本發(fā)明設(shè)計(jì)屬于地?zé)衢_發(fā)和天然氣水合物開采領(lǐng)域，尤其涉及一種利用co2和地?zé)崮荛_采天然氣水合物藏的井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法。

背景技術(shù)：

隨著傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量的急劇減少，世界各國對新能源的利用與發(fā)展給予了特別的關(guān)注，其中天然氣水合物和地?zé)岜患挠枇酥卮蟮钠谕?/p>

地?zé)崾且环N儲(chǔ)量豐富的清潔可再生能源，其能量來自于地球內(nèi)部，能量巨大且用之不竭，干熱巖中的熱能是人們開發(fā)利用地?zé)崮鼙姸喾绞街械囊环N。干熱巖是指一般溫度大于200℃，埋深千米至數(shù)千米，內(nèi)部不存在流體或者僅有少量流體的高溫巖體。因此，一般在干熱巖開發(fā)的過程中需要對干熱巖地層進(jìn)行壓裂，并向地層中注入大量的流體，通過流體的循環(huán)將干熱巖地層中的熱能開采出來。天然氣水合物是指天然氣和水在特定溫度和壓力下生產(chǎn)的晶體物質(zhì)。隨著能源短缺的加劇，天然氣水合物逐漸引起了國內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注，并進(jìn)行了相關(guān)的勘探開發(fā)與實(shí)驗(yàn)研究。目前，傳統(tǒng)的天然氣水合物的開采方法主要有改變水合物藏的溫度，降低壓力或者注入抑制劑法，這些方法的原理都基于破壞水合物的相平衡條件。

co2膨脹性比較大，且粘度比較低，作為溶劑對地層巖石礦物的溶解性很低，十分有利于地?zé)嵯到y(tǒng)的開發(fā)；某一特定的壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會(huì)分解，而co2則易于形成二氧化碳水合物并保持穩(wěn)定。把空氣中或者工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的co2注入到干熱巖地層和天然氣水合物地層中，可以實(shí)現(xiàn)co2的地質(zhì)埋存，有效減緩co2產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，因此co2應(yīng)用于地?zé)衢_采和天然氣水合物藏的開發(fā)具有重要的意義。然而目前尚沒有一種利用co2與地?zé)崮芰繀f(xié)同開采天然氣水合物的方法，本發(fā)明將co2開發(fā)地?zé)崤cco2開發(fā)天然氣水合物藏相結(jié)合，將干熱巖地層加熱后的co2注入天然氣水合物藏，同時(shí)實(shí)現(xiàn)天然氣水合物藏的熱開采和co2置換開采，實(shí)現(xiàn)co2地質(zhì)埋存的同時(shí)提高天然氣水合物藏的采收率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于將co2對地?zé)岷吞烊粴馑衔锏拈_發(fā)相結(jié)合，提供一種利用co2和地?zé)崮荛_采天然氣水合物藏的井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法，該方法可以大幅度的提高天然氣水合物的采收率。

本發(fā)明的目的主要通過以下方法實(shí)現(xiàn)：以co2作為流動(dòng)載體，將干熱巖中的熱量運(yùn)移到天然氣水合物藏中對其進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物藏的熱開采和co2置換開采，提高天然氣水合物藏開發(fā)效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)co2的地質(zhì)埋存，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據(jù)天然氣水合物藏的地質(zhì)資料，選擇距離天然氣水合物藏底部10-50m處存在干熱巖地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其干熱巖地層厚度范圍為80-150m；

(2)分別鉆取兩口井，所述兩口井均使用套管完井，其中一口為注入水平井，鉆至干熱巖地層，所述注入水平井的垂直段鉆穿天然氣水合物藏，且在天然氣水合物藏段進(jìn)行水力壓裂產(chǎn)生壓裂縫；所述注入水平井的水平段位于干熱巖地層中，水平段長度范圍為300～700m，且不進(jìn)行水力壓裂，也不進(jìn)行套管射孔；所述注入水平井中的油管在水平井趾端不封堵，與所述套管連通，迫使注入的co2通過所述油管與所述套管之間的環(huán)空區(qū)域上返至天然氣水合物藏；所述注入水平井中的油管在天然氣水合物藏頂部至干熱巖地層頂部的部分，以及所述注入水平井中的套管在天然氣水合物藏底部至干熱巖層頂部的部分，都覆蓋有以聚乙烯為材料的隔熱層，從而減少加熱后上返的co2的熱損失；所述注入水平井在垂直段通過套管射孔連通天然氣水合物藏；所述注入水平井中的油管與套管之間距離天然氣水合物藏頂部3-5m處放置封隔器進(jìn)行封堵；另一口為開采直井，鉆至天然氣水合物藏，所述開采直井通過套管射孔連通天然氣水合物藏，并在天然氣水合物藏段進(jìn)行水力壓裂；

(3)所述注入水平井通過油管注入co2至干熱巖地層，所述co2注入速度為0.08-0.2pv/a，經(jīng)所述干熱巖地層加熱后的co2通過油管與套管之間的環(huán)空區(qū)域上返到天然氣水合物藏；

(4)天然氣水合物分解后的產(chǎn)物與冷卻的co2一起通過所述開采直井生產(chǎn)至地面，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物藏的熱開采和co2置換開采。

本發(fā)明的有益效果是：將co2對地?zé)岷吞烊粴馑衔锏拈_發(fā)相結(jié)合，將干熱巖地層的能量通過co2傳遞至天然氣水合物藏，促進(jìn)天然氣水合物的分解；同時(shí)co2在水合物地層中發(fā)生置換作用，有利于水合物的分解；在這個(gè)過程中也實(shí)現(xiàn)了co2的地質(zhì)埋存，減少了co2的溫室效應(yīng)。

附圖說明

圖1為一種利用co2和地?zé)崮荛_采天然氣水合物藏的井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為表面覆蓋有隔熱層油管與套管的剖面圖；

其中，1.隔層，2.天然氣水合物藏，3.干熱巖地層，4.套管，5.油管，6.封隔器，7.隔熱層，8.壓裂縫，9.生產(chǎn)井，10.co2流動(dòng)方向，11.熱量傳遞方向。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，但不限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。

一種利用co2和地?zé)崮荛_采天然氣水合物藏的井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法，其包括一個(gè)用于注入co2的水平井與一個(gè)用于開采天然氣水合物分解產(chǎn)物的直井，以co2作為流動(dòng)載體，將干熱巖中的熱量運(yùn)移到天然氣水合物藏中對其進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物藏的熱開采和co2置換開采，提高天然氣水合物藏開發(fā)效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)co2的地質(zhì)埋存，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據(jù)天然氣水合物藏的地質(zhì)資料，選擇距離天然氣水合物藏2底部20m處存在厚度為100m的干熱巖地層3；

(2)分別鉆取兩口井，所述兩口井均使用套管完井，其中一口為注入水平井，鉆至干熱巖地層，所述注入水平井的垂直段鉆穿天然氣水合物藏2，且在天然氣水合物藏段進(jìn)行水力壓裂產(chǎn)生壓裂縫8；所述注入水平井的水平段位于干熱巖地層3中，水平段長度范圍為500m，且不進(jìn)行水力壓裂，也不進(jìn)行套管射孔；所述注入水平井中的油管5在水平井趾端不封堵，與所述套管4連通，迫使注入的co2通過所述油管5與所述套管4之間的環(huán)空區(qū)域上返至天然氣水合物藏2；所述注入水平井中的油管5在天然氣水合物藏2頂部至干熱巖地層3頂部的部分，以及所述注入水平井中的套管4在天然氣水合物藏2底部至干熱巖層3頂部的部分，都覆蓋有以聚乙烯為材料的隔熱層7，從而減少加熱后上返的co2的熱損失；所述注入水平井在垂直段通過套管射孔連通天然氣水合物藏2；所述注入水平井中的油管5與套4管之間距離天然氣水合物藏2頂部5m處放置封隔器6進(jìn)行封堵；另一口為開采直井9，鉆至天然氣水合物藏2，所述開采直井9通過套管射孔連通天然氣水合物藏2，并在天然氣水合物藏段進(jìn)行水力壓裂；

(3)所述注入水平井通過油管5注入co2至干熱巖地層3，所述co2注入速度為0.1pv/a，經(jīng)所述干熱巖地層3加熱后的co2通過油管5與套管4之間的環(huán)空區(qū)域上返到天然氣水合物藏2；

(4)天然氣水合物分解后的產(chǎn)物與冷卻的co2一起通過所述開采直井9生產(chǎn)至地面，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物藏的熱開采和co2置換開采。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種利用CO2和地?zé)崮荛_采天然氣水合物藏的井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方法，其包括一個(gè)用于注入CO2的水平井與一個(gè)用于開采天然氣水合物分解產(chǎn)物的直井，所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適用于天然氣水合物藏底部存在干熱巖地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)；所述注入水平井的垂直段鉆穿天然氣水合物藏，水平段位于干熱巖層中，用于將注入的CO2運(yùn)輸至干熱巖層中進(jìn)行加熱，并將加熱后的CO2上返至天然氣水合物藏；所述開采直井鉆至天然氣水合物藏，用于將天然氣水合物分解后的產(chǎn)物與冷卻的CO2一起開采至地面。本發(fā)明以CO2作為流動(dòng)載體，將干熱巖中的熱量運(yùn)移到天然氣水合物藏中對其進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物藏的熱開采和CO2置換開采，提高天然氣水合物藏開發(fā)效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2的地質(zhì)埋存。

技術(shù)研發(fā)人員：侯健;王文斌;劉永革;張廣福;趙海峰;劉璟垚;劉曉宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油大學(xué)（華東）
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.14
技術(shù)公布日：2017.09.01