[发明专利]人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统及方法

说明书

本发明公开一种人工富化开采深水浅层低丰度非常规天然气的系统及方法，通过富化深水浅层低丰度非常规天然气，诱导低丰度浅层气富集并形成高丰度的水合物矿藏，实现深水浅层低丰度非常规天然气的低成本开发，并最终促进浅层气、水合物伴生气、水合物的规模化开采。本方案属于一次投入、多次开发的技术，成矿系统、输导系统和采集系统一旦建好，后续不需要额外的维护投资，有助于降低成本；且人工水合物成藏等待期无需水合物开采平台就位，仅需要在需要开采时就位，有效减少现场作业时长、大幅降低成本；同时克服目前泥质粉砂天然气水合物储层渗透率差、开采效率低的弱点，为最终促进浅层气规模化开采提供技术支持。

技术领域

本发明属于海洋非常规能源开发技术领域，具体涉及一种采用水合物诱导成矿法富化深水浅层低丰度非常规天然气并进行开采利用的系统及方法。

背景技术

深水浅层低丰度非常规天然气广泛分布于深水未成岩地层中，主要成分是甲烷、乙烷等，主要类型包括以分散形态赋存于泥质地层中的水合物、水合物伴生气以及赋存于浅层沉积物中的浅层气。

以浅层气为例，目前文献调研结果显示浅层气大部分为生物成因气，有机质经过分解后在原位产生大量的烷烃类气体，并在未成岩地层中聚集；然而，由于浅层气所处的浅软地层建井开发困难、浅层气本身聚集程度远不及生储盖系统完善的深层油气，开发成本非常高。因此，在深水天然气开发过程中通常将浅层气定义为浅层地质灾害，其主要危害表现为：浅层气在钻井过程中会迅速逸出，导致井筒泥浆密度改变，危及后续压井作业；极端情况下，浅层气不断进入海水，导致海水密度降低，引起半潜式平台的倾覆，从而导致重大安全事故的发生。

研究发现，浅层气在常规状态下分散性强，单位体积状态下的丰度极低，没有进一步促进其富化聚集的盖层，因此难以形成规模性气藏。然而，考虑到其及为广泛的赋存特征，尽管目前没有统一的针对浅层气资源量评价的结果公布，但不排除未来常规油气枯竭后浅层气作为一种补充型化石能源(类似于目前天然气水合物所扮演的角色)登上历史的舞台。因此，随着科学技术的不断进步和人类对化石能源“低碳化”需求的不断攀升，浅层气将从深水地质灾害逐渐转变为能够为人类利用的非常规化石能源。

如前所述，浅层气在深水沉积物中的富集丰度极低，赋存储层渗透性能差且为未成岩地层，在常规石油天然气为理念的开采方式下很难实现其大规模的开发利用。如果采用常规深水油气开采模式，使用大型平台抽采，不仅面临的复杂工程地质风险难以控制，其储层超低渗特征也使得开采成本的降低难度极大。

实际上，天然气水合物也曾一度被常规深水油气开采界认为是浅层地质灾害的一种，近年来，随着绿色发展理念的不断深入和科技的进步，海洋天然气水合物技术可采性已经毋庸置疑。天然气水合物作为一种补充型的非常规化石能源，虽然实现其商业化开采还有很长的路要走，但不可否认的是：仅仅将天然气水合物视为一种浅层地质灾害，不仅是对能源的浪费，更是对未来能源低碳化发展趋势的否定。

并且，目前已知全球90％以上的天然气水合物赋存于深水泥质沉积物中，其丰度低、离散性强，储层渗透率极低，很难用常规油气开采的方式实现这类型水合物的大规模商业化开采。因此，这类水合物藏中富集的天然气与浅层气有共性。其开发方式也应有一定的共性特征。特别是对于I类天然气水合物储层而言，与水合物底界毗邻的伴生气是水合物系统的重要组成部分，因此也属于深水浅层低丰度非常规天然气。

相比于浅层气或水合物伴生气，深海天然气水合物具有能源密度高的特点，且经过近二十年的发展，尽管海洋天然气水合物开发仍然存在极大地科学与技术挑战，但其开发技术的成熟度远大于浅层气。如果能采用一定的人工疏导体系，吸收地层中的丰度极低的深水浅层低丰度非常规天然气，在适宜的环境中形成高丰度的天然气水合物藏，然后利用水合物开发技术实现开发，就可以将浅层气“变废为宝”；其次，通过人工制造具备高渗透能力的砂质高饱和度水合物藏，可以有效克服目前泥质粉砂水合物开采效率瓶颈。为此，基于对海洋天然气水合物成藏系统和浅层气存在环境的认识，亟待提出一种去平台化的、“慢慢来”的开采方案，这也是实现浅层气开发利用的关键。

发明内容