[发明专利]基于重力分离的天然气水合物间接置换开采方法

说明书

本发明公开了基于重力分离的天然气水合物间接置换开采方法，该开采方法包括利用所述生产套管向天然气水合物储层输入重力筛分介质，形成重力介质分离层，输入置换剂到所述重力介质分离层中或以下，抽采气态天然气即可。所述重力筛分介质，其密度大于甲烷或天然气混合物的密度，小于所述置换剂的密度或水的密度。本发明创造性的利用重力筛分介质在两个反应界面间进行传输物质，提高了产物的纯度，丰富了热源供应，提高了热量利用率，天然气水合物储层缺失水合物的时间间隔变短，有利于于储层稳定，从而降低天然气水合物开采过程中的地质安全风险。

技术领域

本发明属于天然气开采技术领域，具体涉及基于重力分离的天然气水合物间接置换开采方法。

背景技术

天然气水合物是天然气分子和水分子在低温高压的条件下形成的笼型水合物，主要被发现于海底和冻土地区。现有对天然气水合物进行开采的方法主要有降压开采法、注热开采法、注化学试剂开采以及二氧化碳置换开采等。这些开采方法的核心是使天然气水合物分解为天然气，然后对天然气进行抽采。

降压开采法通过降低储层压力打破开采区域天然气水合物的相态平衡条件，使开采区域天然气水合物趋向于达成温度和压力相对更低的新的相态平衡；在达成新的相态平衡的过程中，开采区域的天然气水合物从周围储层中吸收热量，造成天然气水合物的矿床由近开采井区域向远开采井区域分解，留下天然气水合物分解后的储层；分解产物是以甲烷为主的天然气气体产品和水，分解产物从天然气水合物矿床的分解界面向开采井运移，天然气水合物分解界面与开采井之间是天然气水合物分解后的储层。这种开采方法存在两个问题：首先，由于天然气水合物分解吸热，造成周围的储层温度较原来更低，有可能在天然气水合物已分解的储层区域达成新的相态平衡，形成新的天然气水合物甚至形成冰，这些固体物质阻碍了分解产物在天然气水合物分解界面与开采井之间的物质运移，阻碍了反应速率。其次，由于降压开采法的热源供应主要来自储层的环境热，这使得随着反应进行，近井区域储层的可用热量耗尽，热量从远场储层供应变得越发困难，拖延了反应速率。

注热开采法将通过向开采井中注入的高温液体作为热源，热量的运移路径是由开采井至天然气水合物分解界面；这种供热方式随着天然气水合物分解界面由近井区域向远井区域移动，传热距离变长，拖延反应速度；并且这些外部热源对加热储层，不利于后期利用储层固碳，也不利于储层稳定。注化学试剂法是向天然气水合物矿床中注入化学催化剂，改变天然气水合物相态平衡条件，促进天然气水合物分解；这种方法的难点在于将化学催化剂注入固态天然气水合物矿床并增加与天然气水合物的接触面积；同时在天然气分解和抽采过程中也存在与降压开采相同的问题。

据估计全球天然气水合物中的有机碳含量约为已探明常规化石能源中有机碳含量的2倍，这使得开发天然气水合物过程中造成的碳排放成为阻碍天然气水合物开发的一个重要障碍。现有的二氧化碳置换开采是在天然气水合物开发过程中实现碳中和的一种重要途径，其方法是使用不同相态（主要有固态、液态、气态、超临界状态等）的二氧化碳直接从天然气水合物中置换出其中的天然气分子，最终生成二氧化碳水合物和天然气。由于在反应过程中，天然气水合物中的天然气分子与二氧化碳分子同一个反应界面发生置换，因此被称为直接置换。直接置换反应在释放天然气分子的过程中同时也在原位生成二氧化碳水合物；这种反应模式使得二氧化碳置换天然气水合物的反应界面始终被固态水合物包围，不利于天然气向开采井的运移和二氧化碳分子向反应界面的运移，另外由于天然气水合物笼穴大小不一，二氧化碳分子不能重新占据所有天然气水合物的水分子笼穴，导致置换不完全。与直接置换相对应的是二氧化碳间接置换天然气水合物，其具体方法是在天然气水合物分解区域重新注入二氧化碳进行封埋；这种方法的缺点是储层在一定的时间内没有天然气水合物存在，易于发生变形而使得储层的圈闭空间失效，最终可能影响储层的固碳功能。