[发明专利]一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开采海底水合物藏的方法，尤指在海上钻井平台打一口定向注入井和一口定向生产井利用CO₂同时开发地热能和水合物藏的井组结构与方法。

背景技术

由于传统化石能源储量的不断减少，地热能、天然气水合物等可再生清洁新能源越来越受到世界各国的重视。水合物分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。目前开采天然气水合物主要通过破坏其相平衡条件，使固态的天然气水合物分解成气态的天然气和液态的水，开采方法主要有降压法、热激发法、注化学剂法和CO₂置换法。然而采用单一的开采方法进行开发利用的效果有限且存在许多缺点，如降压法容易造成水合物的二次生成堵塞流动通道；热激发法热损失大；CO₂置换法利用效率低等。

地热能泛指地球释放出的热能，干热岩储层属于地热能的一种，其具有极小的孔隙度和渗透率，内部流体含量极少，流体流动系数较低。干热岩储层的开采通过注入井将高压流体注入到深部岩体中,用以增大岩石中的裂隙体积,形成人工渗流通道,之后通过生产井将被高温岩体加热过的流体采至井口。CO₂是一种较好的载热流体，在地层中不会发生结垢和沉淀现象，对地层有一定的保护作用，有利于干热岩储层的开发，同时CO₂的压缩系数、热膨胀系数和整体浮力均较大，且其粘度和密度较低，故在储层中的流动性较好。

目前尚没有提出一种注入CO₂动用地热能开发天然气水合物藏的方法，很大程度上制约了水合物藏的开发利用。本发明选用CO₂作为载热流体，提出一个由定向注入井和定向生产井就地利用干热岩储层开发水合物藏的井组结构与方法，较好实现了热激发法和CO₂置换法的优势组合，大幅减少了开采过程的注热成本，在改善水合物藏开采效果的同时实现了CO₂的地下埋存。本发明设备简单、操作方便，可为水合物藏增产措施的实施提供指导。

发明内容

本发明涉及一种注入CO2动用地热能开发天然气水合物藏的方法，主要包括以下步骤：

(1)选择海底存在水合物藏且水合物藏下部发育有干热岩储层的地质构造区域作为施工区域，其中水合物藏的厚度不低于20m，干热岩储层的平均温度不低于120℃；

(2)在海上钻井平台打两口井组成一个定向注入井和定向生产井井组系统，其中所述定向注入井贯穿水合物藏并延伸至下部干热岩储层距离顶部位置处，所述定向生产井包括从海平面延伸至水合物藏距离顶部位置处的长度为200～300m的水平生产井段和与所述水平生产井段连通的从水合物藏延伸至下方干热岩储层距离顶部位置处的定向连通井段，所述定向注入井与所述定向生产井定向连通井段的井眼轨迹方向相反，所述定向生产井的定向连通井段在水合物藏与干热岩储层间的地层外加一层井筒保温层以减少输送过程中热量的损失，所述井筒保温层材料为聚氯乙烯；

(3)对位于干热岩储层的所述定向注入井和对位于水合物藏的所述水平生产井段进行射孔作业，位于干热岩储层的所述定向连通井段上存在射孔段1，位于水合物藏的所述定向连通井段上存在射孔段2，所述定向注入井的射孔段和所述定向生产井的定向连通井段射孔段1的深度保持一致、射孔段长度不低于10m、射孔点间隔为0.5～2m且在射孔段处所述定向注入井和所述定向生产井的井距为800～1000m，所述定向生产井的水平生产井段射孔段的长度为150～200m，射孔点间隔为5～20m，所述定向生产井的定向连通井段射孔段2的长度不低于5m，射孔点间隔为0.5～2m，所述水平生产井段下方3～5m处的所述定向连通井段中安装有封隔器；

(4)通过所述定向注入井对干热岩储层进行水力压裂作业，所述水力压裂液为油基泡沫；