阅读说明：本技术 一种天然气水合物储层多级防砂方式及装置 (Multistage sand prevention mode and device for natural gas hydrate reservoir ) 是由 闫传梁 董磊峰 程远方 任旭 田万顷 李振琦 姜传祥 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种天然气水合物储层多级防砂方式及装置。其技术方案是包括以下过程：(1)先采用大尺寸钻头钻至目的层形成主井眼,再用小尺寸钻头在目的层钻取多个分支井眼；(2)将单体式金属棉滤砂管下放到分支井眼中,将其放置在井内生产层段处；(3)将绕丝筛管下入井内防砂层段处,用流体携带地面选好的砾石,充填于管和储层之间,以阻止储层砂粒流入井内；(4)流入井筒的气、水、砂混合物通过气液固分离器,对固相颗粒进行分离,分离出的砂粒被收集到储砂装置内；待盛满砂粒之后提出井筒,在地面清理干净后再次下放到井底,依次往复进行；其有益效果是：通过多级过滤降低由储层进入井筒的砂量,有效控制储层出砂,提高水合物的产能。(The invention relates to a natural gas hydrate reservoir multi-stage sand prevention method and device. The technical scheme comprises the following processes: (1) firstly, a large-size drill bit is adopted to drill a target layer to form a main borehole, and then a small-size drill bit is adopted to drill a plurality of branch boreholes in the target layer; (2) placing the single-body metal cotton sand screen into the branch well bore, and placing the single-body metal cotton sand screen at the production interval section in the well; (3) lowering the wire-wrapped screen pipe into the sand prevention interval section in the well, filling fluid carrying gravel well selected from the ground between the pipe and the reservoir to prevent sand grains in the reservoir from flowing into the well; (4) the gas, water and sand mixture flowing into the shaft passes through a gas-liquid-solid separator to separate solid-phase particles, and the separated sand grains are collected into a sand storage device; after sand grains are filled, the shaft is lifted out, and the shaft is put down to the bottom of the well again after the ground is cleaned up, and the operation is carried out in sequence; the beneficial effects are as follows: the sand amount entering a shaft from a reservoir is reduced through multi-stage filtration, the sand production of the reservoir is effectively controlled, and the hydrate production capacity is improved.)

一种天然气水合物储层多级防砂方式及装置

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物开采的防砂技术，特别涉及一种天然气水合物储层多级防砂方式及装置。

背景技术

天然气水合物是一种由甲烷等气体和水分子在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值。是当今世界上最理想的潜在油气接替能源，正日益引起世界各国的高度重视。天然气水合物存在于陆上多年冻土带以及深海浅部沉积层中。近年来，国内外实施了多次水合物的试采作业，几乎所有失败的天然气水合物试采都是由于出砂严重而被迫提前终止。因此，开采水合物时的储层出砂问题已经成为影响水合物持续有效开采的主要因素。

水合物开采的多级防砂主要侧重于多种防砂方式的巧妙配合，通过多级防砂将地层的产出砂限制在产出液上返之前，减少其对水合物开采的影响，达到安全稳定生产的目的。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种天然气水合物储层多级防砂方式，分别针对水合物开采过程中不同位置处的控砂问题，通过多级防砂尽可能的降低储层出砂对开采产生的影响，从而提高水合物的产能。

本发明提到的一种天然气水合物储层多级防砂方式，包括以下过程：

（1）先采用大尺寸钻头钻至目的层形成主井眼，再用小尺寸钻头在目的层钻取多个分支井眼；

（2）将单体式金属棉滤砂管下放到分支井眼中，通过辅助工具将其放置在井内生产层段处；

（3）将绕丝筛管下入井内防砂层段处，用一定质量的流体携带地面选好的具有一定粒度的砾石，充填于管和储层之间，形成一定厚度的砾石层，以阻止储层砂粒流入井内；

（4）流入井筒的气、水、砂混合物通过气液固分离器，对固相颗粒进行分离，分离出的砂粒被收集到储砂装置内；待盛满砂粒之后提出井筒，在地面清理干净后再次下放到井底，依次往复进行；

（5）地层中的砂粒随着水合物的开采流出地层进入井筒，首先进入分支井中的单体式金属棉滤砂管，经过管内的不锈钢金属棉丝和多孔盖的第一级粗防砂，将大粒径的砂粒阻挡在储层中，而中等以下粒径的砂粒随水合物分解产生的气、水进入分支井眼；砂粒进入到主井眼的砾石充填防砂层，让带有极细砂粒的流体依次流过砾石充填层和绕丝筛管进行第二级的细防砂，可将中等粒径的砂粒挡在防砂层外；最后，再通过固液分离器将一部分进入主井眼中的细砂分离出来，使之沉降到井底的储砂装置中。

优选的，上单体式金属棉滤砂管（12）是由多孔盖（13）、不锈钢金属棉丝（14）、压板（15）和基管（16）组成，所述基管（16）的外壁布设有多组滤砂孔，每组滤砂孔内由外到内依次设有多孔盖（13）、不锈钢金属棉丝（14）和压板（15），不锈钢金属棉丝（14）的外侧设有焊缝。

优选的，上述绕丝筛管主要由不锈钢绕丝、带孔中心管、纵筋和接箍构成，将绕丝筛管下入井内防砂层段处，用流体携带地面选好的砾石，充填于管和储层之间，形成一定厚度的砾石层，阻止储层砂粒流入井内。

本发明提到的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其技术方案是：包括生产套管（1）、分隔器（2）、储层（3）、分支井眼（4）、水泥环（5）、绕丝筛管（6）、砾石（7）、主井眼（8）、固气液三相分离器（9）、单体式金属棉滤砂管（12），在主井眼（8）的中下部开设有多个分支井眼（4），在分支井眼（4）内设有单体式金属棉滤砂管（12），在主井眼（8）内下入生产套管（1）、分隔器（2）和绕丝筛管（6），通过分隔器（2）分隔出储层（3），且绕丝筛管（6）与水泥环（5）之间的环空下入砾石（7），绕丝筛管（6）的上端连接生产套管（1），所述生产套管（1）的下端设有固气液三相分离器（9）。

在主井眼（8）的下部设有储砂装置（10），在储砂装置（10）的上部设有升降装置（11）。

优选的，上述单体式金属棉滤砂管（12）是由多孔盖（13）、不锈钢金属棉丝（14）、压板（15）和基管（16）组成，所述基管（16）的外壁布设有多组滤砂孔，每组滤砂孔内由外到内依次设有多孔盖（13）、不锈钢金属棉丝（14）和压板（15），不锈钢金属棉丝（14）的外侧设有焊缝。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

（1）在油气开采过程中大都采用比较单一的防砂方式来控制生产层段的出砂量。本技术在井内不同的出砂位置选用不同的防砂方式，通过多级过滤降低由储层进入井筒的砂量，有效控制储层出砂，提高水合物的产能；

（2）本技术首先钻取主井眼，接着再钻取水平井眼，增大了开采接触面积，优化了井网结构，提高了水合物的产能；

（3）分支井中采用的金属棉材料，其缝隙大小与纤维堆集的紧密程度有关，可以通过控制纤维的压紧程度达到适应不同储层砂粒的防砂要求；

（4）金属棉还有一定的自洁和自我修复功能，能够很好的适应于水合物开采。如果遇到滤砂管中的金属棉被堵塞，则可以通过向井内反向注气来达到解堵的目的；

（5）在油气开发过程中一般都侧重于储层出砂量的控制，而忽略了已经进入井筒内砂粒的处理，本技术有效解决了因井底沉砂而影响水合物安全稳定开采的难题。

附图说明

图1为本发明中的主井眼筛管和砾石充填防砂示意图；

图2为生产井剖面示意图；

图3为分支井的俯视示意图；

图4为分支井中的金属棉滤砂管防砂示意图；

图5为单体式金属棉滤砂管示意图；

上图中：生产套管1、分隔器2、储层3、分支井眼4、水泥环5、绕丝筛管6、砾石7、主井眼8、固气液三相分离器9、储砂装置10、升降装置11、单体式金属棉滤砂管12、多孔盖13、不锈钢金属棉丝14、压板15、基管16。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本发明提到的一种天然气水合物储层多级防砂方式，包括以下过程：

一、如图2所示，先采用大尺寸钻头钻至目的层形成主井眼8，再用小尺寸钻头在目的层钻取多个分支井眼4，上述这种主井眼8和分支井眼4的组合结构，增大了开采接触面积，优化了井网结构，提高了水合物的产能。

二、如图4所示，将单体式金属棉滤砂管12下放到分支井眼4中，通过辅助工具如分隔器2将其放置在井内生产层段处。单体式金属棉滤砂管12是由多孔盖13滤网、不锈钢金属棉丝14、压板15和基管16组成。其缝隙大小与纤维堆集的紧密程度有关，可以通过控制纤维的压紧程度达到适应不同储层砂粒的防砂要求。由于不锈钢金属棉丝14富有弹性，在一定驱动力的作用下，小粒径的砂粒可以通过缝隙，避免了不锈钢金属棉丝14被堵死。砂粒通过后，纤维在弹性力的作用下恢复原状，即具有自洁作用。如果遇到滤砂管12中的金属棉被堵塞，可通过向井内反向注气来达到解堵的目的。

三、如图1所示，将绕丝筛管6下入井内防砂层段处，用一定质量的流体携带地面选好的具有一定粒度的砾石7，充填于筛管6和储层3之间，形成一定厚度的砾石层7，以阻止储层砂粒流入井内。该防砂方式的渗滤面积大，对储层产能的影响小，另外，充填的砾石层厚，防砂效果好且防砂精度高。

四、如图2所示，井底的防砂包含气液固三相分离装置9和砂粒收集装置10。流入井筒的气、水、砂混合物通过气液固三相分离装置9，对固相颗粒进行分离，分离出的砂粒被收集到储砂装置10内。待盛满砂粒之后提出井筒，在地面清理干净后再次下放到井底，依次往复进行。

其中，单体式金属棉滤砂管12是由多孔盖13、不锈钢金属棉丝14、压板15和基管16组成，所述基管16的外壁均匀布设有多组滤砂孔，滤砂孔可以采用椭圆形结构，每组滤砂孔内由外到内依次设有多孔盖13、不锈钢金属棉丝14和压板15，不锈钢金属棉丝14的外侧设有焊缝。

绕丝筛管主要由不锈钢绕丝、带孔中心管、纵筋和接箍构成，将绕丝筛管下入井内防砂层段处，用流体携带地面选好的砾石，充填于管和储层之间，形成一定厚度的砾石层，阻止储层砂粒流入井内。

本发明提到的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其技术方案是：包括生产套管1、分隔器2、储层3、分支井眼4、水泥环5、绕丝筛管6、砾石7、主井眼8、固气液三相分离器9、单体式金属棉滤砂管12，在主井眼8的中下部开设有多个分支井眼4，在分支井眼4内设有单体式金属棉滤砂管12，在主井眼8内下入生产套管1、分隔器2和绕丝筛管6，通过分隔器2分隔出储层3，且绕丝筛管6与水泥环5之间的环空下入砾石7，绕丝筛管6的上端连接生产套管1，所述生产套管1的下端设有固气液三相分离器9。

在主井眼8的下部设有储砂装置10，在储砂装置10的上部设有升降装置11。

本发明提到的单体式金属棉滤砂管12是由多孔盖13、不锈钢金属棉丝14、压板15和基管16组成，所述基管16的外壁布设有多组滤砂孔，每组滤砂孔内由外到内依次设有多孔盖13、不锈钢金属棉丝14和压板15，不锈钢金属棉丝14的外侧设有焊缝。

本发明的优点如下：

（1）在油气开采过程中大都采用比较单一的防砂方式来控制生产层段的出砂量。本技术在井内不同的出砂位置选用不同的防砂方式，通过多级过滤降低由储层进入井筒的砂量，有效控制储层出砂，提高水合物的产能；

（2）本技术首先钻取主井眼，接着再钻取水平井眼，增大了开采接触面积，优化了井网结构，提高了水合物的产能；

（3）分支井中采用的单体式金属棉滤砂管的金属棉材料，其缝隙大小与纤维堆集的紧密程度有关，可以通过控制纤维的压紧程度达到适应不同储层砂粒的防砂要求；

（4）金属棉还有一定的自洁和自我修复功能，能够很好的适应于水合物开采。如果遇到滤砂管中的金属棉被堵塞，则可以通过向井内反向注气来达到解堵的目的；

（5）在油气开发过程中一般都侧重于储层出砂量的控制，而忽略了已经进入井筒内砂粒的处理。本技术有效解决了因井底沉砂而影响水合物安全稳定开采的难题。

本发明提到的水合物多级防砂方式如下：

用大、小两种不同尺寸的钻头分别钻取一个主井眼和多个分支井眼，在分支井眼中采用单体式金属棉滤砂管进行粗防砂，在主井眼中采用筛管加砾石充填进行细防砂，同时在井底放置气、液、固三相分离装置，并利用固相储砂装置收集井底沉砂；通过这三层防砂形成一个天然气水合物开采的多级防砂方式。

另外，需要说明的是：这种主井眼和分支井眼的组合结构，增大了开采接触面积，优化了井网结构，提高了水合物的产能。单体式金属棉滤砂管具有渗透率高、挡砂精度低的特点，所以在分支井眼中采用单体式金属棉滤砂管进行粗防砂。单体式金属棉滤砂管是由多孔盖（滤网）、不锈钢金属棉丝、压板和基管组成。其缝隙大小与不锈钢金属棉丝（14）堆集的紧密程度有关，可以通过控制不锈钢金属棉丝的压紧程度达到适应不同储层砂粒的防砂要求。由于不锈钢金属棉丝组成的金属纤维层富有弹性，在一定驱动力的作用下，小粒径的砂粒可以通过缝隙，避免了不锈钢金属棉丝被堵死。砂粒通过后，不锈钢金属棉丝在弹性力的作用下恢复原状，即具有自洁作用。如果遇到滤砂管中的不锈钢金属棉丝被堵塞，可通过向井内反向注气来达到解堵的目的。

在主井眼中采用筛管加砾石充填的方式进行防砂，该防砂方式的渗滤面积大，对储层产能的影响小，另外，充填的砾石层厚，防砂效果好且防砂精度较高，可用于主井眼的细防砂。筛管主要由不锈钢绕丝、带孔中心管、纵筋和接箍构成，其原理是将绕丝筛管下入井内防砂层段处，用一定质量的流体携带地面选好的具有一定粒度的砾石，充填于管和储层之间，形成一定厚度的砾石层，阻止储层砂粒流入井内。

井底的防砂包含气液固三相分离装置和砂粒收集装置，流入井筒的气、水、砂混合物通过气液固分离器，对固相颗粒进行分离，分离出的砂粒被收集到储砂装置内。待盛满砂粒之后提出井筒，在地面清理干净后再次下放到井底，依次往复进行。

在一口井中同时采用以上三种防砂方式，地层中的砂粒随着水合物的开采流出地层进入井筒，首先进入分支井中的单体式金属棉滤筛管，经过管内金属棉丝和滤网的第一级粗防砂，可将大粒径的砂粒阻挡在储层中，而中等以下粒径的砂粒随水合物分解产生气、水进入分支井眼，进而进入到主井眼的砾石充填防砂层，让带有较细砂粒的流体依次流过砾石充填层和绕丝筛管进行第二级的细防砂，可将中等粒径的砂粒挡在防砂层外。最后，再通过固液分离器将进入主井眼中的细砂分离出来，使之沉降到井底的储砂装置中。这三种防砂方式分别针对不同的出砂位置进行层层防护，形成一个多级有效的防砂体系，又不会对流体的流动产生太大阻力，确保水合物开采能够安全稳定进行。

实施例2，本发明提到的一种天然气水合物储层多级防砂装置，其中，单体式金属棉滤砂管12是由多孔盖13、不锈钢金属棉丝14、压板15和基管16组成，所述基管16的外壁布设有多组滤砂孔，滤砂孔还可以采用圆形结构，圆形便于加工和安装，也可以是矩形或梯形结构，也便于加工和安装，每组滤砂孔内由外到内依次设有相应结构的多孔盖13、不锈钢金属棉丝14和压板15，其缝隙大小与不锈钢金属棉丝14堆积的紧密程度有关，可以通过控制纤维的压紧程度达到适应不同储层砂粒的防砂要求。由于不锈钢金属棉丝富有弹性，在一定驱动力的作用下，小粒径的砂粒可以通过缝隙，避免了不锈钢金属棉丝被堵死。砂粒通过后，不锈钢金属棉丝在弹性力的作用下恢复原状，即具有自洁作用。如果遇到滤砂管中的不锈钢金属棉丝被堵塞，可通过向井内反向注气来达到解堵的目的。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。