[发明专利]天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法

权利要求书

1.天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于包括以下步骤：

(1)构建开采井：使用钻机向岩层打一个大孔径钻孔，直至穿透天然气水合物储层上部的致密上覆层，并使用刮刀钻头对井壁割槽；

(2)冰冻固井：在步骤(1)构建的开采井中插入冻结密封钻杆，向冻结密封钻杆中持续输入低温酒精，利用持续循环的低温酒精进行冰冻固井，直至冻结密封钻杆外表面与周围岩体固结形成冰冻固结区，并持续保持低温；

(3)二次钻井：完成固井后，利用冻结密封钻杆的内层生产套管继续向下钻孔，直至钻至天然气水合物储层，然后使用内层生产套管中的活动工作杆进行测井；

(4)储层结构改造、降压抽采：测井工作结束后，利用活动工作杆在天然气水合物储层中造空腔，向开采井中注入二氧化碳，并根据测井结果并利用所述二氧化碳进行冲孔割缝、定向压裂以形成裂缝网来改造储层结构，并采用降压开采方式进行抽采，直至开采完规划区域的天然气水合物或者达到设备累计压裂量程，停止开采，其中上述向开采井中注入的二氧化碳为超临界二氧化碳，所述冲孔割缝介质和定向压裂介质都使用超临界二氧化碳，压裂时根据压力需要考虑配备封孔器；

(5)进行封井：开采完成后向开采井中注入水或水与二氧化碳的混合物，直至采空区被填满，收回开采设备，同时向开采井中注入冷却剂，将整个钻孔下部全部冻结，钻孔上部注入传统永久封井砂浆，进行永久封井；

(6)能量转化：抽采出的天然气就近在发电站进行能量转化，生成的二氧化碳制备成超临界二氧化碳，用于下一次天然气水合物的开采，生成的水用于下一次天然气水合物开采中采空区的填充。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于：步骤(1)中在矿区构建的所述开采井总体布置在水平面纵向成条带分布，相邻条带的开采井在水平面横向上交错布置。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于：在矿区构建的所述开采井总体的开采顺序是在水平纵向上每两个开采条带间间隔一个未开采条带作为矿柱，开采条带中的各开采井在水平横向上同步推进，对于一个矿体，在铅垂方向上先开采矿体下部矿藏再开采矿体上部矿藏，采后填充的开采井作为新矿柱替换未开采井的矿柱，并回收未开采井的矿藏。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于：步骤(2)中所述冰冻固井采用持续冻结，并根据情况在冻结密封钻杆中的表层固结套管周围增加适量的水，增加冻结的容易度和冰阀的自我修复性，冰冻固结区包括天然气水合物储层的上覆岩层尽可能大的区域以增加上覆岩层的强度和表层固结套管与岩层的整体性，降低岩层变形过程中对套管的损坏。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于：步骤(4)中所述活动工作杆利用刮刀钻头造腔，刮刀呈螺旋状排列，所造空腔为圆筒状，用作临时的水汽存储仓，并利用重力在仓内实现初步的气液分离。

6.根据权利要求1所述的天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于：单井的所述冲孔割缝、定向压裂操作中单次压裂范围根据开采速率的需要进行控制，储层中的已压裂区域抽采完后再重新对储层中的新区域压裂并抽采，如此循环作业，压裂进度与抽采进度相互协调。

7.根据权利要求1所述的天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法，其特征在于：步骤(4)中抽采时抽气与抽液通道分离，在临时水气存储仓上部抽气，临时水气存储仓下部抽水，抽气与抽水速率根据生产情况相互协调。