[发明专利]天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法

说明书

本发明公开了一种天然气水合物冰冻固井氢氧置协调换开采法，包括构建开采井、冰冻固井、向开采井中注入超临界二氧化碳定向致裂以改造储层结构并降压抽采、抽采完成后进行永久封井，抽采出的天然气就近在发电站进行能量转化，生成的二氧化碳重新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开采井的填充，本发明操作简单，开采速率高，单井开采范围大，最大限度减小了开采对储层稳定性的影响，同时也实现了碳在原天然气水合物储层中的固定，从源头上减小了天然气水合物的开发利用对于增加大气二氧化碳含量的影响。

技术领域

本发明涉及天然气水合物的开采方法，具体是指天然气水合物冰冻固井氢氧置换协调开采法。

背景技术

天然气水合物分布于海底沉积物及沉积层或陆域的永久冻土带中，是天然气与水在具有一定范围的高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称为“可燃冰”。天然气水合物能量密度高，全球分布范围广，具有极高的资源价值，因此成为油气工业界长期研究的热点。

天然气水合物赋存成藏的岩层称为储层，天然气水合物是亚稳态物质，当温度或者压力改变时易分解为以甲烷为主的天然气和水。

传统的天然气水合物的开采方法有热激发开采法、减压开采法、化学试剂开采法等，随着科技的发展，也出现了一些新型的开采方法，如固体开采法，但一般以降压法为主。

目前已有的开采方法都会在开采过程中不同程度的影响储层稳定性致使上覆岩层变形累积直至上覆层破坏造成储层中的天然气水合物泄漏，另一方面，开采天然气水合物的钻井无法实现良好的密封保压也会造成天然气水合物泄漏，造成资源浪费；大多天然气水合物储层为岩层，如不先进行岩体结构改造，则开采速率慢且开采范围小，天然气水合物的开发利用如不加控制会加重大气中的二氧化碳含量，因此，发明一种能密封保压并尽量减小因采动引起的上覆岩层变形、开采效率高、能实现碳的固定和密封保压的开采方法是相关领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：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。

进一步地，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。