CN111076094A - 一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，包括分解套管管路、电阻率检测探头、外部电源加热装置以及数据采集分析互联装置；其中，所述分解套管管路采用刚性套管结构，管壁内外两侧为刚性结构材料，套管内部设置有加热元件，加热元件和所述外部电源加热装置相连接；所述电阻率检测探头间隔分布在分解套管管路中；所述数据采集分析互联装置用于对所接收到的电阻率检测探头信号进行分析，并根据分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对分解套管管路进行加热。本系统能够有效监测并避免水合物分解过程中水合物二次生成，杜绝管路发生堵塞的现象。

Description

一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统

技术领域

本发明涉及管路技术领域，具体涉及一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统。

背景技术

天然气水合物作为一种清洁能源，广泛分布于深海海底及陆地永久冻土带中，在我国南海也探明了大量水合物气藏，若能加以利用，这些天然气水合物中所蕴藏的巨大的甲烷存储量可以大大缓解我国即将面临的能源危机。2017年11月，天然气水合物正式被我国列为第173个新矿种。因此，在目前能源相对短缺的背景下，天然气水合物的开采利用将会得到越来越多的重视。

目前，常用的天然气水合物开采方法主要有降压法，注热法，注化学试剂法以及CO₂置换开采法。2017年，我国在南海神狐海域利用降压法成功实现海底泥质粉砂天然气水合物安全可控试开采，此次试采连续产气360天，累计产气量达30.9万立方米，平均日产5151立方米，这充分说明了水合物的开采潜力。但是，由于水合物分解是吸热反应，水合物大量分解后会导致分解区域局部温度降低，此时，井管中气体压力比较高，且分解过程中产生的水份并不能完全去除，水合物分解得到的甲烷与水并存于该区域内，气体与水在低温和高压的条件下极易在局部再次生成水合物，从而导致水合物近井储层的渗透率降低，甚至会堵塞井筒，进一步降低产气速率和总产气量，极易引发安全事故。

同时，在天然气的输运管道中，由于类似的情况，管道中的气体和水也极易形成水合物从而堵塞管道，发生安全事故。

目前关于水合物分解过程中二次生成的监测及避免方法的研究并不多，而这也是水合物顺利开采的瓶颈，因此如何有效监测并避免水合物分解过程中水合物二次生成是目前亟需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，以有效监测并避免水合物分解过程中水合物二次生成。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，包括分解套管管路、电阻率检测探头、外部电源加热装置以及数据采集分析互联装置；其中，

所述分解套管管路采用刚性套管结构，管壁内外两侧为刚性结构材料；所述分解套管管路采用分段短管连接，每段短管内部均设置有加热元件，每段短管内的加热元件与外部电源加热装置采用并联线路连接；

所述电阻率检测探头在每一段短管内成对安装，电阻率检测探头的信号输出端和所述数据采集分析互联装置相连接；

所述数据采集分析互联装置用于对所接收到的每一段短管内的电阻率检测探头信号进行分析，并根据分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对该加热元件所在的短管进行加热。

进一步地，所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统还包括入口气体流量监测器和出口气体流量监测器；所述入口气体流量监测器安装在分解套管管路的入口端，出口气体流量监测器安装在分解套管管路的出口端；所述入口气体流量监测器和出口气体流量监测器的信号输出端均和所述数据采集分析互联装置相连接，数据采集分析互联装置用于对所接收到的电阻率检测探头信号、入口气体流量信号和出口气体流量进行综合分析，并根据综合分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对该加热元件所在的短管进行加热。

进一步地，相邻的两段短管之间采用法兰连接。

进一步地，所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统还包括气液分离装置，所述气液分离装置安装在分解套管管路的输出端口中。

进一步地，所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统还包括液体收集装置和气体收集装置；液体收集装置的进液口和气液分离装置的排液口相连通；气体收集装置的进气口和气液分离装置的排气口相连通。

进一步地，在所述每段短管中还设置有压力监测器和温度监测器；所述压力监测器和温度监测器的信号输出端均和所述数据采集分析互联装置相连接，数据采集分析互联装置用于对所接收到的电阻率检测探头信号、入口气体流量信号、出口气体流量、压力信号以及温度信号进行二次综合分析，并根据二次综合分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对该加热元件所在的短管进行加热。

进一步地，在所述分解套管管路、气液分离装置、液体收集装置以及气体收集装置进出口端均安装有阀门。

进一步地，所述加热元件为柔性电阻丝。

进一步地，所述分解套管管路的进口端用于直接打入水合物贮存区域。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

通过采用本实施例提供的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统能够有效监测并避免水合物分解过程中水合物二次生成，杜绝管路发生堵塞的现象，以为天然气水合物的安全开采及利用提供重要的保障。

附图说明

图1为本发明实施例提供的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统的使用状态组成示意图；

图2为分解套管管路的剖面图；

图中：1、分解套管管路；2、电阻率检测探头；3、外部电源加热装置；4、数据采集分析互联装置；5、电阻丝；6、气体收集装置；7、入口气体流量监测器；8、出口气体流量监测器；9、气液分离装置；10、液体收集装置；11、水合物赋存区域；12、水合物反应釜；13、上覆盖层；101、短管；102、法兰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参阅图1，本实施例提供的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统包括分解套管管路1、电阻率检测探头2、外部电源加热装置3以及数据采集分析互联装置4。

其中，如图2所示，该分解套管管路1采用刚性套管结构，管壁内外两侧为刚性结构材料，套管内部设置有加热元件，加热元件和所述外部电源加热装置3相连接；具体地，在实施例中，该加热元件为柔性电阻丝5，柔性电阻丝5缠绕在分解套管管路1内；也就是说，该分解套管管路1主要是由内外两层刚性套管组成，夹套内缠绕柔性电阻丝5，电阻丝5由外部电源加热装置3供电来发热产生热量，由于分解套管管路1是采用内外两层刚性套管的结构方式，一是可以便于柔性电阻丝5的安装装配，二是具有良好的热传导和保温的效果，三是起到双重保障的作用，可以有效防止因分解套管管路1爆裂而发生泄漏的情况。

而该电阻率检测探头2间隔分布在分解套管管路1中，每一对电阻率检测探头2由正负电阻探头组成，并正对而设，以通过管内径向电阻的变化情况监测是否有水合物生成，是否产生堵塞，电阻率检测探头2所检测到的电阻率变化情况则通过其信号输出端传输至数据采集分析互联装置4中，若电阻率显著增加则表明水合物大量生成，此时数据分析互联装置4会发出指令，自动启动外部加热联动装置3供电至柔性电阻丝5中，以对该分解套管管路1进行加热，从而分解水合物，恢复管内流体流动状态。

由此可见，通过采用上述提供的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统能够有效监测并避免水合物分解过程中水合物二次生成，杜绝管路发生堵塞的现象，以为天然气水合物的安全开采及利用提供重要的保障。

作为本实施例的一种优选，该监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统还包括入口气体流量监测器7和出口气体流量监测器8。该入口气体流量监测器7安装在分解套管管路1的入口端，出口气体流量监测器8安装在分解套管管路1的出口端，该入口气体流量监测器7和出口气体流量监测器8的信号输出端均和所述数据采集分析互联装置4相连接；具体地，在本实施例中该入口气体流量监测器7和出口气体流量监测器8均为现有常规的气体流量计，也就是说，等于在水合物开采的进出口分别配备了气体流量计，从而可以监测进出口甲烷气体的流量，用于估算气体产出量，同时可以根据流量的变化辅证电阻率数据，更进一步准确地监测水合物二次生成情况，亦即，数据采集分析互联装置4通过分析反馈的套管径向电阻值变化规律与井管进出口之间的流量差，精确地监测管道内部是否有水合物二次生成，一旦发现二次水合物生成则联动外部加热装置对该段套管进行控温加热，分解形成的水合物，更进一步地保证管道的安全输运

作为本实施例的另一种优选，如图2所示，该分解套管管路1采用分段短管101连接，每段短管101之间的柔性电阻丝5与外部电源加热装置3采用并联线路连接，以保证可以对任何一段套管实现单独控温加热；同时，还在每一段短管101中均安装有电阻率检测探头2，电阻率检测探头2在每一段短管101中每隔1米设置有一对，并进行规律编号，如此，即可以监测每段短管101的堵塞情况，一旦发现某一段短管101发生二次水合物生成则联动外部加热装置对该段套管进行控温加热，分解形成的水合物，从而更有针对性和有效性，同时也可以减少电量的使用。进一步地，相邻的两段短管之间采用法兰102连接，以保证密封性。

作为本实施例的另一种优选，如图1所示，该监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统还包括气液分离装置9，该气液分离装置9安装在分解套管管路1的输出端口中。具体使用时，该气液分离装置9可以移动到分解套管管路1的输出端口中，前期不需要特意的气水分离处理，有效减少能量损失，且操作更简单可行。此外，该监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统还包括液体收集装置10和气体收集装置6；液体收集装置10的进液口和气液分离装置9的排液口相连通；气体收集装置6的进气口和气液分离装置9的排气口相连通，以便收集分离后的气、液体。

作为本实施例的再一种优选，在上述的每段短管101中还设置有压力监测器P和温度监测器T，以监测每段短管101的压力和温度情况，这些数据同时可以作为判断水合物是否二次生成的依据，因此也可以将数据传导至数据采集分析互联装置4，数据采集分析互联装置4根据所接收到电阻率检测探头信号、入口气体流量信号、出口气体流量、压力信号以及温度信号进行二次综合分析，从而能够更为准确地判断出发生二次水合物生成的区域，有针对性地对该段区域进行加热。

进一步地，在该分解套管管路1、气液分离装置9、液体收集装置10以及气体收集装置6的进出口端均安装有阀门Vn(n为正整数)，以保证整个系统的安全使用。

下面以图1为例，详细说明本系统的工作原理：

首先，确定水合物的分解方式，确定注入水平式的分解套管管路1还是垂直式的分解套管管路1，然后将确定后的分解套管管路1连接后打入水合物赋存区域11，进行水合物分解，该水合物赋存区域11主要是存储在水合物反应釜12中，水合物反应釜12还设置有上覆盖层13。开启压力监测器P和温度监测器T，电阻率检测探头2，以及入口气体流量监测器7和出口气体流量监测器8。

当水合物分解开始，甲烷气体与液体进入套管内部后，气体流量开始增加，开启阀门V1-V4，开始水合物分解开采过程。气水混合物进入水合物分解套管内，形成气液两相流，后经过分解套管进入气液分离模块9，分离出的液体进入液体回收器10，而分离出的甲烷气体进入气体收集装置6，当气体收集装置收集足够的气体后，打开阀门V6，输出甲烷气。

水合物开采过程中利用外部数据采集分析互联装置4实时监测不同节段编号套管内电阻率值的变化，由于外部数据采集分析互联装置4与外部电源加热装置3保持互联，当发现某个节段短管101内电阻率值发生较大变化时(该值可以根据实际工况自己设定)，自动触发外部电源加热开关，对该段短管101内电阻丝进行加热，分解生成的水合物，缓解管路的堵塞。若管内电阻率数值无大的变化且水合物分解套管进出口流量正常，则水合物分解继续进行。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，包括分解套管管路、电阻率检测探头、外部电源加热装置以及数据采集分析互联装置；其中，

所述分解套管管路采用刚性套管结构，管壁内外两侧为刚性结构材料；所述分解套管管路采用分段短管连接，每段短管内部均设置有加热元件，每段短管内的加热元件与外部电源加热装置采用并联线路连接；

所述电阻率检测探头在每一段短管内成对安装，电阻率检测探头的信号输出端和所述数据采集分析互联装置相连接；

所述数据采集分析互联装置用于对所接收到的每一段短管内的电阻率检测探头信号进行分析，并根据分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对该加热元件所在的短管进行加热。

2.如权利要求1所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，还包括入口气体流量监测器和出口气体流量监测器；所述入口气体流量监测器安装在分解套管管路的入口端，出口气体流量监测器安装在分解套管管路的出口端；所述入口气体流量监测器和出口气体流量监测器的信号输出端均和所述数据采集分析互联装置相连接，数据采集分析互联装置用于对所接收到的电阻率检测探头信号、入口气体流量信号和出口气体流量进行综合分析，并根据综合分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对该加热元件所在的短管进行加热。

3.如权利要求2所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，相邻的两段短管之间采用法兰连接。

4.如权利要求1所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，还包括气液分离装置，所述气液分离装置安装在分解套管管路的输出端口中。

5.如权利要求4所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，还包括液体收集装置和气体收集装置；液体收集装置的进液口和气液分离装置的排液口相连通；气体收集装置的进气口和气液分离装置的排气口相连通。

6.如权利要求3所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，在所述每段短管中还设置有压力监测器和温度监测器；所述压力监测器和温度监测器的信号输出端均和所述数据采集分析互联装置相连接，数据采集分析互联装置用于对所接收到的电阻率检测探头信号、入口气体流量信号、出口气体流量、压力信号以及温度信号进行二次综合分析，并根据二次综合分析结果来确定是否发出控制指令来启动外部电源加热装置通过加热元件来对该加热元件所在的短管进行加热。

7.如权利要求5所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，在所述分解套管管路、气液分离装置、液体收集装置以及气体收集装置进出口端均安装有阀门。

8.如权利要求1所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，所述加热元件为柔性电阻丝。

9.如权利要求1所述的监测并避免水合物分解过程中二次生成的系统，其特征在于，所述分解套管管路的进口端用于直接打入水合物贮存区域。

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