[发明专利]一种天然气水合物高效开采系统及方法

说明书

本申请涉及一种天然气水合物高效开采系统及方法，通过在天然气水合物储层的底部设一压裂水平井、顶部设一采气水平井，利用20～30℃的高压氮气对水合物储层进行压裂活动，充分利用了水合物储层位于深海下压力较大的特点，使得水合物储层卸压烈度及卸压面积得到大幅度提升；当水合物储层底部得到充分卸压后，再注入低压CO₂气体，使得压裂用的N₂和CO₂形成混合气体对天然气水合物进行驱替置换作用，驱替效果显著，大幅度提高天然气采收的速率和效率，而且弥补了现有开采方法单纯利用CO₂气体分子进行驱替置换效率低下的不足。

技术领域

本申请属于天然气水合物开采技术领域，具体而言涉及一种天然气水合物高效开采系统及方法。

背景技术

目前开采天然气水合物的开采方法多还处于实验室阶段或提出的一些概念上，在工业应用上还不成熟。

目前提出的方法包括降压法、注热法、注化学剂法、CO₂置换法，其中降压法多通过采集原有水合物储层下方游离气体进行卸压，或通过机械手段进行卸压，但水合物储层下方并不一定会有游离气体，且此法降压程度有限，而机械降压也存在降压面积较小的缺陷。注热法、注化学剂法是使天然气水合物井下分解后进行采集工作，但因降压范围有限，使得热能、化学剂的传输受到限制，造成甲烷产能效率较低，且水合物分解后易引起海底岩层产生大变形，从而引发海底滑坡、地震、海啸等自然灾害。

CO₂置换法已被实验室证明是可行的发法，但因CO₂分子直径介于CH₄水合物小晶穴和中晶穴之间，因此CO₂分子容易进入到CH₄水合物中晶穴进行驱替作用，但CO₂分子无法进入到CH₄水合物的小晶穴，现有研究表明会有四分之一的CH₄残留在水合物晶体中，因此仅用CO₂气体分子进行驱替置换容易造成资源浪费。另外，由于CO₂形成水合物释放的热能较少，常常只能置换水合物固体表面的甲烷分子，生产效率低下。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种天然气水合物高效开采系统及方法，用以解决上述技术问题。

本发明的目的是这样实现的：

一方面，提供一种天然气水合物高效开采系统，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、注入井和压裂水平井，氮气源用于提供压裂用的氮气，氮气加热系统用于对供入压裂水平井的氮气进行加热；

CO₂注入系统，CO₂注入系统与压裂管路连接，被配置为通过压裂管路向压裂水平井供入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、生产井、抽泵一和甲烷存储器；

其中，压裂水平井与采气水平井均位于水合物储层内，且压裂水平井位于采气水平井的下方；压裂水平井与采气水平井内均设有温度传感器，以备监测天然气水合物储层的温度。

进一步地，压裂管路上由气源端至压裂端依次设有制氮机、氮气存储器、闸阀一、氮气加热系统、单向阀、三通、氮气增压泵、注入井和压裂水平井。