一種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采方法及其開采設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣水合物開采技術領域，特別是一種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采方法及其開采設備。
【背景技術】
[0002]天然氣水合物(Natural Gas Hydrates，NGH)是在低溫高壓條件下由輕經、CO2及H2S等小分子氣體與水相互作用過程中形成的白色固態(tài)結晶物質，因遇火可以燃燒，又稱可燃冰。I立方米天然氣水合物可轉化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水，是一種極為高效清潔的能源，其污染比煤、石油要小得多。
[0003]水合物的常規(guī)開采方法主要有四類:降壓法、注熱法、注化學試劑法與二氧化碳置換法。降壓法是通過抽取生產井內的水或者以其他的方式，將水合物藏的壓力降低到水合物的相平衡壓力以下，從而使水合物發(fā)生分解。降壓法主要缺點是水合物分解相變所需熱量很大，可能導致水合物二次生成或產生大范圍結冰，堵塞滲透路徑，影響長期開采效率。
[0004]注熱法是通過向井底的水合物注入熱能，使水合物藏的溫度升高，當水合物的物藏壓力低于此種溫度下水合物的相平衡壓力時，水合物就會發(fā)生分解。注熱開采法存在的缺點是不僅要提供水合物分解相變的熱量，也要加熱沉積物、孔隙氣體和液體，同時上下邊界層存在散熱問題，導致熱量損失很大，開采費用較高。
[0005]注化學抑制劑法是通過向水合物藏注入化學試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，改變它的水合物藏平衡條件，使水合物的相平衡曲線向上移動。于是水合物在現(xiàn)有的條件下不能穩(wěn)定存在，從而發(fā)生分解。注化學試劑法的缺點是化學試劑價格高而且環(huán)境污染嚴重，化學試劑對水合物相平衡影響并不十分明顯，且很難單獨采用此方法開采海底天然氣水合物穩(wěn)定層。
[0006]二氧化碳置換法主要是通過向天然氣水合物穩(wěn)定層通入置換物二氧化碳，由于二氧化碳在同等條件下(如同等的壓力)，它可以在更高的溫度下形成水合物，因此，二氧化碳能夠將天然氣水合物中的天然氣替換出來。二氧化碳置換法開采存在的問題是置換過程持續(xù)的時間較長，置換效率較低，效果不明顯，且不適用于沒有封閉蓋層的海底天然氣水合物穩(wěn)定層的開采。綜上所述，若用常規(guī)方法直接順層開采這種海洋天然氣水合物穩(wěn)定層，容易導致沒有封閉蓋層的天然氣水合物藏分解失控，釋放大量天然氣造成環(huán)境的污染。所以目前探索沒有封閉蓋層的海底天然氣水合物礦體開發(fā)模式已成為全世界關注的焦點。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采方法及其開采設備，克服了海底天然氣水合物在開采過程中易泄漏的難題，提高了開采過程中的安全性與環(huán)保性。
[0008]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):一種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采方法，它包括以下步驟: 51、降壓采氣:打一口生產井穿越海底沉積物層、天然氣水合物穩(wěn)定層，到達生產層，在生產井的井底安裝潛水栗，打開調節(jié)閥A，啟動降壓采氣模塊，通過潛水栗抽取生產井內的液體，使生產井內的壓力降低，天然氣水合物穩(wěn)定層下面的游離態(tài)氣體和天然氣水合物穩(wěn)定層下表面分解的天然氣在海底靜水高壓的作用下，流向低壓的生產井內，采出的混合流體經過除沙裝置、潛水栗和節(jié)流閥后，再經過氣液固分離器，將混合流體中的氣體、水和泥沙進行分離，分離出的混合氣體進入氣體分離器，使混合氣體中的天然氣分離進入天然氣儲罐，二氧化碳氣體分離進入二氧化碳儲罐；
52、注熱分解:打開調節(jié)閥C，啟動注熱分解模塊，熱介質儲罐中的熱水或蒸汽由高壓栗通過控制井向生產層內注入，天然氣水合物穩(wěn)定層的下表面獲得熱量后分解，分解后的氣體和注入的熱水或蒸汽通過潛水栗由生產井采出；
53、二氧化碳固結:關閉調節(jié)閥A和調節(jié)閥C，關閉降壓采氣模塊和注熱分解模塊，打開調節(jié)閥B，啟動二氧化碳固結模塊，將二氧化碳儲罐中的二氧化碳通過高壓栗加壓后由控制井通入生產層的底部，通入的二氧化碳在地層高壓、低溫環(huán)境的作用下，與生產層中的泥沙和水形成固態(tài)的二氧化碳水合物層，隨著二氧化碳水合物層形成過程的推進，二氧化碳水合物層上表面向上推移，生產層的厚度逐漸減少，當減少到生產層的最小厚度時，停止向生產層注二氧化碳；
54、停止注入二氧化碳，待生產層內的二氧化碳與泥沙、水充分形成固態(tài)的二氧化碳水合物層后，重復步驟S1、S2和S3，如此循環(huán)逆向開采天然氣水合物穩(wěn)定層，直至海底天然氣水合物穩(wěn)定層減薄到適宜厚度時，停止生產。
[0009]用于海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采方法的開采設備包括降壓采氣模塊、注熱分解模塊和二氧化碳固結模塊，所述的降壓采氣模塊包括生產井、潛水栗、排液采氣管道、氣液固分離器和氣體分離器，生產井由海平面依次穿過海底沉積物層和天然氣水合物穩(wěn)定層，并伸入生產層，潛水栗設置于生產井內側底部，排液采氣管道的下端與潛水栗的出口連接，上端與氣液固分離器的入口連接，氣液固分離器的氣體出口與氣體分離器的入口連接，氣體分離器的天然氣出口與天然氣儲罐的入口連接，二氧化碳出口與二氧化碳儲罐的入口連接，排液采氣管道的管路上還安裝有節(jié)流閥和調節(jié)閥A;所述的二氧化碳固結模塊包括控制井、注入管道和高壓栗，控制井由海平面依次穿過海底沉積物層和天然氣水合物穩(wěn)定層，并伸入生產層，注入管道設置于控制井內，且下端位于控制井的底部，上端與高壓栗的出口連接，高壓栗的入口與二氧化碳儲罐的出口連接，高壓栗與二氧化碳儲罐之間的管路上設置有調節(jié)閥B;所述的注熱分解模塊包括加熱裝置和熱介質儲罐，加熱裝置的入口與海水連通，出口與熱介質儲罐的第一入口連通，熱介質儲罐的出口與高壓栗的入口連通，熱介質儲罐與高壓栗之間的管路上設置有調節(jié)閥C。
[0010]所述的生產井的底部設置有防沙裝置。
[0011]所述的氣液固分離器的液體出口與熱介質儲罐的第二入口連通。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、開采過程中，采用了降壓法和注熱法聯(lián)合逆向開采天然氣水合物穩(wěn)定層下部的方法，利用天然氣水合物穩(wěn)定層本身作為封閉的蓋層，由于生產層上部是天然氣水合物穩(wěn)定層，下部是二氧化碳水合物固態(tài)層，形成了一個上覆蓋層和一個下覆蓋層，保證了生產層開采過程的安全性，理論上不存在開采天然氣的泄露，污染環(huán)境的問題。
[0013]2、利用二氧化碳易于形成固態(tài)水合物的特性，將水合物分解后的泥沙和剩余水進行固結處理，保證了天然氣水合物開采后的海底地質結構的穩(wěn)定，形成的固態(tài)二氧化碳水合物對海底有支撐作用，不會因為天然氣水合物穩(wěn)定層開采過量，而造成其下部出現(xiàn)空腔，進而導致海底地質災害，如海底坍塌與滑坡，甚至引起海嘯的發(fā)生。
[0014]3、由于合理地利用了二氧化碳廢氣，避免了向大氣中直接排放，降低了大氣中的二氧化碳含量，減少了大氣溫室效應。當需要的二氧化碳不足時，可以向一些產生二氧化碳較多的工廠和企業(yè)收集，確保二氧化碳的供應。
【附圖說明】
[0015]圖1為一種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采的結構示意圖；
圖中:1-生產井，2-防沙裝置，3-潛水栗，4-排液采氣管道，5-節(jié)流閥，6-調節(jié)閥A，7-氣液固分離器，8-氣體分離器，9-天然氣儲罐，10-二氧化碳儲罐，11-調節(jié)閥B，12-高壓栗，13-控制井，14-注入管道，15-加熱裝置，16-熱介質儲罐，17-調節(jié)閥C，18-海底沉積物層，19-天然氣水合物穩(wěn)定層，20-生產層，21-二氧化碳水合物層，22-地層。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。
[0017]—種海底天然氣水合物穩(wěn)定層逆向開采方法，它包括以下步驟:
51、降壓采氣:打一口生產井I穿越海底沉積物層18、天然氣水合物穩(wěn)定層19，到達生產層20，在生產井I的井底安裝潛水栗3，打開調節(jié)閥A6，啟動降壓采氣模塊，通過潛水栗3抽取生產井I內的液體，使生產井I內的壓力降低，天然氣水合物穩(wěn)定層19下面的游離態(tài)氣體和天然氣水合物穩(wěn)定層19下表面分解的天然氣在海底靜水高壓的作用下，流向低壓的生產井I內，采出的混合流體經過除沙裝置2、潛水栗3和節(jié)流閥5后，再經過氣液固分離器7，將混合流體中的氣體、水和泥沙進行分離，分離出的混合氣體進入氣體分離器8，使混合氣體中的天然氣分離進入天