自然产状呈层状、块状、结核状、脉状等多种类型，肉眼可辨。岩芯中天然气水合物含矿率平均为45％—55％，通过实施23口钻探井，控制天然气水合物分布面积55平方公里，将天然气水合物折算成天然气，控制储量1000-1500亿立方米，相当于特大型常规天然气规模，因此开展天然气水合物开采技术研究势在必行。

天然气水合物赋存于低温高压的环境中，以固态成藏于海底沉积物之下，呈薄层状与沉积物互层，具有高压、低渗、分布不均匀等特点。目前，海洋天然气水合物开采技术主要为降压法，打破其相平衡条件，在原位促使其天然气水合物分解，然后进行天然气收集。由于海域天然气水合物通常赋存于尚未固结的地层中，水合物的分解可能会引起地层变形和破坏，对井和地层的岩土力学特性影响较大，可能会出现井壁失稳和大量产砂，造成孔内事故或降压设备失效。另外，降压开采过程中，颗粒运移可能会导致储层渗透率变化，压实作用引起地层破坏，成为影响产气稳定性和可持续性的重要因素。日本于2013年3月12日在爱知县和三重县近海的东部南海板块海域采用降压法进行了首次海域天然气水合物试采项目，虽然其对AT1-P井开采段布置了防砂装置(砾石填充)，但在生产试验的第六天出现严重的出砂问题(总出砂量超过30立方米)，试采被迫终止，由于生产井填充有砂，无法回收井下生产设备，AT1-P井被废弃。

结合日本海域开采试验可知，采用降压法进行海域天然气水合物原位开采方法，开采周期较长，且需采取复杂的隔砂措施，但效果一般，无论从效率还是经济角度都不是行之有效的开采手段。我国水合物储层泥质含量较高，储层渗透率较低，采用降压法效率相对会更低，为此本专利提出一种一种射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法，以提高开采效率。

发明内容

本发明针对海洋天然气水合物现有的开采方案中的不足，结合海洋天然气水合物矿藏的赋存条件，从经济效益和安全性等角度出发，提供一种射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法及装置，实现海底天然气水合物高效、经济、安全的大规模开采。

本发明之射流破碎、反循环输送浆态海洋天然气水合物的开采方法，其包括以下步骤：

(1)用高压水射流方法对海洋天然气水合物地层进行破碎，射流的水与破碎后的岩土、破碎的水合物共同形成多相浆态化混合物；

(2)用反循环的方法将浆态化混合物输送至海平面上分解装置和分离装置；