[发明专利]一种高效泥质粉砂型天然气水合物开采系统及其开采方法

说明书

一种高效泥质粉砂型天然气水合物开采系统及其开采方法,属于天然气水合物开采领域，包括海上浮动平台、浆液搅拌模块、反应生产模块和产物收集模块，本发明采用A型和B型两种浆液对泥质粉砂型天然气水合物储层的连通性进行改造，拓宽储层内的气水渗流通道，增强气水渗流能力，保障储层在降压开采天然气水合物的过程中维持较好的气水渗流速率，避免储层渗流通道内冰和二次水合物的生成，解决降压法的长效性问题，实现对泥质粉砂型天然气水合物的高效开发。

技术领域

本发明属于天然气水合物开采技术领域，尤其是涉及一种高效泥质粉砂型天然气水合物开采系统及其开采方法。

背景技术

天然气水合物是一种在低温高压条件下，由甲烷等小分子天然气体和水富集而形成的笼形结构物质。其外观与冰类似，并且可以燃烧，又名“可燃冰”。相比于其他常规与非常规油气资源，天然气水合物的优势主要体现在以下几个方面：能量密度大，标准状态下，1m³的固态天然气水合物可释放出164m³的甲烷，其能量密度是天然气的2-5倍，煤的10倍；分布范围广，天然气水合物广泛存在于全球各地的陆地冻土区和海洋沉积物中，全球绝大多数海洋都能满足水合物的相平衡条件；资源储量大，全球天然气水合物资源总量2.1×10¹⁶m³，其有机碳含量约为已探明化石能源总量的2倍，经预测，我国海域天然气水合物约为1094亿吨油当量，其中南海占80％；埋藏深度浅，天然气水合物主要埋存于水深大于300、海底面以下0-1500m的海洋沉积物中，钻取深度较浅；清洁无污染，天然气水合物分解后释放的气体主要为甲烷等轻烃气体，燃烧产物是水和二氧化碳，不造成环境污染。因此，天然气水合物被视为“21世纪最具潜力的新型能源”。

目前，天然气水合物的开采技术主要有降压法、热激发法、化学抑制剂法以及CO₂置换法。降压法是指通过抽取地下水或气举的方式降低井口压力，使井口附近的孔隙压力降低，使水合物分解的方法。然而，伴随着天然气水合物的分解，地层温度降低，使孔隙内结冰或形成二次天然气水合物，堵塞渗透路径，严重影响了产气量和产气速率，降低综合开采效率。热激发法是指通过升高井口或地层的温度，使水合物分解的方法。但是，其热量损失巨大，在加热储层的同时也将热量传递给上覆与下伏地层，高额的注热成本使得其不具有实际意义。化学抑制剂法是指通过在井口附近注入水合物抑制剂(甲醇、乙醇、盐水等),使水合物分解的方法。但是该方法作用效果缓慢，费用高，并且对环境污染危害较大。CO₂置换法是指通过注入CO₂将水合物中的甲烷置换出来，释放的热量可为甲烷水合物分解提供能量，最终促使水合物分解的方法。但是该方法工艺复杂，实施较难。目前，加拿大、美国、日本和我国相继开展了近10次天然气水合物开采工程，其中大都出现了产气量低、开采范围小、稳产时间短等问题，商业化开采之路仍然任重而道远。

综合来看，对于我国南海广泛赋存的泥质粉砂型天然气水合物，相比于热激发法、化学抑制剂法以及CO₂置换法而言，降压法原理及工艺相对简单，更具有现实意义。若能解决该方法的长效性问题，即能在整个开采过程中，储层都能维持较好的气水渗流速率，则该方法可以广泛用于天然气水合物的开采工作。针对降压法，有相关研究人员提出了多种增强开采效果的方法，但思路均存在一些问题：例如“泡沫注浆法改造海洋泥质粉砂型天然气水合物储层的方法”，详见申请号2018100545815，采用泡沫注浆，但是忽略了泡沫在实际高压工况下无法发泡的情况；又例如“采用含防膨剂压裂液提高天然气水合物开采效率的方法”，详见专利号2009102723926，虽然考虑到添加防膨剂以保证开采过程中储层具有一定的气水渗流能力，但在生产方式上却采用了相对不适合泥质粉砂型储层环境的压裂方法，在未成岩的泥质粉砂型储层压裂无法形成裂缝通道。如能进一步发明一种新的设备与技术方案来解决这些问题，将能有效提高天然气水合物的开采效率。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种高效泥质粉砂型天然气水合物开采系统，用于解决利用降压法开采泥质粉砂型天然气水合物的长效性问题。