CN112780943B - 液化天然气储存、气驱和冷能利用装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液化天然气储存、气驱和冷能利用装置及方法，液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，包括：气化罐，设置有天然气入口和天然气出口，天然气入口与天然气存储装置连通，天然气出口与油气井连通；液气储罐，具有气液入口与气液出口，气液入口与油气井连通，气液出口与暂储罐连通，且气化罐置于液气储罐内并能够进行换热。本发明实施例利用液化天然气在储运过程中自然吸收热能，使之变成气体，产生高压，注入地下，达到了储存的目的，并且，利用释放出的冷能来冷却油气井流出的气体，以便进一步地分离，达到节约能源目的。

Description

液化天然气储存、气驱和冷能利用装置及方法
技术领域
本发明涉及液化天然气领域，具体涉及一种液化天然气储存、气驱和冷能利用装置及方法。
背景技术
液化天然气(LNG)的主要成分是甲烷，将这种成分的天然气进行超低温(-162℃)冷却而得到其液体状态，LNG的体积约为同量气态体积的1/600倍，适合于用罐车、轮船等器具进行长距离运输。然而，LNG利用的最大的难题是储存，地面或地下储存库的体积庞大，占有大面积的土地，储罐的隔热要求高，投资量大、施工时间长、维护操作费用高，因此，在许多国家的LNG储存能力远达不到实际需要，经常造成季节性的气荒。
目前，人们更多地利用LNG来调峰，即，春、夏、秋储存，冬天消耗。在使用前LNG要先转化成气体，这一过程产生出大量冷能，在冬天，冷能的需求量较少，大部分被浪费掉，而在油气生产中，很多油田被证实为适于气驱开发，即往地层中注入大量的高压气体，提高地层的能量，驱动产层中的流体返到地面。然而，将常压气体压缩成高压气体需要庞大的设备、并消耗大量的能量，事实上，LNG在运输和储存的过程中，不断地吸收热量，转化成气体，在容器体积不变的情况下能产生大约原压力的600倍的高压，这一压力完全可以满足油田注气的需要。另外，从地下返出的天然气需要进行深度冷却，才能分离出各种烷烃和其它成分，冷能需求量很大，目前仍需消耗燃料、用动力设备来制冷，因此，增加了生产投资和能源消耗，产生出更多的碳排放。
发明内容
本发明提供了一种液化天然气储存、气驱和冷能利用装置及方法，以达到节约能源目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，包括：气化罐，设置有天然气入口和天然气出口，天然气入口与天然气存储装置连通，天然气出口与油气井连通；液气储罐，具有气液入口与气液出口，气液入口与油气井连通，气液出口与暂储罐连通，且气化罐置于液气储罐内并能够进行换热。
进一步地，液化天然气储存、气驱和冷能利用装置还包括寄生管，寄生管包括内管和外管，外管同轴套设在内管外，且内管与外管之间形成环空，内管的两端分别连接天然气出口和油气井，环空的两端分别连接气液入口与油气井。
进一步地，油气井为多个且并联设置，寄生管与油气井的数量相同。
进一步地，天然气入口与天然气存储装置通过隔热钢管连接。
进一步地，隔热钢管沿径向方向由内至外依次设置有低温钢材层、隔热层和保护层。
进一步地，液化天然气储存、气驱和冷能利用装置还包括气罐，设置在天然气入口与天然气存储装置之间，气罐与隔热钢管连通并能够存储隔热钢管中的气体。
进一步地，气罐为多个，沿隔热钢管的延伸方向间隔设置。
本发明还提供了一种液化天然气储存、气驱和冷能利用方法，采用上述的的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置进行操作，液化天然气储存、气驱和冷能利用方法包括以下步骤：步骤1、将液化天然气由天然气存储装置输送至气化罐中吸热转化为气体；步骤2、气化罐中的液化天然气吸热膨胀而产生高压，当气化罐中的压力达到设定值时，将气体通过寄生管的内管注入油气井中储存；步骤3、当油气井中压力达到设定值时，开启油气井，油气井中的混合物通过寄生管的环空返还至液气储罐；步骤4、液气储罐中的混合物与气化罐中的液体换热后输送至暂储罐中等待进一步分离或液化。
进一步地，在步骤1中：液化天然气在隔热钢管中流动时会部分气化并产生天然气，天然气能够存储在气罐中。
进一步地，在步骤2中：将气体通过寄生管的内管注入油气井过程中，气体与环空的混合物能够进行换热。
本发明的有益效果是，本发明实施例利用液化天然气在储运过程中自然吸收热能，使之变成气体，产生高压，注入地下，达到了储存的目的，并且，利用释放出的冷能来冷却油气井流出的气体，以便进一步地分离，达到节约能源目的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中附图标记：1、隔热钢管；2、气罐；3、第二气罐；4、第三气罐；5、气化罐；6、寄生管；7、油气井；8、第二寄生管；9、第二油气井；10、第三寄生管；11、第三油气井；12、液气储罐；13、输出管线；14、暂储罐。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，包括气化罐5和液气储罐12。其中，气化罐5设置有天然气入口和天然气出口，天然气入口与天然气存储装置连通，天然气出口与油气井7连通。液气储罐12具有气液入口与气液出口，气液入口与油气井7连通，气液出口通过输出管线13与暂储罐14连通，且气化罐5置于液气储罐12内并能够进行换热。
液化天然气(LNG)的温度通常在-162℃以下，其体积约为同量气态体积的1/600倍，在运输和储存的过程中，LNG的吸热过程一直存在，温度总是在上升，如果LNG在密闭、不膨胀的容器中存放的时间足够长，温度升到室内温度25℃时，根据理想气体状态方程，对于一定质量的气体，容器内的压力将会增加到163.08MPa，这样高压力足够往油气井7中注气使用。本发明实施例利用液化天然气在储运过程中自然吸收热能，使之变成气体，产生高压，注入地下，达到了储存的目的，并且，利用释放出的冷能来冷却油气井流出的气体，以便进一步地分离，达到节约能源目的。
液化天然气储存、气驱和冷能利用装置还包括寄生管6，寄生管6包括内管和外管，外管同轴套设在内管外，且内管与外管之间形成环空，内管的两端分别连接天然气出口和油气井7，环空的两端分别连接气液入口与油气井7。
内管中的气体向油气井7方向流动，在这个方向，管线温度越来越高，压力也随之升高，直至能注入地层的压力。而内管与外管之间的环空，油气井7产出的天然气及混合物向液气储罐12方向流动，在这个方向，管线的温度越来越低，天然气及混合物暂存在液气储罐12中，以便进一步加工。
本发明实施例中油气井7为多个且并联设置，寄生管6与油气井7的数量相同。如图1所示，气化罐5和液气储罐12均只有一个，寄生管6、第二寄生管8和第三寄生管10(第二寄生管8和第三寄生管10与寄生管6结构相同)的一端均与气化罐5和液气储罐12连接，寄生管6、第二寄生管8和第三寄生管10的另一端分别连接油气井7、第二油气井9和第三油气井11(第二油气井9和第三油气井11与油气井7结构相同)。
在本发明实施例中，上述天然气入口与天然气存储装置通过隔热钢管1连接。隔热钢管1能够减缓LNG吸热变成气体的过程；利用小量LNG的气化对系统制冷，使LNG尽量地保持稳定、不会产生过多的气体。
隔热钢管1沿径向方向由内至外依次设置有低温钢材层、隔热层和保护层(普通钢材)。利用隔热钢管1将LNG从船舶或临时储罐输送到油田的气化罐5中，在LNG流动过程中，将会有小量的液体吸入热量、膨胀、变为气体，这一过程是制冷过程，使系统降低温度、大部分液体保持稳定、压力维持在大气压的范围内，提高了系统的安全系数。
本发明实施例中的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置还包括气罐2，设置在天然气入口与天然气存储装置之间，气罐2与隔热钢管1连通并能够存储隔热钢管1中的气体。其中，气罐2为多个，沿隔热钢管1的延伸方向间隔设置。在LNG流动过程中，将会有小量的液体吸入热量、膨胀、变为气体。一旦小量气化的天然气达到设定的压力，将会被释放出来，暂时存放在气罐2、第二气罐3和第三气罐4内(第二气罐3和第三气罐4与气罐2结构相同)，气罐2、第二气罐3和第三气罐4中的气体天然气能够输送给附近的用户或就地做动力或生活燃料。
需要说明的是，气罐的数量根据需要而定，上述气罐2、第二气罐3和第三气罐4的存储方式也可以改变，即可以气罐2、第二气罐3和第三气罐4同时存储，也可以采用气罐2、第二气罐3和第三气罐4依次存储的方式，即气罐2存满后再将天然气存储进第二气罐3，依次类推。
本发明实施例还提供了一种液化天然气储存、气驱和冷能利用方法，采用上述的的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置进行操作，液化天然气储存、气驱和冷能利用方法包括以下步骤：
步骤1、将液化天然气由天然气存储装置输送至气化罐5中吸热转化为气体；
步骤2、气化罐5中的液化天然气吸热膨胀而产生高压，当气化罐5中的压力达到设定值时，将气体通过寄生管6的内管注入油气井7中储存；
步骤3、当油气井7中压力达到设定值时，开启油气井7，油气井7中的混合物通过寄生管6的环空返还至液气储罐12；
步骤4、液气储罐12中的混合物与气化罐5中的液体换热后输送至暂储罐14中等待进一步分离或液化。
在步骤1中：利用隔热钢管1将LNG从船舶或临时储罐输送到油田的气化罐5中，隔热钢管1是三层结构，内管是低温钢材，外层是普通钢材，中间是隔热材料。在LNG流动过程中，将会有小量的液体吸入热量、膨胀、变为气体，这一过程是制冷过程，使系统降低温度、大部分液体保持稳定、压力维持在大气压的范围内，提高了安全系数。
一旦小量气化的天然气达到设定的压力，将会被释放出来，暂时存放在气罐2、第二气罐3和/或第三气罐4内，气罐的数量根据需要而定；最后，上述气罐中的气体天然气输送给附近的用户或就地做动力或生活燃料。
在步骤2中：将到达油田区域内的LNG输入气化罐5里，在其中吸热转化为气体、膨胀产生高压，压力升到一定值后，注入寄生管6、第二寄生管8和第三寄生管10中，所有寄生管均是同心、双层钢管，内管也是低温钢材，外管是普通钢材，均有较高的抗压强度，两层钢管之间形成了连通的环空；内管线中的气体向油气井7、第二油气井9和第三油气井11的方向流动，将气体通过寄生管上述的内管注入上述油气井过程中，气体与环空的混合物能够进行换热。当到达这些油气井时，LNG将吸入足够的热量，接近油气井出口处的自然温度，气体的压力随之增加到注入井内所需要的压力。
在步骤3中：到达油气井及其它油气井的LNG已经是较高温度的气体，被直接注入到油气井7及其它油气井中。在储层中，注入的高压气体向四周扩散、储存在地下，当储层压力升高到一定值、并需要使用天然气时，可以开启对应所需的油气井，使天然气和其它液体的混合物驱逐出地层，由油气井7及其它油气井中返出并通过环空返还至液气储罐12，实现了气驱采油气的目的。
在步骤4中：以图1中最上方管线为例，返出的气体通过寄生管6的环空向相反的方向(朝向液气储罐12的方向)流动，在流动以及在液气储罐12停留的过程中，气体将被换热冷却，通过输出管线13输送到暂储罐14中，等待进一步分离或液化。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提出了利用LNG在储运过程中自然吸收热能，使之变成气体，产生高压，注入地下，达到了储存的目的，并且，利用释放出的冷能来冷却井筒流出的气体，以便进一步地分离，达到节约能源目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，包括：
气化罐(5)，设置有天然气入口和天然气出口，所述天然气入口与天然气存储装置连通，所述天然气出口与油气井(7)连通；
液气储罐(12)，具有气液入口与气液出口，所述气液入口与油气井(7)连通，所述气液出口与暂储罐(14)连通，且气化罐(5)置于液气储罐(12)内并能够进行换热；
所述气化罐(5)中的液化天然气能够从所述液气储罐(12)吸收热能，所述液气储罐(12)中的混合物能够从气化罐(5)吸收冷能。
2.根据权利要求1所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，所述液化天然气储存、气驱和冷能利用装置还包括寄生管(6)，寄生管(6)包括内管和外管，所述外管同轴套设在所述内管外，且所述内管与所述外管之间形成环空，所述内管的两端分别连接所述天然气出口和油气井(7)，所述环空的两端分别连接所述气液入口与油气井(7)。
3.根据权利要求2所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，油气井(7)为多个且并联设置，寄生管(6)与油气井(7)的数量相同。
4.根据权利要求2所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，所述天然气入口与所述天然气存储装置通过隔热钢管(1)连接。
5.根据权利要求4所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，隔热钢管(1)沿径向方向由内至外依次设置有低温钢材层、隔热层和保护层。
6.根据权利要求4所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，所述液化天然气储存、气驱和冷能利用装置还包括气罐(2)，设置在所述天然气入口与所述天然气存储装置之间，气罐(2)与隔热钢管(1)连通并能够存储隔热钢管(1)中的气体。
7.根据权利要求6所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置，其特征在于，气罐(2)为多个，沿隔热钢管(1)的延伸方向间隔设置。
8.一种液化天然气储存、气驱和冷能利用方法，采用权利要求6所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用装置进行操作，其特征在于，所述液化天然气储存、气驱和冷能利用方法包括以下步骤：
步骤1、将液化天然气由天然气存储装置输送至气化罐(5)中吸热转化为气体；
步骤2、气化罐(5)中的液化天然气吸热膨胀而产生高压，当气化罐(5)中的压力达到设定值时，将所述气体通过寄生管(6)的所述内管注入油气井(7)中储存；
步骤3、当油气井(7)中压力达到设定值时，开启油气井(7)，油气井(7)中的混合物通过寄生管(6)的所述环空返还至液气储罐(12)；
步骤4、液气储罐(12)中的混合物与气化罐(5)中的液体换热后输送至暂储罐(14)中等待进一步分离或液化。
9.根据权利要求8所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用方法，其特征在于，在所述步骤1中：所述液化天然气在隔热钢管(1)中流动时会部分气化并产生天然气，所述天然气能够存储在气罐(2)中。
10.根据权利要求8所述的液化天然气储存、气驱和冷能利用方法，其特征在于，在所述步骤2中：将所述气体通过寄生管(6)的所述内管注入油气井(7)过程中，所述气体与所述环空的混合物能够进行换热。
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