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日本即将实施第二次近海甲烷水合物试采

2017-4-14 16:30:34 来源:中国矿业报社 作者:张炜 邵明娟 田黔宁

开栏语:

他山之石可以攻玉。随着世界各国地质调查工作深度和广度的不断延展,加强各国间相关领域的情报追踪和信息沟通显得愈发重要。

鉴于此,从今日起,中国矿业报与中国地质调查局地学文献中心在市场·国际版合作开设“他山之石——全球地质调查工作情报跟踪”栏目,主要刊登由该中心提供的各国在地学研究、地质调查、矿产勘查、资源开发利用、产业发展等相关领域的情报信息,以期为相关工作提供参考和借鉴,敬请关注。

中国地调局地学文献中心(中国地质图书馆)依托“地学情报综合研究与产品研发”二级项目,对2015年末启动的“日本甲烷水合物开发计划”第三阶段的相关工作的进展开展了跟踪,现已完成并发放“天然气水合物勘查与试采”专刊17期及《日本甲烷水合物开发计划进展综述》报告1份。

在中国地调局海域天然气水合物试采之际,为使广大读者更好地了解日本甲烷水合物最新工作进展,现基于已跟踪报道内容对日本将于本月开始实施的第二次近海甲烷水合物试采进行系统的归纳总结,并与第一次近海试采进行对比分析,从信息情报的角度形成对第二次近海试采工作重点的认识,以期对中国地调局海域天然气水合物工作的部署提供及时的信息参考。

1.第二次近海试采的目的

针对第一次近海试采中明确的技术问题(出砂、井下气水分离、长期稳定生产等)制订解决方案,在实际场地验证解决方案的有效性,并通过验证工作获取更长期试采和未来商业化所需的储层响应数据。

2.较第一次近海试采的主要变化(见表1)

3.站位选择和井位部署

3.1 站位选择

由于第二次近海试采的目的之一是验证第一次近海试采中所遇到的技术问题的解决措施,所以此次选择了与第一次近海试采的实施站位和条件相近的场地(第二渥美海丘附近),并根据前期钻探作业所钻的地质调查井从距离渥美半岛西南约80千米海域的两处候选站位中研究选定了一处作为最终的试采站位。

3.2 井位部署

部署了一口地质调查井、两口监测井和两口生产井,其中分别配备有不同防砂装置的两口生产井交替产气,以便在发生故障时通过切换井来继续实施试采。

4.前期钻探的实施

2016年5月至6月按计划在第二渥美海丘实施了前期钻探。

(1)钻探了一口地质调查井(AT1-UD)并决定了最终的试采站位。

(2)钻探了两口监测井(AT1-MT2/MT3),获取了测井数据,并安装了温度和压力测量装置,两口监测井中的一口要钻穿甲烷水合物富集带,另外一口则钻入富集带即停钻。

(3)钻探了两口生产井(AT1-P2/P3)中处于甲烷水合物富集带上部的井段,获取了测井数据,并安装了13.375英寸的短圆螺纹套管(最下部为9.625英寸套管)。

(4)实施了临时废井处理。

5.产气试验的准备与实施

5.1 试采用作业船只(平台)

使用的是日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)的“地球号”深海钻探船,该钻探船将从清水港出发,补给基地设在蒲郡。

5.2 试采作业进度的时间安排

计划2017年4月上旬开始租赁船只和装船作业(清水港);4月中旬进行钻探、测井、防砂装置的安装;4月下旬至6月上中旬(产气试验约一个月+设备的安装和上提)进行井下试验装置的下放以及开始产气试验;6月中旬至下旬船只回港并进行卸船作业。

5.3 试验系统

(1)井下设备

①存在问题(井下气水分离)

对井下系统和套管结构进行了重新评估,发现第一次近海试采中井下压力难以控制的原因是井内横断面积较小的地方较多,导致气体和水的流速较快,从而无法实现更为有效的重力分离。

②解决方案

因此,针对第二次近海试采设计了具备更可靠气水分离作用的系统,以在充分确保井下存在环空部分的同时提高气水分离效率。此外,通过简化井下设备来降低发生故障的风险。与第一次近海试采相同,将继续利用电潜泵进行井下的阶段性降压(最初的13.5兆帕→7兆帕→5兆帕→3兆帕),并根据前面提及的降压控制问题对电潜泵提出了在抽气的同时也能抽水的设计要求。

(2)修井立管系统

①存在问题(长期稳定生产)

第一次近海试采使用“地球号”深海钻探船的钻探设备以及防喷器进行了试验。该钻探设备可钻至海底以下几千米的深度。由于该设备在高压油气开采中也能安全作业,所以对于低压甲烷水合物井而言完全没有问题。然而,该设备的重量较大(超过300吨),下放和上提设备要花费大量的时间(仅安装环节就需要花费4天时间),作业的负荷较大,井的中断、重新安装以及切换作业非常困难。

②解决方案

因此,第二次近海试采决定采用重量更轻(约120吨)、更便于重新安装和切换作业,以及允许更大船偏距的修井立管系统,主要由立(套)管、紧急中断套装(EDP)和防喷装置(WCP)等构成。其中,立管(经研究最终选择了最厚且强度最大的9.625英寸API Q125套管)作为气体生产管线来使用,EDP和WCP作为防喷器来进行计划中断或紧急切断作业。

(3)防砂装置

①存在问题(出砂)

尽管第一次近海试采采用了砾石充填防砂措施,但仍出现了出砂现象,导致试采在第6天不得不终止,原因是砾石的移动引起了筛网的损坏,进而产生了出砂现象。

②解决方案

因此,第二次近海试采决定采用GeoFORM防砂系统,该系统不会发生砾石移动以及使用了抗变形和侵蚀(磨损)的形状记忆高分子材料,并加入了金属珠形嵌入物。两口生产井将使用两种不同型号的GeoFORM防砂系统。一种是下入井底前就预先膨胀的GeoFORM防砂系统,另一种是井底才膨胀的GeoFORM防砂系统。前者具有作业较简单、污染较小、不存在不膨胀风险,但存在未有效封堵风险的特征;后者具有封堵效果有保证,但作业较复杂、污染较大、存在不膨胀风险的特征。

6.建议

(1)天然气水合物研发是一项综合性的工作,涉及物理、化学、热力学、地质、地球物理、油气工程等多个学科,涵盖陆地和海洋,这就需要像日本、美国一样在国家级天然气水合物研发计划的制订和实施中发挥相关政府机构、国有企业、私营企业、科研院所和高校等的优势,统一协调天然气水合物的研发工作。

(2)日本在甲烷水合物研发过程中特别重视对相关技术、方法和设备仪器(勘探、生产、室内试验、模拟、环境影响评价、经济评价等)的研发、示范和推广。我国也应加强相关技术设备的研发和创新,全面实现其国产化,以形成具有我国自主知识产权的天然气水合物开发利用体系。

(3)日本在甲烷水合物勘查与试采过程中逐步形成了针对储层评价、资源量评价、试采站位优选等方面的流程和规范。我国也应针对具体的天然气水合物赋存特征、地质条件等建立并形成相关勘查与试采规范。

(4)日本在甲烷水合物研发过程中特别重视与其他国家的合作,如与加拿大合作在北极多年冻土带实施了两次陆上试采,与美国计划合作在阿拉斯加多年冻土带实施长期陆上试采,与印度合作在其沿岸海域实施了第二次天然气水合物钻探航次。我国也应积极加强在天然气水合物相关领域的对外交流与合作,以加强学习、积累经验、共享成果、锻炼队伍。□

编辑:宫莉

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