CN107120097B - 用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置 - Google Patents

用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置，包括钻井平台和底部伸入天然气水合物区域的竖直钻孔；竖直钻孔伸入于天然气水合物区域部分设置有至少一段水平段孔腔；竖直钻孔内设置进气管路、废气排出管路和天然气采集管路；天然气采集管路设置有多个用于天然气进入的天然气采集孔；水平段孔腔内部设置燃烧室；燃烧室内设置有用于点燃内部气体的火花塞，温度传感器和压力传感器，燃烧室的进气管与进气管路连通，燃烧室的废气输出管与废气排出管路连通，通过控制在燃烧室内定量燃烧，然后循环排气、进气、燃烧等操作，对天然气水合物区域的稳定加热，最终实现天然气采集。

Description

用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置
技术领域
本发明涉及海洋沉积物中天然气水合物开采技术领域，特别涉及一种用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置。
背景技术
天然气水合物采集方法大部分采用热激发法；
热激发方法是通过提高水合物层温度来打破水合物稳定存在条件，采用各种加热方式加热水合物储层，达到水合物层温度高于平衡温度的目的，以使水合物分解。
目前应用的采集技术是向天然气水合物泵入热水或者高温蒸汽，这种首先要形成热水和蒸汽导致一次能源消耗，另外这种形式的注入热量在输送过程中会有大量的热量流失，同时这种形式的热源不够热，热效率低。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出一种热效率高，能源消耗极低，并且能够有效防止采集区域塌陷滑坡的用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
一种用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置，包括钻井平台和底部伸入天然气水合物区域的竖直钻孔；
竖直钻孔伸入于天然气水合物区域部分设置有至少一段水平段孔腔；
竖直钻孔内设置进气管路、废气排出管路和天然气采集管路；
其中，天然气采集管路位于竖直钻孔最外侧，天然气采集管路设置有多个用于天然气进入的天然气采集孔；天然气采集管路末端与钻井平台的天然气采集装置连接；
水平段孔腔内部设置燃烧室；燃烧室内设置有用于点燃内部气体的火花塞，用于检测温度的温度传感器和用于检测压力的压力传感器；其中，燃烧室的进气管与进气管路连通，燃烧室的废气输出管与废气排出管路连通，且燃烧室的进气管上设置有燃烧室进气控制阀，燃烧室的废气输出管上设置有燃烧室排气控制阀；
其中，构成燃烧室的燃烧室壁设置一层泡沫陶瓷层，目的在于可以使温度逐渐升高，不会出现太大的波动，燃料燃烧放出的热量稳定的传递到天然气水合物区，不会导致气体水合物熔化太快，从而可能损害天然气的产生；燃烧室具有大致的圆柱形形状；燃烧室的直径将足以允许燃烧容器穿过井眼进入水平段孔腔内，并且燃烧室结构强度上应适合承受井下环境中的压力；
进气管路位于燃烧室的进气管与其连接位置上游设置有进气控制阀Ⅰ，进气管路伸出于水平段孔腔下方的管体上加工有用于天然气进入的天然气采集孔，且位于采集孔与燃烧室的进气管与进气管路连接位置之间区域设置有进气控制阀Ⅱ和干燥器；
采用上述技术方案的本发明原理为：
初始阶段，燃烧室进气控制阀和进气管道上进气阀(进气控制阀Ⅰ)打开，进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ)关闭，氧气和甲烷混合物经由进气管道从表面(钻井平台)引入燃烧室。当通过压力传感器测量到达预定压力时，燃烧室进气控制阀关闭，停止供气，并且火花塞点燃燃气混合物。在燃料混合物燃烧之后，打开燃烧室排气控制阀以通过废气排出管路抽真空(由钻井平台设备提供抽真空条件)排气。废气排空后，关闭燃烧室排气控制阀，此时可以打开进气控制阀和进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ)通入天然气水合物区受热分解的天然气，等到压力传感器达到预定值关闭进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ)，开启进气管道上进气阀(进气控制阀Ⅰ)通入氧气，压力传感器达到预定值关闭进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ)和进气管道上进气阀(进气控制阀Ⅰ)，火花塞点燃燃气混合物。循环重复排气、进气、燃烧等操作。
为了进一步提高从燃烧容器到气体水合物区域的热传递的效率，期望燃烧容器的长度尽可能长。为此，燃烧容器可以由多个尺寸容易进入水平井眼的段组成，然后每个段可通过螺纹等链接到相邻的段上。还可以通过水平不同方向设置多个燃烧室来提高天然气生产量。
当该区域天然气水合物分解完毕时，可以将进气管道的控制阀(进气控制阀Ⅰ和进气控制阀Ⅱ)同时打开，以一定的压力条件将废气中的二氧化碳注入到该区域，将二氧化碳以二氧化碳水合物的方式封存在海底。
综上，本发明燃料从本地产生，克服了将热水和蒸汽注入气体水合物区域中所引起的能量损失的缺点。泡沫陶瓷材料的燃烧室可以将热量稳定的传递到天然气水合物区。产生的废气二氧化碳可以封存海底，减少温室气体的排放，防止海底滑坡。天然气水合物区分解产生的天然气通过单独管道排出纯度较高。以低的技术费用高的能源效率来实施开采过程，采集收益极高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
本发明共1幅附图,其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1、钻井平台，2、竖直钻孔，3、水平段孔腔，4、进气管路，4.1、进气控制阀Ⅰ，4.2、进气控制阀Ⅱ，5、废气排出管路，6、天然气采集管路，7、燃烧室，7.1、燃烧室进气控制阀，7.2、燃烧室排气控制阀。
具体实施方式
如图1所示的一种用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置，包括钻井平台1和底部伸入天然气水合物区域的竖直钻孔2；
竖直钻孔伸入于天然气水合物区域部分设置有至少一段水平段孔腔3；
竖直钻孔2内设置进气管路4、废气排出管路5和天然气采集管路6；
其中，天然气采集管路位于竖直钻孔2最外侧，天然气采集管路设置有多个用于天然气进入的天然气采集孔；天然气采集管路末端与钻井平台的天然气采集装置连接；
水平段孔腔3内部设置燃烧室7；燃烧室7内设置有用于点燃内部气体的火花塞，用于检测温度的温度传感器和用于检测压力的压力传感器；其中，燃烧室7的进气管与进气管路4连通，燃烧室7的废气输出管与废气排出管路5连通，且燃烧室7的进气管上设置有燃烧室进气控制阀7.1，燃烧室7的废气输出管上设置有燃烧室排气控制阀7.2；
其中，构成燃烧室7的燃烧室壁设置一层泡沫陶瓷层，目的在于可以使温度逐渐升高，不会出现太大的波动，燃料燃烧放出的热量稳定的传递到天然气水合物区，不会导致气体水合物熔化太快，从而可能损害天然气的产生；燃烧室具有大致的圆柱形形状；燃烧室7的直径将足以允许燃烧容器穿过井眼进入水平段孔腔3内，并且燃烧室7结构强度上应适合承受井下环境中的压力；
进气管路4位于燃烧室7的进气管与其连接位置上游设置有进气控制阀Ⅰ4.1，进气管路4伸出于水平段孔腔3下方的管体上加工有用于天然气进入的天然气采集孔，且位于采集孔与燃烧室7的进气管与进气管路4连接位置之间区域设置有进气控制阀Ⅱ4.2和干燥器8；
采用上述技术方案的本发明原理为：
初始阶段，燃烧室进气控制阀7.1和进气管道4上进气阀(进气控制阀Ⅰ4.1)打开，进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ4.2)关闭，氧气和甲烷混合物经由进气管道4从表面(钻井平台)引入燃烧室。当通过压力传感器测量到达预定压力时，燃烧室进气控制阀7.1关闭，停止供气，并且火花塞点燃燃气混合物。在燃料混合物燃烧之后，打开燃烧室排气控制阀7.2以通过废气排出管路5抽真空(由钻井平台设备提供抽真空条件)排气。废气排空后，关闭燃烧室排气控制阀7.2，此时可以打开进气控制阀7.1和进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ4.2)通入天然气水合物区受热分解的天然气，等到压力传感器达到预定值关闭进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ4.2)，开启进气管道4上进气阀(进气控制阀Ⅰ4.1)通入氧气，压力传感器达到预定值关闭进气管道下进气阀(进气控制阀Ⅱ4.2)和进气管道4上进气阀(进气控制阀Ⅰ4.1)，火花塞点燃燃气混合物。循环重复排气、进气、燃烧等操作。
为了进一步提高从燃烧容器到气体水合物区域的热传递的效率，期望燃烧容器的长度尽可能长。为此，燃烧容器可以由多个尺寸容易进入水平井眼的段组成，然后每个段可通过螺纹等链接到相邻的段上。还可以通过水平不同方向设置多个燃烧室来提高天然气生产量。
当该区域天然气水合物分解完毕时，可以将进气管道4的控制阀(进气控制阀Ⅰ4.1和进气控制阀Ⅱ4.2)同时打开，以一定的压力条件将废气中的二氧化碳注入到该区域，将二氧化碳以二氧化碳水合物的方式封存在海底。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.用于海洋沉积物中天然气水合物开采的热激发法开采装置，包括钻井平台(1)和底部伸入天然气水合物区域的竖直钻孔(2)；
其特征在于：竖直钻孔伸入于天然气水合物区域部分设置有至少一段水平段孔腔(3)；
所述竖直钻孔(2)内设置进气管路(4)、废气排出管路(5)和天然气采集管路(6)；
其中，天然气采集管路位于竖直钻孔(2)最外侧，天然气采集管路设置有多个用于天然气进入的天然气采集孔；天然气采集管路末端与钻井平台的天然气采集装置连接；
所述水平段孔腔(3)内部设置燃烧室(7)；所述燃烧室(7)内设置有用于点燃内部气体的火花塞，用于检测温度的温度传感器和用于检测压力的压力传感器；其中，燃烧室(7)的进气管与进气管路(4)连通，燃烧室(7)的废气输出管与废气排出管路(5)连通，且燃烧室(7)的进气管上设置有燃烧室进气控制阀(7.1)，燃烧室(7)的废气输出管上设置有燃烧室排气控制阀(7.2)；
其中，构成燃烧室(7)的燃烧室壁设置一层泡沫陶瓷层；
所述进气管路(4)位于燃烧室(7)的进气管与其连接位置上游设置有进气控制阀Ⅰ(4.1)，进气管路(4)伸出于水平段孔腔(3)下方的管体上加工有用于天然气进入的天然气采集孔，且位于采集孔与燃烧室(7)的进气管与进气管路(4)连接位置之间区域设置有进气控制阀Ⅱ(4.2)和干燥器(8)。
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