一种提高天然气水合物产能的装置及方法与流程

1.本发明属于天然气水合物开采技术领域，更具体地，涉及一种提高天然气水合物产能的装置及方法。


背景技术：

2.天然气水合物是一种由水和天然气(甲烷为主)分子在低温高压环境下形成的固态化合物。目前，天然气水合物作为未来较理想的战略替代能源，已经成为当代地球科学和能源工业发展的一大热点。目前，美国、日本、中国等国家已经相继开展了天然气水合物的试采试验并取得了一系列成果。
3.我国南海神狐海域天然气水合物藏的两次试采工作证明了降压开发天然气水合物藏的技术可行性，但目前采用单一降压开发方式的产气量仍远低于商业开发的产气量标准，为此寻求更加经济有效的开发方式对于天然气水合物藏的商业化开发至关重要。
4.申请号为202010680190.1的专利文件《一种可视大尺度的伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置及方法》公开了伸缩井热流固耦合天然气水合物开采实验模拟装置，包括五个部分：大尺度水合物反应系统、流动注入系统、三井热流固耦合开采收集系统、微可视系统和数据检测采集系统。可以灵活组合降压开采法，注热开采法及不同模式水流侵蚀法三种开采方法，模拟实际开采过程，提供了一种伸缩井热流固耦合天然气水合物开采方法与装置，用于探究不同开采方法即模式结合时的开采特性，为实现水合物高效、持续的商业化开采提供可靠的实验依据和理论分析。
5.申请号为201820883178.9的专利文件《一种天然气水合物热水分解前缘超声波监测系统》包括发生器机构、填砂水合物模型、注气机构、超声波监测机构和气液分离机构；本实用新型中通过在水合物填砂模型中采用水平井网的结构，使得蒸汽和热水的热量在开采天然气水合物的时候能够均匀散开，采用的超声波发生器利用超声波探头设定的参数持续探测天然气水合物的分解过程，获取超声波探测模拟实验天然气水合物在注热分解过程中分解前缘移动规律的详细数据。
6.申请号为201810178558.7的专利文件《超重力条件下的天然气水合物热激法开采模拟装置》公开了一种超重力条件下的天然气水合物热激法开采模拟装置，液压油站通过油路离心机旋转接头连接到汇流板后分为两路，两路分别经超重力水压控制模块、超重力热激模块连到高压反应器；超重力气液分离模块直接连接到高压反应器；釜体温控模块通过水浴通路离心机旋转接头连接到高压反应器；高压反应器、超重力水压控制模块、超重力热激模块、超重力气液分离模块和釜体温控模块中的传感器均连接数据采集箱。本发明能真实模拟现场天然气水合物注热开采的灾变过程，为天然气水合物注热开采模拟实验提供科学支撑。
7.申请号为201910074025.9的专利文件《一种针对不同类型天然气水合物储层的多方式开采模拟装置及方法》生产井通过可调节任意角度的旋转管与高压反应釜连接，所述高压反应釜和所述生产井均设有可视化窗口。本发明可以通过调节旋转管得到不同角度的
生产井，包括垂直井、水平井、倾斜井；可以在高压反应釜中模拟合成多种类型的天然气水合物储层；可以模拟降压法、注热法、注抑制剂法及联合法开采天然气水合物；可以实验全程监测水合物的生成、分解和二次生成情况及气-水流动情况，并得到产水量和产气量。本发明在高压反应釜中合成水合物样品后，可系统的开展不同水合物储层、不同生产井、不同开采方法下天然气水合物的开采模拟实验，并可以为水合物不同开采模式进行效率和安全评估。
8.综合上述情况，各个研究表明注热与降压相结合开发天然气水合物藏相比于单一降压开发可获得更好的效果，然而注热费用高仍是阻碍该方法走向商业化的重要因素，如何对天然气水合物进行经济合理的注热仍缺乏研究。


技术实现要素：

9.本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种提高天然气水合物产能的装置及方法，该装置通过换热器利用油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水，再将加热后的水注入天然气水合物藏中实现注热，对油藏注采系统产出的水中的热能充分利用，以经济合理的方式实现天然气水合物藏的注热，提高天然气水合物产能。
10.为了实现上述目的，本发明提供一种提高天然气水合物产能的装置，包括：
11.油藏注采系统，包括注入井和产油井，所述注入井连接有配水器和注水泵，所述产油井连接有油水分离器和储油罐；
12.换热器，所述换热器的热流体介质入口与所述油水分离器的出水端连接，所述换热器的热流体介质出口与所述配水器连接；
13.天然气水合物藏注采系统，包括至少一个产气井，多个所述产气井中的至少一个产气井与所述换热器的冷流体介质出口连接，其他所述产气井连接气水分离器，所述气水分离器上连接有储气罐，所述气水分离器的出水端与所述换热器的冷流体介质入口连接。
14.可选地，所述注入井和所述产油井的下端设置于油藏内，所述注入井和所述产油井处于所述油藏内的部分设置有第一射孔段。
15.可选地，所述产气井的下端设置于天然气水合物藏内，所述产气井处于所述天然气水合物藏内的部分设置有第二射孔段。
16.可选地，多个所述产气井中与所述换热器的冷流体介质出口连接的所述产气井上的第二射孔段开设在所述天然气水合物藏的下半部分内，其他所述产气井上的第二射孔段开设在所述天然气水合物藏的上半部分内。
17.可选地，所述油水分离器的出水端与所述换热器的热流体介质入口之间设置有污水处理器。
18.可选地，所述油藏注采系统、所述换热器、所述天然气水合物藏注采系统之间通过连接管线连接，所述连接管线的外侧包裹有隔热层。
19.可选地，多个所述产气井中与所述换热器的冷流体介质出口连接的所述产气井数量占所述产气井总数的20％-50％。
20.本发明还提供一种提高天然气水合物产能的方法，利用上述的提高天然气水合物产能的装置，该方法包括：
21.步骤一、分别在油藏和天然气水合物藏中设置油藏注采系统和天然气水合物藏注
采系统；
22.步骤二、利用所述油藏注采系统产出的水加热所述天然气水合物藏注采系统产出的水；
23.步骤三、利用被所述油藏注采系统产出的水加热后的所述天然气水合物藏注采系统产出的水加热所述天然气水合物藏；
24.步骤四、对加热后的所述天然气水合物藏进行开采。
25.可选地，还包括：
26.提供可共用同一个海上开采平台的油藏和天然气水合物藏；
27.对所述油藏和所述天然气水合物藏分别独立开采；
28.当所述天然气水合物藏的日产气量低于产气阈值时，执行所述步骤一至步骤四。
29.可选地，所述步骤二包括在换热器内通过所述油藏注采系统产出的水加热所述天然气水合物藏注采系统产出的水；所述步骤三包括将被所述油藏注采系统产出的水加热后的所述天然气水合物藏注采系统产出的水注入天然气水合物藏内。
30.本发明提供一种提高天然气水合物产能的装置及方法，其有益效果在于：该装置通过换热器利用油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水，再将加热后的水注入天然气水合物藏中实现注热，对油藏注采系统产出的水中的热能充分利用，以经济合理的方式实现天然气水合物藏的注热，提高天然气水合物产能。
31.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
32.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
33.图1示出了根据本发明的实施例一的一种提高天然气水合物产能的装置的结构示意图。
34.图2示出了根据本发明的实施例二的一种提高天然气水合物产能的方法的流程图。
35.附图标记说明：
36.1、注入井；2、产油井；3、配水器；4、注水泵；5、油水分离器；6、储油罐；7、换热器；8、产气井；9、气水分离器；10、储气罐；11、油藏；12、第一射孔段；13、天然气水合物藏；14、第二射孔段；15、注热井。
具体实施方式
37.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
38.本发明提供一种提高天然气水合物产能的装置，包括：
39.油藏注采系统，包括注入井和产油井，注入井连接有配水器和注水泵，产油井连接
有油水分离器和储油罐；
40.换热器，换热器的热流体介质入口与油水分离器的出水端连接，换热器的热流体介质出口与配水器连接；
41.天然气水合物藏注采系统，包括至少一个产气井，多个产气井中的至少一个产气井与换热器的冷流体介质出口连接，其他产气井连接气水分离器，气水分离器上连接有储气罐，气水分离器的出水端与换热器的冷流体介质入口连接。
42.具体的，注入井和产油井设置在油藏内，分别用于向油藏内注水和对油藏的开采，产油井开采出的开采物在油水分离器内分离，油存储在储油罐内，而分离出的水作为热流体介质进入换热器内；多个产气井都设置在天然气水合物藏内，多个产气井中有一部分作为注热井，另一部分则仍然作为产气井使用，作为产气井使用的产气井开采出的开采物在气水分离器内分离，气体存储在储气罐内，而分离出来的水作为冷流体介质进入换热器内；冷热流体介质在换热器内换热，换热后的热流体介质进入配水器内，在水泵的作用下能够注入油藏中，换热后的冷流体介质通过注热井注入天然气水合物藏内，实现天然气水合物藏的注热，提高天然气水合物藏的产能。
43.可选地，注入井和产油井的下端设置于油藏内，注入井和产油井处于油藏内的部分设置有第一射孔段。
44.具体的，多个第一射孔段沿轴线均布在注入井和产油井处于油藏内的部分上，分别用于注水和采油。
45.可选地，产气井的下端设置于天然气水合物藏内，产气井处于天然气水合物藏内的部分设置有第二射孔段。
46.具体的，第二射孔段沿轴线均布在产气井处于天然气水合物藏内的部分上，可以用于注入或采出。
47.可选地，多个产气井中与换热器的冷流体介质出口连接的产气井上的第二射孔段开设在天然气水合物藏的下半部分内，其他产气井上的第二射孔段开设在天然气水合物藏的上半部分内。
48.具体的，在天然气水合物藏的高度方向上划分上半部分和下半部分，作为注热井使用的产气井上的第二射孔段低于仍然作为产气井使用的产气井上的第二射孔段，这样可以提高注入的热能的利用率。
49.可选地，油水分离器的出水端与换热器的热流体介质入口之间设置有污水处理器。
50.具体的，油水分离器分离出的水为污水，直接进入换热器容易造成换热器的堵塞或影响换热效果，因此设置污水处理器，将作为热流体介质的污水净化。
51.可选地，油藏注采系统、换热器、天然气水合物藏注采系统之间通过连接管线连接，连接管线的外侧包裹有隔热层。
52.具体的，隔热层由绝热材料制成，能够降低液体流动过程中的热损失。
53.可选地，多个产气井中与换热器的冷流体介质出口连接的产气井数量占产气井总数的20％-50％。
54.具体的，合理分配多个产气井中作为注热井使用的数量和作为产气井使用的数量，在对天然气水合物藏注热的同时保证产出效率，降低开采成本。
55.本发明还提供一种提高天然气水合物产能的方法，利用上述的提高天然气水合物产能的装置，该方法包括：
56.步骤一、分别在油藏和天然气水合物藏中设置油藏注采系统和天然气水合物藏注采系统；
57.步骤二、利用油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水；
58.步骤三、利用被油藏注采系统产出的水加热后的天然气水合物藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏；
59.步骤四、对加热后的天然气水合物藏进行开采。
60.具体的，利用上述装置，将油藏中的产出水作为热流体介质，将天然气水合物藏中的产出水作为冷流体介质，热流体介质和冷流体介质在换热器中进行换热，换热后的热流体介质注入回油藏中，换热后的冷流体介质注入天然气水合物藏中，实现对天然气水合物藏的注热，注热后再对天然气水合物藏开采，能够提高天然气水合物产能。
61.可选地，还包括：
62.提供可共用同一个海上开采平台的油藏和天然气水合物藏；
63.对油藏和天然气水合物藏分别独立开采；
64.当天然气水合物藏的日产气量低于产气阈值时，执行步骤一至步骤四。
65.具体的，在使用该提高天然气水合物产能的装置对天然气水合物藏进行注热之前，如果天然气水合物藏得日产气量符合要求，那么就先独立开采，知道独立开采的日产气量低于产气阈值时，可以利用上述装置和方法，利用油藏开采的产热实现对天然气水合物藏的注热，使得其日产气量提高到产气阈值以上，提高天然气水合物产能。
66.在一个示例中，天然气水合物藏单井降压开发时的井底压力低于天然气水合物藏原始温度所对应的相平衡压力2mpa～8mpa；保证正常安全开采和开采效率。
67.可选地，步骤二包括在换热器内通过油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水；步骤三包括将被油藏注采系统产出的水加热后的天然气水合物藏注采系统产出的水注入天然气水合物藏内。
68.具体的，通过换热器利用油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水，再将加热后的水注入天然气水合物藏中实现注热，对油藏注采系统产出的水中的热能充分利用，以经济合理的方式实现天然气水合物藏的注热，提高天然气水合物产能。
69.实施例一
70.如图1所示，本发明提供一种提高天然气水合物产能的装置，包括：
71.油藏注采系统，包括注入井1和产油井2，注入井1连接有配水器3和注水泵4，产油井2连接有油水分离器5和储油罐6；
72.换热器7，换热器7的热流体介质入口与油水分离器5的出水端连接，换热器7的热流体介质出口与配水器3连接；
73.天然气水合物藏注采系统，包括至少一个产气井8，多个产气井8中的至少一个产气井8与换热器7的冷流体介质出口连接，其他产气井8连接气水分离器9，气水分离器9上连接有储气罐10，气水分离器9的出水端与换热器7的冷流体介质入口连接。
74.在本实施例中，注入井1和产油井2的下端设置于油藏11内，注入井1和产油井2处于油藏11内的部分设置有第一射孔段12。
75.在本实施例中，产气井8的下端设置于天然气水合物藏13内，产气井8处于天然气水合物藏13内的部分设置有第二射孔段14。
76.在本实施例中，多个产气井8中与换热器7的冷流体介质出口连接的产气井8上的第二射孔段14开设在天然气水合物藏13的下半部分内，其他产气井8上的第二射14孔开设在天然气水合物藏13的上半部分内。
77.在本实施例中，油水分离器5的出水端与换热器7的热流体介质入口之间设置有污水处理器。
78.在本实施例中，油藏注采系统、换热器7、天然气水合物藏注采系统之间通过连接管线连接，连接管线的外侧包裹有隔热层。
79.在本实施例中，多个产气井8中与换热器7的冷流体介质出口连接的产气井8数量占产气井总数的50％。
80.综上，本发明提供的提高天然气水合物产能的装置使用时，利用产油井2对油藏11进行开采，开采出的采出物在油水分离器5内分离，由储油罐6存储油，而污水经过污水处理器处理后进入换热器7的热流体介质入口，配水器3和注水泵4能够对油藏11进行注水；同时，天然气水合物藏13中设置了多个产气井8，多个产气井8中有一半作为注热井15，另一半仍然作为产气井8，产气井8开采出的采出物在气水分离器9内分离，由储气罐10存储产出气，而产出水进入换热器7的冷流体介质入口；经过过滤的污水温度高，产出水温度低，二者在换热器7内换热，冷的产出水被加热，通过注热井15注入天然气水合物藏13中，实现天然气水合物藏13的注热，提高其产能；而经过过滤的污水换热后温度降低，进入配水器3后仍可由注水泵4注入油藏中。这样利用油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水，再将加热后的水注入天然气水合物藏13中实现注热，对油藏注采系统产出的水中的热能充分利用，以经济合理的方式实现天然气水合物藏13的注热，提高天然气水合物产能。
81.实施例二
82.如图2所示，本发明还提供一种提高天然气水合物产能的方法，利用上述的提高天然气水合物产能的装置，该方法包括：
83.步骤一、分别在油藏和天然气水合物藏中设置油藏注采系统和天然气水合物藏注采系统；
84.步骤二、利用油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水；
85.步骤三、利用被油藏注采系统产出的水加热后的天然气水合物藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏；
86.步骤四、对加热后的天然气水合物藏进行开采。
87.在本实施例中，还包括：
88.提供可共用同一个海上开采平台的油藏和天然气水合物藏；
89.对油藏和天然气水合物藏分别独立开采；
90.当天然气水合物藏的日产气量低于产气阈值时，执行步骤一至步骤四。
91.在本实施例中，步骤二包括在换热器内通过油藏注采系统产出的水加热天然气水合物藏注采系统产出的水；步骤三包括将被油藏注采系统产出的水加热后的天然气水合物藏注采系统产出的水注入天然气水合物藏内。
92.综上，本发明提供的提高天然气水合物产能的方法实施时，根据地质构造条件，选择可共用一个海上开采平台的天然气水合物藏和油藏，其中油藏为未开发油藏或已开发油藏，其产出液温度在50℃以上；先对油藏和天然气水合物藏进行单独开发，即对油藏采用注水或注热开发，对天然气水合物藏采用多口单井降压开发；当天然气水合物藏产的日产气量低于2000m3/d时，利用上述提高天然气水合物产能的装置对油藏和天然气水合物藏进行联合开发，分别在油藏和天然气水合物藏中设置油藏注采系统和天然气水合物藏注采系统，将天然气水合物藏中20％～50％数量的单井由产气井转变为注热井，油藏的产油井产出污水中的热能通过换热器传递给天然气水合物藏产气井中产出的冷水，冷水被加热后经注热井回注至天然气水合物藏，实现天然气水合物藏的注热开发；当天然气水合物藏产气井的日产气量低于2000m3/d时停止开发。
93.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。