一种海洋气体水合物变频振动开采方法.pdf

本发明公开了一种海洋气体水合物变频振动开采方法，属于海洋资源开采技术领域。本方法步骤如下：首先通过海上钻井平台将钻孔深入甲烷气体水合物储层；然后通过安装在钻杆顶部的振动器释放应激能量促使气体水合物分解，利用水合物分解区与钻孔的自然压差，分解的甲烷气体在钻孔周围富集并沿钻孔向上移动；控制甲烷气体上升的速度，将从钻孔中移动至钻井平台的甲烷气体通过收集装置收集贮存。本发明通过调整振动器能量的大小，对不同饱和度的甲烷储层施加不同频率的激振能量，并且可以依据甲烷气体分解量调整振动能量的大小，从而有效控制气体水合物分解的速度和范围；避免了因沉积条件改变引起无序的海底滑坡等灾害。

1.  一种海洋气体水合物变频振动开采方法，其特征在于：所述的海洋气体水合物变频振动开采方法步骤如下：
首先通过海上钻井平台将钻孔深入甲烷气体水合物储层；然后通过安装在钻杆顶部的振动器释放应激能量促使气体水合物分解，利用水合物分解区与钻孔的自然压差，分解的甲烷气体在钻孔周围富集并沿钻孔向上移动；通过控制甲烷气体上升的速度，将钻孔中移动至钻井平台的甲烷气体通过收集装置收集贮存。

2.  根据权利要求1所述的一种海洋气体水合物变频振动开采方法，其特征在于：所述的振动器为变频振动器。

3.  根据权利要求2所述的一种海洋气体水合物变频振动开采方法，其特征在于：所述的应激能量为不同频率的振动波，振动波促使气体水合物分解的振动装置释放的振动能量，振动器通过振动波释放能量，振动波作用于气体水合物层，促使压力的降低和温度的升高，打破气体水合物稳定赋存的温度－压力条件，促使水合物的分解。

4.  根据权利要求1或3所述的一种海洋气体水合物变频振动开采方法，其特征在于：对水合物储层中气体水合物饱和度比较低的区域，变频振动器调整为高频震动，释放高频振动波；对沉积物中气体水合物饱和度高的区域，钻孔中变频振动器调整为低频震动，释放能量较低的低频振动波。

5.  根据权利要求4所述的一种海洋气体水合物变频振动开采方法，其特征在于：探测甲烷气体水合物储层及其厚度为依靠海上人工地震所采集的数据进行解释和反演，地震波在海底沉积物、气体水合物及其下部的游离气体层的传播速度、相位均是否有明显区别得到。

一种海洋气体水合物变频振动开采方法
技术领域
本发明属于海洋资源开采技术领域，尤其与一种海洋气体水合物变频振动开采方法有关。
背景技术
海洋气体水合物的主要成分为甲烷，是海底沉积物中甲烷与水分子在低温高压环境下结合形成的一种能源矿产，具有能量密度高、资源量巨大、清洁干净的特点，是公认的一种二十一世纪新型能源，在资源开发、环境保护和全球气候变化等方面具有重要的意义。海洋气体水合物的生成与分解是一个复杂的动态过程，其制约因素为温度、压力条件的变化，即低温、高压的有机结合，而且各自缺乏明显的特定边界条件。当前气体水合物开发通用的几种方法，如降压法、热力法、化学试剂注入法、CO₂置换法、氟气+微波法等，其方法主要基于微波、温盐水注入等升温方法，并且只是在加拿大、俄罗斯的陆地永冻土气体水合物赋存区域进行了开采实验。海洋气体水合物的赋存缺乏陆地冻土区表层的覆盖和封闭条件，气体水合物富集层之上直接覆盖松软的沉积层，开采扰动极易造成海底滑坡和海水酸化等灾害，因此开采技术要求更高，迄今为止尚没有特定的开采实验井位。上述方法对固态的气体水合物分解的过程及范围难以控制，可能由此而引发的海洋气体水合物泄漏及海底滑坡等难以预测和控制。针对上述缺陷，本专利申请人研究开发了一种可以避免由人为扰动引起海底水合物无序分解，从而造成海底灾害的海洋气体水合物变频振动开采方法。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有的海洋气体水合物开采方法对固态的气体水合物分解的过程及范围难以控制导致引发气体水合物泄漏及海底滑坡，因此提供一种可以避免由甲烷释放后海底沉积条件改变而引起海底滑坡等灾害的海洋气体水合物变频振动开采方法。
为此，本发明采用以下技术方案：一种海洋气体水合物变频振动 开采方法，其特征是，
1、首先通过海上钻井平台将钻孔深入甲烷气体水合物储层；
2、然后通过安装在钻杆顶部的振动器释放应激能量促使气体水合物分解，利用水合物分解区与钻孔的自然压差，分解的甲烷气体在钻孔周围富集并沿钻孔向上移动；
3、控制甲烷气体上升的速度，将从钻孔中移动至钻井平台的甲烷气体通过收集装置收集贮存。
作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
所述的应激能量为不同频率的振动波，振动波促使气体水合物分解的振动装置释放的振动能量，振动器通过振动波释放能量，振动波作用于气体水合物层，促使压力的降低和温度的升高，打破气体水合物稳定赋存的温度－压力条件，促使水合物的分解。
所述的振动器为变频振动器。
对水合物储层中气体水合物饱和度比较低的区域，变频振动器调整为高频震动，释放高频振动波，促使饱和度低的水合物快速分解；对沉积物中气体水合物饱和度高的区域，快速分解导致的直接后果就是井喷，因而，钻孔中变频振动器调整为低频震动，释放能量较低的低频振动波，促使水合物缓慢分解。通过上述步骤，一方面保证气体生成总量的稳定，另一方面控制了气体水合物分解的速度和范围。
探测甲烷气体水合物储层及其厚度依靠对海上人工地震所采集的数据进行解释和反演，地震波在海底沉积物、气体水合物及其下部的游离气体层的传播速度、相位均有明显区别，由此判断储层厚度。
使用本发明可以达到以下有益效果：本发明通过调整振动器能量的大小，对不同饱和度的甲烷储层施加不同频率的激振能量，并且可以依据甲烷气体分解量调整振动能量的大小，从而有效控制气体水合物分解的速度和范围；由振动产生的振动波，促使上覆沉积物产生的压实作用，可以快速充填气体水合物分解后甲烷气体析出的孔隙，避免由重力作用引起无序的海底滑坡。
具体实施方式
海洋气体水合物变频振动开采方法，其步骤如下：
1、首先通过海上钻井平台将钻孔深入甲烷气体水合物储层；
2、然后通过安装在钻杆顶部的振动器释放应激能量促使气体水合物分解，利用水合物分解区与钻孔的自然压差，分解的甲烷气体在钻孔周围富集并沿钻孔向上移动；
3、控制甲烷气体上升的速度，将从钻孔中移动至钻井平台的甲烷气体通过收集装置收集贮存。
进一步，振动器为变频振动器。应激能量为不同频率的振动波，振动波促使气体水合物分解的振动装置释放的振动能量，振动器通过振动波释放能量，振动波作用于气体水合物层，促使压力的降低和温度的升高，打破气体水合物稳定赋存的温度－压力条件，促使水合物的分解。
更进一步地，对水合物储层中气体水合物饱和度比较低的区域，变频振动器调整为高频震动，释放高频振动波，促使饱和度低的水合物快速分解；对沉积物中气体水合物饱和度高的区域，快速分解导致的直接后果就是井喷，因而，钻孔中变频振动器调整为低频震动，释放能量较低的低频振动波，促使水合物缓慢分解。通过上述步骤，一方面保证气体生成总量的稳定，另一方面控制了气体水合物分解的速度和范围。
利用振动波控制分解水合物的进程和范围的原理：变频振动器释放能量的大小来控制气体水合物分解的进程和范围。高频振动能量密集，作用范围小，可以致气体水合物小范围快速分解；低频震动能量较低，但作用范围大，可以致气体水合物大范围慢速分解。
探测甲烷气体水合物储层及其厚度依靠对海上人工地震所采集的数据进行解释和反演，地震波在海底沉积物、气体水合物及其下部的游离气体层的传播速度、相位均有明显区别，由此判断储层厚度。钻孔进入水合物层时，海上平台采集到的物性参数会发生明显变化，例如样品的孔隙度、密度、气体含量等。深入的具体范围由储层厚度决定，一般钻孔直接深入到储层较靠下部位。
现有技术存在最大的问题就是在促使海洋气体水合物分解过程 中，分解的进程和范围难以控制，从而对由此引发的海底滑坡、气体泄漏等危害性后果难以预测。本申请通过调整振动器能量的大小，对不同饱和度的甲烷储层施加不同频率的激振能量，并且可以依据甲烷气体分解量调整振动能量的大小，从而有效控制气体水合物分解的速度和范围；由振动产生的振波，促使上覆沉积物产生的压实作用，可以快速充填气体水合物分解后甲烷气体析出的孔隙，避免由沉积条件改变引起无序的海底滑坡。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。