[发明专利]一种天然气水合物高效开采系统及方法

权利要求书

1.一种天然气水合物高效开采系统，其特征在于，包括：

高能氮气压裂系统，包括压裂管路以及设于压裂管路上的氮气源、氮气加热系统(4)、注入井(11)和压裂水平井(24)，氮气源用于提供压裂用的氮气，氮气加热系统(4)用于对供入压裂水平井(24)的氮气进行加热；供入的所述氮气的加热温度为20～30℃；

CO₂注入系统，CO₂注入系统与压裂管路连接，被配置为当水合物储层的温度降至为4℃-6℃时，通过压裂管路向压裂水平井(24)供入压力为5MPa的常温CO₂气体；

气体采集系统，包括气体采集管路，气体采集管路上由采气端至储气端依次设有采气水平井(21)、生产井(20)、抽泵一(17)和甲烷存储器(19)；

其中，压裂水平井(24)与采气水平井(21)的数量均为一个且均位于水合物储层(27)内，且压裂水平井(24)位于采气水平井(21)的下方；压裂水平井(24)与采气水平井(21)内均设有温度传感器，以备监测天然气水合物储层的温度。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，压裂管路上由气源端至压裂端依次设有制氮机(1)、氮气存储器(2)、闸阀一(3)、氮气加热系统(4)、单向阀(5)、三通(7)、氮气增压泵(8)、注入井(11)和压裂水平井(24)。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，CO₂注入系统包括CO₂注入管路以及设于CO₂注入管路上的CO₂介质存储器(13)和闸阀二(12)，CO₂介质存储器(13)设于CO₂注入管路的第一端，CO₂注入管路的第二端通过三通(7)接入压裂管路；CO₂介质存储器(13)用于存储CO₂；闸阀二(12)设置在三通(7)与CO₂注入管路的第二端之间，用于控制CO₂注入管路的打开和闭合。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，注入井(11)的上部套设有保温套层(10)，注入井(11)的井口处设有井口密封装置(9)。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，气体采集管路上设有气体分离装置(16)，气体分离装置(16)设于抽泵一(17)与甲烷存储器(19)之间；

气体分离装置(16)具有进气口、第一出气口、第二出气口和第三出气口；进气口与抽泵一(17)连接；第一出气口用于排出甲烷，与甲烷存储器(19)的集气口连接；第二出气口用于排出CO₂；第三出气口用于排出N₂。

6.根据权利要求5所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，甲烷存储器(19)与气体分离装置(16)的第一出气口之间还设有抽泵二(18)。

7.根据权利要求5所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，还包括CO₂回用管路和N₂回用管路；

其中，CO₂回用管路的一端与气体分离装置(16)的第二出气口连接，另一端通过三通(7)接入压裂管路；

N₂回用管路的一端与气体分离装置(16)的第三出气口连接，另一端接入氮气存储器(2)。

8.根据权利要求1所述的天然气水合物高效开采系统，其特征在于，氮气加热系统(4)包括存气罐(4-16)以及用于对存气罐(4-16)进行加热的加热装置；

存气罐(4-16)具有进气通道(4-6)和出气管道(4-8)，进气通道(4-6)和出气管道(4-8)均接入闸阀一(3)与单向阀(5)之间的压裂管路上。

9.一种天然气水合物高效开采方法，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的天然气水合物高效开采系统；

所述方法包括如下步骤

步骤一：按照设计施工注入井(11)、压裂水平井(24)、生产井(20)及采气水平井(21)，压裂水平井(24)、采气水平井(21)的数量均为一个且均位于水合物储层(27)内，且压裂水平井(24)位于采气水平井(21)的下方；

步骤二：利用高能氮气压裂系统向压裂水平井(24)注入温度为20～30℃压力为P的氮气，对水合物储层(27)的下部进行压裂；压裂完成后，部分天然气水合物分解成甲烷和水，甲烷气体通过采气水平井(21)输送至地面储存在甲烷储存器(19)中，水在自重作用下流往水合物储层(27)的底部裂隙带；

在步骤二中：产气过程中，通过温度传感器实时监测井下水合物储层(27)的温度，当水合物储层(27)的温度降至为4℃-6℃时，利用CO₂注入系统向压裂水平井(24)注入压力为5MPa的常温CO₂气体，注入的CO₂气体与之前注入的N₂气体混合后对未分解的水合物固体进行驱替，使得水合物固体中的甲烷进一步分解，而混合后的N₂和CO₂则形成新的水合物固体。