[发明专利]一种联合降压和水力压裂技术开采水合物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物的开采技术，尤其是一种联合降压和水力压裂技术的天然气水合物开采方法及装置。

背景技术

我国能源供应不足的问题日益突出，且随着国民经济持续快速发展，这种对国外石油、天然气资源的依赖程度将在相当长的一段时期内不断加大，国际上能源市场价格的经常性波动以及能源运输安全面临的挑战，都将对我国国民经济的发展造成巨大影响。因此，探寻其它新的清洁替代能源，确保我国今后能源供应和能源安全，保证今后我国经济社会健康发展具有重要的现实需求和战略意义。

天然气水合物(可燃冰)被誉为21世纪的新型清洁替代能源，是一种以天然气(主要成分甲烷)与水在低温高压条件下形成的白色冰雪状晶体化合物，具有储量大、分布广、埋藏浅、能量密度高、燃烧洁净等特点。天然气水合物的开采不同于常规化石能源，它开采的基本思路是：通过改变天然气水合物稳定存在的温-压环境，即水合物相平衡条件，造成固体水合物在储层原位分解成气体和水后再将天然气采出。据此提出的几种常规天然气水合物开采方法(热激法、减压法、化学试剂法)，均涉及在原位沉积物藏条件下水合物的分解开采及多相流体流动等过程。与石油、天然气的开采相比，具有很大的开采难度。

迄今为止，全球已发现的116处有可燃冰赋存的地区中，存在于海洋沉积物中的占了78处。它们一般赋存于水深为300m到4000m的海洋泥质松散型沉积物层中，储藏的渗透率较低，开采难度较大。我国南海北部神狐海域水合物储层的沉积物相对均匀细粒，以有孔虫黏土质或有孔虫粉砂质粘土为主，渗透率同样也较低。对于天然气水合物降压开采方法，它是指利用降低水合物藏的压力从而破坏水合物相平衡稳定，进而促使其分解的一种开采方法。这种开采方式的特点是可行性较高，经济且简单易行，是所有开采方法中最有发展前景的，因而可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。2013年3月，日本在其爱知三重县外海成功从海底天然气水合物储层试验开采提取出甲烷气体，成为全球首个掌握海底天然气水合物开采技术的国家。在其总共6天的开采试验周期内，通过降压法共累计采出约12万立方米的甲烷，平均日产2万方，达到了很好的开采效果。这说明降压开采海底水合物资源的可行性，但与此同时，对于采用降压方式来开采海洋沉积物藏中的天然气水合物资源，储藏的渗透率决定着水合物降压开采的成败[Konno Y,Masuda Y,Hariguchi Y,Kurihara M.Key factors for depressurization-induced gas production from oceanic methane hydrates.Energy&Fuels,2010,24(3):1736-1744]。如何在开采过程中保证储层流通通道不堵塞、渗透率不降低或在低渗条件下增加储层渗透率是开采技术中不得不考虑的关键问题。水力压裂可用于增加地下储层的渗透率，以便更好地回收储层流体。而对于井眼中的水力压裂作业过程，在某压力下注射到地下储层中的流体会产生压力的累积，直到超过地下地层的应力大小，从而产生从井眼延伸一段距离的裂缝。这种压裂过程中会产生一系列小的微震，而这些不连续的局部微震出现在裂缝的生长期间，并且会产生地震式的振幅或声能，能较容易地被传感器探测捕获到。因此通过探测并记录这些振幅或声能信号，并加以处理分析，就可以确定微震的位置，进而推测出储层裂缝的位置、几何形状[US6985816,2006]及储层局部渗透率信息[Lee M W.Models for gas hydrate-bearing sediments inferred from hydraulic permeability and elastic velocities.USGS Scientific Investigations report2008-5219,Denver,Colorado,USA,2008.]。同时该技术工艺相对比较成熟、储层改造效果较好、成本低廉，很适合将其应用于降压法开采海底天然气水合物。

迄今为止，尚未形成一种经济而有效的可以实现天然气水合物的大规模商业化开采，而已知方法中单纯采用一种开采方法很难实现真正的商业开采目的，必须综合不同方法的优点，取长补短才能达到对天然气水合物藏的经济、高效、安全化的商业开采目的，造福人类。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济、高效、安全的降压联合水力压裂技术的天然气水合物开采方法及装置，实现海洋天然气水合物大规模商业化开采，同时本发明也可应用于陆地永久冻土层中的天然气水合物开采。