CN107635301A - 一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器 - Google Patents

Abstract

一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，属于天然气水合物的开采技术领域。该加热器包括微波发生装置及微波发射装置，通过相互配合的转接插座和转接插头相连接，直接将微波发生装置产生的微波传输到微波发射装置中的天线头，减少了微波在传输过程的损耗，通过波导套筒将微波导出至天然气水合物储藏进行加热；且本发明结构简单紧凑、传输损耗少，可与连续油管相连接使用，通过调整连续油管下入井内的长度，可实现移动式加热储藏，通过改变加热位置、热量输出功率及排水采气的速度，可实现对天然气水合物储藏最优化开采，可提高采气效率，增加经济效益。

Description

一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器

技术领域

一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，属于天然气水合物的开采技术领域。

背景技术

天然气水合物(natural gas hydrate，简称NGH)，是天然气在一定的低温、高压下与水形成的非化学计量笼形化合物，也被称为“可燃冰”。1m³天然气水合物可含164m³甲烷气和0.8m³的水。“可燃冰”是天然气的附生产品，应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代品。“可燃冰”极易燃烧，在同等条件下，“可燃冰”燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要高出数十倍，被誉为“属于末来的超级能源”。

我国的可燃冰储量十分丰富，根据调查研究，我国的天然气水合物主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。

人为地打破天然气水合物稳定存在的相平衡条件，促使其分解，是目前开发天然气水合物的主要方法。根据天然气水合物的平衡相图，大体上可分为加热法、化学法、降压法三类。

加热法：此方法主要是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体介质从地面泵入天然气水合物储层，也可采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器。热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失，效率很低。

添加化学剂：某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等化学剂可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度。添加化学剂最大的缺点是费用太昂贵。由于大洋中天然气水合物的压力较高，因而不宜采用此方法。

降压法：通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使天然气水合物分解的目的。开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法，另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果。降压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发，因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。

微波与无线电波、红外线、可见光一样都是电磁波，微波是指频率为3OOMHz-300KMHz的电磁波，即波长在1米到1毫米之间的电磁波。当微波在传输过程中遇到不同材料时，会产生反射、吸收和穿透现象，微波对不同材料有不同的穿透率，对金属几乎全反射，而对玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料之类则几乎全透过，对于其他物质，渗透深度随波长的增大而变化，换言之，它与频率有关，频率越高，波长越短，其穿透力也越弱。

微波具有独特的加热性能，其加热与其他的加热方式不同，热量从介质内部产生，温度场比较均匀，具有许多优点，因此现在已经广泛应用于食品、医药等行业。已经证明，微波是一种很好的加热手段。实验证明微波可以加快天然气水合物分解，而且加热的效果比常规加热好，操作也比较简单，微波可以用来对天然气水合物进行开采。利用微波加热天然气水合物储层可以避免其他注热方式在井口到井底部分的热损失。

发明内容

本发明提供一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，该加热器包括微波发生装置及微波发射装置，通过相互配合的转接插座和转接插头相连接，直接将微波发生装置产生的微波传输到微波发射装置中的天线头，减少了微波在传输过程的损耗，通过波导套筒将微波导出至天然气水合物储藏进行加热；且本发明结构简单紧凑、传输损耗少，可与连续油管相连接使用，通过调整连续油管下入井内的长度，可实现移动式加热储藏，通过改变加热位置、热量输出功率及排水采气的速度，可实现对天然气水合物储藏最优化开采，可提高采气效率，增加经济效益。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，其特征在于，所述加热器由微波发生装置和微波发射装置组成。

其中所述微波发生装置包括连续油管、变压器、微波发生器、保护外壳、转接插座、插孔、连接接头、保护滑轮，所述变压器、微波发生器位于保护外壳内部，所述转接插座位于保护外壳顶部，所述插孔位于转接插座内部，所述转接插座外壁布置有螺纹，用于连接微波发射装置，所述连接接头位于保护外壳表面，用于将保护外壳与连续油管相连接，所述连接接头还可以用于将微波发生装置和微波发射装置相连接，所述保护滑轮与连接接头相连接，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损。

所述微波发射装置包括保护外壳、连接接头、保护滑轮、插针、转接插头、波导套筒、波导口、防水外壳、微波屏蔽网、天线底座、天线头、天线，所述转接插头位于保护外壳内部，所述插针位于转接插头内部，所述转接插头内壁布置有螺纹，用于连接微波发生装置，所述天线与插针相连接，所述微波屏蔽网位于天线外部，所述天线底座、天线头位于微波屏蔽网外壁，并与所述天线相连接，所述波导套筒位于天线头外部，并与保护外壳相连接，所述波导口位于波导套筒外壁，所述防水外壳位于波导套筒外部，并与保护外壳相连接，所述连接接头位于保护外壳表面，用于将微波发生装置和微波发射装置相连接，所述连接接头还可以位于防水外壳表面，所述保护滑轮与连接接头相连接，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损。

所述微波发生器包括半导体式微波发生器、磁控管式微波发生器及其他常规微波发生器。

所述微波发生器通过相配合的转接插座和转接插头相连接，所述转接插座设有插孔，转接插头设有与之配合的插针，微波信号通过该结构传送到天线，缩短了传输距离，减少了微波在传输过程的损耗，结构简单紧凑、传输损耗少。

所述微波发生装置、微波发射装置、连续油管通过连接接头相连接，连接方式灵活，可以是卡簧式、销连接及其他常规连接方式；加热器在地层中移动时，如果与地层岩石接触、摩擦，容易造成加热器损坏，因此在连接接头上放置保护滑轮，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损。

本发明连续油管式微波加热器可应用于平行水平井布井方式、排式水平井布井方式、U型井布井方式及其他常规井网。

本发明有益效果在于：

1)利用微波传输能量和直接加热水合物储层，减少能量损失，可以避免其他注热方式在井口到井底部分的热损失，同时热量从介质内部产生，温度场较为均匀。

2)本发明加热器可与连续油管相连接使用，通过调整连续油管下入井内的长度，可实现移动式加热储藏，通过改变加热位置、热量输出功率及排水采气的速度，可实现天然气水合物储藏最优化开采，可提高采气效率，增加经济效益。

3)本发明中利用微波加热开采天然气水合物的装置，操作简单，使用方便，设备通用性强，不必重复投资。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为微波发生装置示意图。

图2为微波发射装置示意图。

图3为地面供给系统示意图。

图4为井下微波加热示意图。

附图标号：1、变压器2、微波发生器3、保护外壳4、转接插座5、插孔6、螺纹7、连续油管8、连接接头9、保护滑轮10、插针11、转接接头12、波导套筒13、波导口14、防水外壳15、微波屏蔽网16、天线底座17、天线头18、天线19、控制器20、信号传输电缆21、信号接收装置22、变频器23、电源24、动力电缆25、连续油管装置26、供热井口27、套管28、直井段29、扶正器30、封隔器31、水平段32、微波加热器33、上覆岩层34、天然气水合物储层35、下覆岩层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，所述加热器由微波发生装置和微波发射装置组成。

如图1所示微波发生装置示意图，所述微波发生装置包括连续油管7、变压器1、微波发生器2、保护外壳3、转接插座4、插孔5、连接接头8、保护滑轮9，所述变压器1、微波发生器2位于保护外壳3内部，所述转接插座4位于保护外壳3顶部，所述插孔5位于转接插座4内部，所述转接插座4外壁布置有螺纹6，用于连接微波发射装置，所述连接接头8位于保护外壳3表面，用于将保护外壳3与连续油管7相连接，所述连接接头8还可以用于将微波发生装置和微波发射装置相连接，所述保护滑轮9与连接接头8相连接，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损。

如图2所示微波发射装置示意图，所述微波发射装置包括保护外壳3、连接接头8、保护滑轮9、插针10、转接插头11、波导套筒12、波导口13、防水外壳14、微波屏蔽网15、天线底座16、天线头17、天线18，所述转接插头11位于保护外壳3内部，所述插针10位于转接插头11内部，所述转接插头11内壁布置有螺纹6，用于连接微波发生装置，所述天线18与插针10相连接，所述微波屏蔽网15位于天线18外部，所述天线底座16、天线头17位于微波屏蔽网15外壁，并与所述天线18相连接，所述波导套筒12位于天线头17外部，并与保护外壳3相连接，所述波导口13位于波导套筒12外壁，所述防水外壳14位于波导套筒12外部，并与保护外壳3相连接，所述防水外壳14材质为钢化玻璃，所述连接接头8位于保护外壳3表面，用于将微波发生装置和微波发射装置相连接，所述连接接头8还可以位于防水外壳3表面，所述保护滑轮9与连接接头8相连接，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损。

一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器的使用方法包括：

步骤1、布置地面供给系统系统，如图3所示地面供给系统示意图，依次将电源23、变频器22、连续油管装置25通过动力电缆24连接，将连续油管装置25与供热井口26相连接，控制器19、信号接收器21通过信号传输电缆20与变频器22相连接，用以实时监测变频器22工作状态，并通过控制器19对变频器22实施远程控制。

步骤2、在目标井中下入微波加热器，如图4所示井下微波加热示意图，依次将微波加热器32、扶正器29、封隔器30由连续油管7下入目标井内，本实施例目标井为水平井，微波加热器32到达水平段31之后，将封隔器30与套管27在直井段28内做封，动力电缆24位于连续油管7内部，水平段31位于天然气水合物储层34内部，上覆岩层33下部，下覆岩层35上部。

步骤3、加热开采，通过微波加热器32对天然气水合物储层34加热，并从生产井收集天然气及地层水，通过电源23对微波加热器32供给加热用电，通过变频器22调整电源23向微波加热器32的输出功率，微波加热器32在水平段31为可移动的，通过调整连续油管7下入井内的长度，可调节微波加热器32在供热井水平段31的位置，以实现不同位置、不同功率可调节式加热，并从生产井对天然气实施开采。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，其特征在于，所述加热器由微波发生装置和微波发射装置组成；

其中所述微波发生装置包括连续油管、变压器、微波发生器、保护外壳、转接插座、插孔、连接接头、保护滑轮，所述变压器、微波发生器位于保护外壳内部，所述转接插座位于保护外壳顶部，所述插孔位于转接插座内部，所述转接插座外壁布置有螺纹，用于连接微波发射装置，所述连接接头位于保护外壳表面，用于将保护外壳与连续油管相连接，所述连接接头还可以用于将微波发生装置和微波发射装置相连接，所述保护滑轮与连接接头相连接，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损；

所述微波发射装置包括保护外壳、连接接头、保护滑轮、插针、转接插头、波导套筒、波导口、防水外壳、微波屏蔽网、天线底座、天线头、天线，所述转接插头位于保护外壳内部，所述插针位于转接插头内部，所述转接插头内壁布置有螺纹，用于连接微波发生装置，所述天线与插针相连接，所述微波屏蔽网位于天线外部，所述天线底座、天线头位于微波屏蔽网外壁，并与所述天线相连接，所述波导套筒位于天线头外部，并与保护外壳相连接，所述波导口位于波导套筒外壁，所述防水外壳位于波导套筒外部，并与保护外壳相连接，所述连接接头位于保护外壳表面，用于将微波发生装置和微波发射装置相连接，所述连接接头还可以位于防水外壳表面，所述保护滑轮与连接接头相连接，用于加热器在地层中移动时保护其不被地层岩石磨损。

2.如权利要求1所述的一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器，其特征在于，所述微波发生器包括半导体式微波发生器、磁控管式微波发生器及其他常规微波发生器。