海域水合物泄水井辅助降压开采方法

1.本发明属于海域天然气水合物开采领域，具体地，涉及海域水合物泄水井辅助降压开采方法。


背景技术：

2.天然气水合物主要赋存于世界海洋大陆边缘和高纬度冻土带。由于其具有能量密度高、分布广、规模大、埋藏浅等特点，且产出的天然气能满足能源、经济、环境和效率需要等特点，天然气主要由甲烷组成，故也被称为甲烷水合物。在标准状况下，一立方米的甲烷水合物分解，最多可产生164立方米的甲烷气体与0.8立方米的水。甲烷水合物的能量密度很高，是常规天然气能量能量密度的25倍，而且其燃烧值很高，燃烧后几乎不产生任何残渣，是国际公认的最具商业开发前景的新型清洁能源，也是石油天然气最理想的接替能源。针对海域天然气水合物的开采方法最具有实用性的是降压开采方法，该方法是通过降低水合物层的地层原始压力使地层中的水合物发生相变，水合物分解成天然气和水，然后将其采出。但是，海底环境下的天然水合物储层上方盖层即上覆层具有渗透性高的特点，即盖层是不封闭的。在采用降压法开采水合物层时，水合物层压力的降低会导致其与上覆层间产生压差，上覆层的压力会高于水合物层，造成上覆层中的自由水或上覆层上部的海水向水合物层流动，使水合物层的孔隙水含量增多造成水锁损害，造成水合物层降压开采过程中产生的分解气无法从地层孔隙内产出，导致开采效率低。在针对海域天然气水合物进行开采工程时，如何避免不封闭的盖层中的孔隙水侵入到水合物层是提高开采效率、保障开采安全是海域水合物安全高效开采的前提。目前针对这一问题普遍提出的方法是通过储层改造将不封闭的盖层变为封闭的盖层，例如专利文献号cn111271033a提出一种采用co2乳液注入上盖层形成co2水合物将不封闭盖层变为封闭盖层的对天然气水合物藏储层改造开采方法。专利文献号cn106761589a提出一种在上盖层注入co2形成co2水合物覆盖天然气水合物储层的上部盖层使其不渗透的改造方法。这些方法需要实现将注入液大范围的注入到盖层中，形成较大范围内形成封盖层，这在海底高压环境下很难实现。


技术实现要素：

3.基于前述的现有技术缺陷，本发明提出了一种海域水合物泄水井辅助降压开采方法，通过在天然气水合物储层打一口水平井采用降压开采法开采水合物，同时在天然气水合物储层的上方盖层中即上覆层同样打一口水平井作为泄水井。当天然气水合物储层降压开采时，通过泄水井将上覆层中的孔隙水抽出，避免其侵入天然气水合物储层，进而实现提高开采效率的目的。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：海域水合物泄水井辅助降压开采方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
5.步骤一、初步设定泄水井的抽水量低于降压开采总产水量的80％；
6.步骤二、从海面向天然气水合物储层钻一口水平井作为开采井，开采井包括依次
相连的直井段、造斜段和水平段，开采井的直井段通过海水和上盖层，并在天然气水合物储层造斜形成造斜段，开采井的水平段在天然气水合物储层的中部水平延伸；
7.步骤三、从海面向上覆层钻一口水平井作为泄水井，泄水井包括直井段、水平段和用于连接所述直井段和所述水平段的造斜段，泄水井的直井段通过海水，并在上覆层造斜形成造斜段，泄水井的水平段在上覆层内沿水平方向延伸，泄水井的水平段位于开采井的水平段正上方，泄水井的水平段距离天然气水合物储层上边界1-8m，泄水井的尾端和开采井的尾端平齐；
8.步骤四、采用降压法开采水合物，直至开采井以稳定状态产气和产水；
9.步骤五、当开采井出现产气量降低、产水量上升情况时，对泄水井进行抽水作业，将泄水井中的水抽出，使泄水井和开采井间的压差减小，直至使二者间无压差，抽水过程中，监测天然气水合物储层降压开采过程中开采井的平均产水量，保持泄水井的抽水量为开采井平均产水量的60-80％；
10.步骤六、当开采井中产气量低于20立方米/天时，首先停止泄水井的抽水作业，然后停止开采井的降压开采作业。
11.所述海域水合物泄水井辅助降压开采方法，在步骤一之前还包括：根据地震、测井和地质资料，确定开采区域天然气水合物储层的厚度、水合物饱和度、孔隙水饱和度与渗透率，以及天然气水合物储层上方上覆层的厚度、孔隙水饱和度及渗透率，根据天然气水合物储层的孔隙水饱和度及水合物饱和度，得到降压开采过程中开采井产水量的上限，即水合物全部分解的产水量与天然气水合物储层中原有孔隙水总量之和。
12.进一步，步骤三中，当上覆层的渗透率高于30毫达西时，泄水井的水平段与天然气水合物储层上边界保持8m距离；当上覆层的渗透率低于5毫达西时，泄水井的水平段与天然气水合物储层上边界保持1m距离。
13.所述泄水井的直井段与开采井的直井段间保持5-10m距离。
14.通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提供了一种海域水合物泄水井辅助降压开采方法，通过在天然气水合物储层上方的不封闭盖层中打一口泄水井，在开采过程中，通过泄水井将盖层中的孔隙水抽出，使泄水井和开采井间的压差减小，直至使二者间无压差；在此条件下上方盖层中的孔隙水和上部的海水不会因为盖层与开采井间的压差而侵入到天然气水合物储层；避免了上覆层中的水侵入天然气水合物储层后造成的水锁问题，从而提高了单井开采效率。
附图说明
15.图1为本发明实施例中海域水合物泄水井辅助降压开采方法的说明图。
16.附图标记说明：1-海水；2-上覆层；3-天然气水合物储层；4-开采井；5-泄水井。
具体实施方式
17.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.如图1所示，本实施例中提供了一种海域水合物泄水井辅助降压开采方法，所述方
法包括：
19.步骤一、根据地震、测井和地质资料，明确开采区域天然气水合物储层3的厚度、水合物饱和度、孔隙水饱和度与渗透率，以及天然气水合物层3上方盖层(即上覆层2)的厚度、孔隙水饱和度及渗透率，作为优选工艺参数的依据；根据天然气水合物储层3的孔隙水饱和度及水合物饱和度，得到降压开采过程中开采井4产水量的上限，即水合物全部分解的产水量与天然气水合物储层3中原有孔隙水总量之和，具体得到降压开采过程中开采井4产水量的上限过程如下：根据水合物的饱和度计算得出水合物全部分解后的分解水总量，然后加上储层中原有孔隙水总量，二者之和即为降压开采过程中能够产出的水的总量，也就是降压开采总产水量，以此值作为降压开采过程中开采井4产水量的上限；为避免抽水量过大导致水合物分解产生的甲烷进入到泄水井5，造成串流，初步确定泄水井5的抽水量要低于开采井4产水量上限的80％，也就是要低于降压开采总产水量的80％。
20.步骤二、从海面向天然气水合物储层3钻一口水平井作为开采井4，开采井4包括依次相连的直井段、造斜段和水平段，开采井4的直井段通过海水1和上盖层2，并在天然气水合物储层3造斜形成造斜段，开采井4的水平段在天然气水合物储层3的中部水平延伸，确保采用降压开采时能够获得更大的波及范围，获得更高的开采效率；
21.步骤三、从海面向上覆层2钻一口水平井作为泄水井5，泄水井5包括直井段、水平段和用于连接所述直井段和所述水平段的造斜段，泄水井5的直井段通过海水1，并在上覆层2造斜形成造斜段，泄水井5的水平段在上覆层2内沿水平方向延伸，泄水井5的水平段位于开采井4的水平段正上方，保证泄水井5的水平段和开采井4的水平段波及范围处在同一竖直方向上，确保通过泄水井5的抽水作业可以使开采井4开采区域的上方盖层中的水不会侵入到开采区域；泄水井5的水平段距离天然气水合物储层3上边界1-8m，当上覆层2的渗透率高于30毫达西时，泄水井5的水平段需与天然气水合物储层3上边界保持8m距离，毫达西为渗透率常用单位,符号为md，在保证泄水井5正常功能的前提下，避免天然气水合物储层3分解产生的分解气侵入泄水井5的水平段；当上覆层2的渗透率低于5毫达西时，泄水井5的水平段需与天然气水合物储层3上边界保持1m距离，保证泄水井5能够正常实现泄水功能，不会因为上覆层2渗透率过低而无法实现泄水功能；泄水井5的水平段长度比开采井4的水平段长度短5-10m，保证泄水井5的直井段与开采井4的直井段间保持5-10m距离，避免因为两口井距离过近导致井壁失稳等工程安全问题；泄水井5的尾端和开采井4的尾端需平齐，确保两口井的波及范围的空间一致性；
22.步骤四、采用降压法开采水合物，直至开采井4开始有稳定产气和产水，开采压力采用本领域水合物降压开采常用的压力范围，对降压开采的开采温度没有要求，本领域常规温度即可；
23.步骤五、当开采井4开始出现产气量降低、产水量上升的现象时，对泄水井5进行抽水作业，将泄水井5中的水抽出，使泄水井5和开采井4间的压差减小，直至使二者间无压差；抽水过程中监测降压开采过程中的平均产水量，选择泄水井5的抽水量应为开采井4平均产水量的60-80％，防止抽水量过大水合物分解产生分解气进入到泄水井5，发生窜流；
24.步骤六、当开采井4中产气量低于20立方米/天时，首先停止泄水井5的抽水作业，然后停止开采井4的降压开采作业。
25.进一步，本发明中水合物的开采方法除本发明实施中中所述的降压开采法外，还
可以采用热激发法或者是降压开采法和热激发法两种方法的结合。