一種利用埋存二氧化碳開(kāi)采甲烷水合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及深海資源開(kāi)采領(lǐng)域，特別是涉及一種通過(guò)向海底甲烷水合物土層埋存 二氧化碳以置換可開(kāi)采的甲烷氣體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前開(kāi)采海下甲烷水合物土層中甲烷氣體的油氣井降壓開(kāi)采方式和加熱開(kāi)采方 式，經(jīng)美國(guó)、日本和加拿大等國(guó)際甲烷水合物試驗(yàn)性開(kāi)采證實(shí)其效率既不能滿(mǎn)足商業(yè)化開(kāi) 采需求，又會(huì)引起對(duì)人類(lèi)不利的地質(zhì)與環(huán)境效應(yīng)。因此，需要提出新的甲烷水合物的經(jīng)濟(jì)、 安全開(kāi)采技術(shù)，為甲烷水合物的商業(yè)化利用提供技術(shù)儲(chǔ)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是要提供一種開(kāi)采海床下水合物層中甲烷氣體的方法，以避免直接 開(kāi)采方式對(duì)地質(zhì)造成破壞。
[0004] 特別地，本發(fā)明提供一種利用埋存二氧化碳開(kāi)采甲烷水合物的方法，包括如下步 驟：
[0005] 步驟101，選擇海床下適宜深度的甲烷水合物土層，再根據(jù)地質(zhì)信息架設(shè)由海洋平 臺(tái)連通至甲烷水合物土層的二氧化碳注入井；
[0006] 步驟102,向二氧化碳注入井內(nèi)注入液態(tài)二氧化碳，液態(tài)二氧化碳在甲烷水合物土 層內(nèi)擴(kuò)散和滲流后，與甲烷水合物產(chǎn)生置換而產(chǎn)生甲烷氣體；
[0007] 步驟103,根據(jù)二氧化碳與甲烷水合物的置換效率，確定開(kāi)采時(shí)間，然后在二氧化 碳注入井的置換范圍內(nèi)架設(shè)通向甲烷水合物土層的甲烷開(kāi)采井，實(shí)現(xiàn)甲烷氣體的開(kāi)采。
[0008] 進(jìn)一步地，在所述二氧化碳注入井的底端設(shè)置沿水平方向延伸的水平井。
[0009] 進(jìn)一步地，所述水平井位于所述甲烷水合物土層的底部，且在井身上設(shè)置有多個(gè) 方便二氧化碳向外部擴(kuò)散和滲流的貫穿孔。
[0010] 進(jìn)一步地，所述甲烷水合物土層處的海水深度至少大于800米。
[0011] 進(jìn)一步地，所述地質(zhì)信息包括所述甲烷水合物土層的甲烷水合物含量、滲透率、含 水率、孔隙度、力學(xué)剛度與強(qiáng)度、孔隙液體壓力與溫度參數(shù)。
[0012] 進(jìn)一步地，在架設(shè)所述二氧化碳注入井時(shí)，根據(jù)所述地質(zhì)信息確定二氧化碳注入 速度、注入時(shí)間、注入壓力和注入溫度。
[0013] 進(jìn)一步地，二氧化碳的注入量Q采用下式確定：
[0014] Q = Ji . X2 . L/2
[0015]其中，L為水平井的長(zhǎng)度，X為二氧化碳注入井的長(zhǎng)度。
[0016]進(jìn)一步地，所述二氧化碳注入井的長(zhǎng)度X采用下式確定：
[0018]其中，ke為甲烷水合物土層滲透率、<i>e為甲烷水合物土層孔隙度、μ為二氧化碳粘 度系數(shù)、Ct為地層可壓縮系數(shù)，t為二氧化碳注入時(shí)間。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟103中，在開(kāi)采甲烷氣體過(guò)程中，需要根據(jù)二氧化碳與甲烷水 合物的置換情況，確定二氧化碳在甲烷水合物土層的滲透率，進(jìn)而調(diào)整二氧化碳的注入量， 以平衡甲烷氣體的開(kāi)采速度和生成速度，二氧化碳在所述甲烷水合物土層的滲透率k ec采用 下式計(jì)算：
[0021] 其中，ke為甲燒水合物土層滲透率，Δ Sh為水合物飽和度的變化值，Sh為水合物飽 和度，N為水合物土層滲透率隨水合物飽和度增加的下降指數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步地，所述甲烷水合物土層被二氧化碳置換后的有效孔隙率魏。采用下式計(jì) 算：
[0024]其中，Φβ為甲烷水合物土層孔隙度。
[0025] 本發(fā)明將二氧化碳注入埋存后，通過(guò)幾十年在水合物地層中滲流一定范圍，二氧 化碳在滲流過(guò)程中會(huì)置換這些區(qū)域的甲烷水合物，從而獲得游離狀態(tài)的甲烷氣體，在積存 幾十年后即可直接進(jìn)行甲烷氣體開(kāi)采，這個(gè)過(guò)程中地層的力學(xué)特性變化小，可避免甲烷水 合物抽氣開(kāi)采引起的地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)降低溫室氣體。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法流程示意圖；
[0027] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二氧化碳注入和開(kāi)采示意圖；
[0028]圖中：10-海水層、20-上覆土層、30-水合物層、40-二氧化碳注入井、50-甲烷開(kāi)采 井、60-水平井、61-貫穿孔。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例公開(kāi)一種利用埋存二氧化碳開(kāi)采甲烷水合物的方 法實(shí)施過(guò)程。在海水層10下面的土壤一般分為上層的上覆土層20，和下層的水合物層20，該 水合物層會(huì)因?yàn)楹煌V物質(zhì)而形成相應(yīng)的水合物層，如甲烷水合物層。本實(shí)施例是采用 置換的方式將甲烷水合物中的甲烷變成氣體，再進(jìn)行開(kāi)采，從而減少對(duì)地質(zhì)的損害。該方法 一般包括如下步驟：
[0030] 步驟101，選擇海床下適宜深度的甲烷水合物土層，再根據(jù)地質(zhì)信息架設(shè)由海洋平 臺(tái)連通至甲烷水合物土層的二氧化碳注入井；
[0031] 在本實(shí)施例中，該甲烷水合物土層處的海水層10深度一般大于800米。在架設(shè)二氧 化碳注入井40前，先根據(jù)地球物理勘探、地質(zhì)鉆探資料來(lái)獲取當(dāng)前甲烷水合物土層的甲烷 水合物含量、滲透率、含水率、孔隙度、力學(xué)剛度與強(qiáng)度、孔隙液體壓力與溫度參數(shù)等地質(zhì)信 息。
[0032]為提高二氧化碳的置換效果，可以在二氧化碳注入井40的底端設(shè)置沿甲烷水合物 層水平方向延伸的水平井60,水平井60用于垂直連接二氧化碳注入井40,以將注入的二氧 化碳傳遞到更遠(yuǎn)的地方。水平井60的位置可以處于甲烷水合物層的最底部，以方便二氧化 碳向上方擴(kuò)散。進(jìn)一步地，為加快二氧化碳的排放速度，可以在水平井60的井身上設(shè)置多個(gè) 朝向不同方向的貫穿孔61。
[0033] 其中，二氧化碳的注入量Q采用下式確定：
[0034] Q = Ji · X2 · L/2
[0035]式中，L為水平井60的長(zhǎng)度，X為二氧化碳注入井40的長(zhǎng)度。
[0036]二氧化碳注入井40的長(zhǎng)度X采用下式確定：
[0038]式中，ke為甲烷水合物土層滲透率、Φ e為甲烷水合物土層孔隙度、μ為二氧化碳粘 度系數(shù)、Ct為地層可壓縮系數(shù)，t為二氧化碳注入時(shí)間。
[0039] 在上述地質(zhì)信息的基礎(chǔ)上確定架設(shè)的二氧化碳注入井40的二氧化碳注入速度，注 入時(shí)間長(zhǎng)短，以及注入壓力和注入溫度等參數(shù)。
[0040] 步驟102,向二氧化碳注入井內(nèi)注入液態(tài)二氧化碳，液態(tài)二氧化碳在甲烷水合物土 層內(nèi)擴(kuò)散和滲流后，與甲烷水合物產(chǎn)生置