本發明專利技術公開了一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫的裝置及方法，所述裝置包括裂縫監測段、填料預制段、加注段、上部接頭與下部接頭，上部接頭、裂縫監測段、填料預制段、加注段和下部接頭從上至下依次連接在一起，上部接頭與上部鉆柱連接，定位器安裝在裂縫監測段外周；本發明專利技術在裂縫中構建三維網絡狀骨架結構，延展支撐裂縫并改善裂縫滲流能力，提高了開采過程傳熱傳質效率、提供分解產物的滲流通道、解決近井地帶的沉積物堵塞問題。本發明專利技術減少了因開采能量與分解產物產生兩向流動的能量損耗，避免了傳統壓裂液大量流入水合物地層，達到穩定增產裂縫結構、提高開采工程速率與開采持續時間的目的，實現海洋水合物的大規模商業化開采。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海洋水合物商業化開采領域，尤其涉及的是一種支撐海底天然氣水合物增產裂縫的裝置及方法。
技術介紹
天然氣水合物(NaturalGasHydrate)是一種清潔高效的新興能源。其儲量巨大，地球上天然氣水合物中總有機碳的儲量約為石油、天然氣和煤炭三者總和的兩倍，其中海洋區域的天然氣水合物資源量占其總資源量的99％。據調查顯示，世界上90％海域都含有天然氣水合物，我國南海、東海陸坡也表現出了巨大的天然氣水合物開發潛力。目前水合物主要開采方法有：熱激法、降壓法、注化學試劑法和CO2置換法。熱激法水合物分解速度較快，但熱流方向與產出的氣水兩相冷流共用同一滲流通道，且二者流動方向相反，導致加熱效率低；降壓法在地層中的壓力傳播速率決定其生產速率，壓力傳播途徑即地層中的孔隙、裂隙，在已有降壓試采工程中，降壓過程使水合物層沉積物顆粒失去膠結，懸浮狀態的沉積物顆粒會堵塞滲流通道，中斷壓力傳播與分解產物流動，導致降壓試采無法高效、持續的進行，因此降壓法的生產速率、持續時間均受地層滲透性制約；注化學試劑與CO2置換法均需要較大的反應接觸面積，而海底水合物地層處于淹沒環境，為使反應順利進行，還需有加大物理、化學反應接觸面積的方法。開采速率與開采持續時間是制約水合物商業化開采的主要因素之一，現有的水合物開采方法均存在上述問題，而提高開采效率的根本途徑便是擴大熱激法與降壓法的滲流通道、注化學試劑與CO2置換法的接觸面積。壓裂技術已在低滲油氣藏、頁巖氣、油頁巖和干熱巖和海洋油氣開采等領域得到廣泛應用，其已成為油氣井增產的主要措施。將壓裂工藝與海底水合物開采方式相結合，其增產裂縫的形成可增加熱激法和降壓法的傳熱傳質通道、解決近井沉積物堵塞問題、加大注化學試劑與CO2置換法的反應面積、增加甲烷產出通道，從而提升水合物開采效率。在增產裂縫的支撐方面，海洋低滲油氣藏壓裂作用于海底深部致密堅硬巖層，多使用堅硬的石英砂、人造陶粒作為支撐劑，且由于海水的高礦化度會干預壓裂液體系的水化、增黏、交聯過程，影響基液的攜砂性能與破膠效果，因此海水壓裂液體系仍需研究。而海底水合物主要儲存于砂層、黏土沉積物和碎屑灰巖等地層中，地層膠結程度弱、抗拉強度低、沉積物顆粒排列松散，且海底水合物層通常位于海底400m以內，賦存深度淺，孔隙充滿海水。若使用傳統壓裂液體系，則會發生①傳統支撐劑硬度大于水合物賦存層，且支撐劑粒徑小于沉積物顆粒間空隙，加之圓度較高，因此支撐劑極易嵌入水合物層膠結結構及顆粒空隙；②壓裂液基液與海水中離子反應，粘度降低，易發生漏失，且攜帶支撐劑能力減弱，支撐劑積聚裂縫入口堵塞裂縫。上述兩種情況裂縫將閉合，無法起到提高儲層滲透性的目的，因此，亟需一種支撐海底天然氣水合物增產裂縫的裝置及方法。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫的裝置及方法。本專利技術可在海底水合物沉積物松散、富海水的特殊儲層條件下，監測壓裂增產裂縫的位置、形態，據此進行裂縫支撐工作，在裂縫中構建三維網絡狀骨架結構，延展支撐裂縫并改善裂縫滲流能力，以提高開采過程傳熱傳質效率、提供分解產物的滲流通道、解決近井地帶的沉積物堵塞問題。本專利技術將改善開采井段的滲流環境，減少了因開采能量與分解產物產生兩向流動的能量損耗，避免了傳統壓裂液大量流入水合物地層，達到穩定增產裂縫結構、提高開采工程速率與開采持續時間的目的，實現海洋水合物的大規模商業化開采。本專利技術之一種支撐海底天然氣水合物增產裂縫的裝置包括裂縫監測段、填料預制段、加注段、上部接頭與下部接頭，上部接頭、裂縫監測段、填料預制段、加注段和下部接頭從上至下依次連接在一起，上部接頭與上部鉆柱連接，定位器安裝在裂縫監測段外周；裂縫監測段內安裝有增產裂縫監測設備，所述的增產裂縫監測設備包括超聲井下成像、傾斜儀和三分量檢測儀，用于監測裂縫形態計算支撐工作參數，定位器保持裂縫監測段的姿態；填料預制段由五流道輸料管和靜態混合器組成，五流道輸料管與下方的靜態混合器連接。有機泡沫、樹脂及有機溶劑分別經五流道輸料管的流道進入靜態混合器，均勻混合提供預反應時間，提供裂縫支撐填料；加注段由單動機構、有機泡沫噴孔、樹脂噴孔、控制閥塊、排空閥塊組成，單動機構連接填料預制段與加注段，能使加注段獨立轉動，避免上部鉆柱整體旋轉摩擦產生的能量損耗。加注段上部具有為有機泡沫噴孔，加注段下部具有為樹脂噴孔，有機泡沫噴孔下部為控制閥塊，樹脂噴孔下部為排空閥塊。本專利技術所述一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫方法包括以下步驟：連接上部鉆柱與上部接頭、下部鉆柱與下部接頭，將增產裂縫支撐裝置隨上部鉆柱順水合物開采井眼穿過上覆地層下放至位于水合物賦存層中的壓裂井段，在定位器的穩定下，裂縫監測段對增產裂縫的位置、體積、形態參數進行監測并將數據反饋至上方控制系統計算支撐工作參數及填料用量，泵送設計用量的有機泡沫基質與發泡劑至填料預制段，經由五流道輸料管中的流道流至靜態混合器，在其中混合并預反應，預制完成的填料留至加注段，控制閥塊打開，排空閥塊關閉，在單動機構穩定下，有機混合液經有機泡沫噴孔進入未支撐時的裂縫，填充發泡完全后裂縫為有機泡沫網絡充填時的裂縫。控制閥塊與排空閥塊均關閉，泵送樹脂及固化劑經五流道輸料管的流道流至靜態混合器，在其中混合，由樹脂噴孔噴出滲流入裂縫，此時裂縫為樹脂充填有機泡沫網絡時的裂縫。打開控制閥塊，泵送有機溶劑由五流道輸料管中的流道進入裂縫，溶解機泡沫網絡，溶解時裂縫為溶劑溶解有機泡沫時的裂縫，充分溶解后打開排空閥塊，溶解后的溶液隨循環上返，裂縫中留下具有通孔流動通道的高強度樹脂支撐骨架完成裂縫支撐工作，此時裂縫形成有三維網絡狀支撐骨架，上提鉆柱至下一壓裂井段進支撐行工作。本專利技術為滿足淹沒環境下發泡、mm級大孔徑開孔、50％～65％高孔隙率要求，有機泡沫選用乙烯及乙烯基醋酸鹽作為泡沫基質；為避免傳統高溫分解發泡劑使用過程中的高溫影響水合物層穩定性及氨氣等有毒氣體，選用低溫無機發泡劑過氧化氫與過氧化氫酶；為滿足抗壓強度要求及海底低溫環境，樹脂選用高模量縮水甘油酯類環氧樹脂，稀釋劑選用環氧丙烷鄰甲苯基醚，固化劑選用改性胺低溫固化劑。本專利技術的有益效果：針對海洋水合物開采工程開采效率低、開采時長穩定性差的問題，本專利技術配合水合物壓裂增產工藝，對孔隙度大、膠結弱、淹沒環境下的水合物地層增產裂縫進行定位監測、填料配置、填料加注工作，對海底水合物增產裂縫進行支撐，達到提高水合物開采效率、提升開采穩定性以實現水合物大規模商業化開采的目的，并具有：1、本專利技術通過監測數據優化支撐方案，支撐材料以無固相流態充填裂縫，與增產裂縫的形態匹配性好，適合對工程穩定性要求高的海底水合物開采工程；2、與傳統圓粒型支撐方案相比，本專利技術三維網絡狀骨架支撐結構與水合物沉積層接觸面積大，作用力分布均勻不產生應力集中，不會發生支撐物料嵌入地層的情況，可有效支撐增產裂縫；3、本專利技術所用有機泡沫與樹脂均可在富海水環境中保持粘度，填料擴散區域可控，避免了傳統基液粘度下降，攜砂能力降低，流入地層而與分解氣產生兩相流動，支撐劑堵塞井口等不利情況；4、進行支撐后的增產裂縫可溝通沉積物顆粒喉道與生成井，解決近井地帶的有機物堵塞問題，改善近井處的滲流環境，提高熱、壓力、CO2置換氣體、化學試本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫的裝置，其特征在于：包括裂縫監測段(9)、填料預制段(10)、加注段(12)、上部接頭(7)與下部接頭(15)，上部接頭(7)、裂縫監測段(9)、填料預制段(10)、加注段(12)和下部接頭(15)從上至下依次連接在一起，上部接頭(7)與上部鉆柱(6)連接，定位器(8)安裝在裂縫監測段(9)外周；裂縫監測段(9)內安裝有增產裂縫監測設備；填料預制段(10)由五流道輸料管(16)和靜態混合器(17)組成，五流道輸料管(16)與下方的靜態混合器(17)連接；加注段(12)由單動機構(11)、有機泡沫噴孔(13)、樹脂噴孔(14)、控制閥塊(18)、排空閥塊(19)組成，單動機構(11)連接填料預制段(10)與加注段(12)，能使加注段(12)獨立轉動，避免上部鉆柱(6)整體旋轉摩擦產生的能量損耗。加注段(12)上部具有為有機泡沫噴孔(13)，加注段(12)下部具有為樹脂噴孔(14)，有機泡沫噴孔(13)下部為控制閥塊(18)，樹脂噴孔(14)下部為排空閥塊(19)。
【技術特征摘要】
1.一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫的裝置，其特征在于：包括裂縫監測段(9)、填料預制段(10)、加注段(12)、上部接頭(7)與下部接頭(15)，上部接頭(7)、裂縫監測段(9)、填料預制段(10)、加注段(12)和下部接頭(15)從上至下依次連接在一起，上部接頭(7)與上部鉆柱(6)連接，定位器(8)安裝在裂縫監測段(9)外周；裂縫監測段(9)內安裝有增產裂縫監測設備；填料預制段(10)由五流道輸料管(16)和靜態混合器(17)組成，五流道輸料管(16)與下方的靜態混合器(17)連接；加注段(12)由單動機構(11)、有機泡沫噴孔(13)、樹脂噴孔(14)、控制閥塊(18)、排空閥塊(19)組成，單動機構(11)連接填料預制段(10)與加注段(12)，能使加注段(12)獨立轉動，避免上部鉆柱(6)整體旋轉摩擦產生的能量損耗。加注段(12)上部具有為有機泡沫噴孔(13)，加注段(12)下部具有為樹脂噴孔(14)，有機泡沫噴孔(13)下部為控制閥塊(18)，樹脂噴孔(14)下部為排空閥塊(19)。2.根據權利要求1所述的一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫的裝置，其特征在于：所述的增產裂縫監測設備包括超聲井下成像、傾斜儀和三分量檢測儀。3.一種支撐海洋天然氣水合物增產裂縫的方法，其特征在于：包括以下步驟：連接上部鉆柱(6)與上部接頭(7)、下部鉆柱5與下部接頭(15)，將增產裂縫支撐裝置隨上部鉆柱(6)順水合物開采井眼(4)穿過上覆地(1)下放至位于水合物賦存層(2)中的壓裂井段，在定位器(8)的穩定下，裂縫監測段(9)對增產裂縫(3)的位置、體積、形態參數進...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳晨，李曦桐，孫友宏，高帥，楊林，張晗，陳勇，潘棟彬，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22
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