CN117287165A - 井下甲烷燃烧加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其涉及一种井下甲烷燃烧加热装置，旨在解决天然气水合物自然降压开采产能低的问题。该井下甲烷燃烧加热装置，包括外壳壳体，外壳壳体的内部固定安装承压管，承压管的内部安装中心管，承压管的一端固定安装弯管。在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气经弯管注入承压管内，地面通过电缆控制井下的点火器工作，使混合气体燃烧，燃烧加热装置外部安装耐高温保护罩，点火燃烧后火焰不断加热保护罩，从而提高井筒内的温度，从而加热储层，进而可打破天然气水合物相平衡条件，促进天然气水合物分解，弥补天然气水合物自然降压开采产能低的缺点。

Description

井下甲烷燃烧加热装置

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其涉及一种井下甲烷燃烧加热装置。

背景技术

天然气水合物的开采方法与传统天然气有很大的差异，天然气水合物在埋藏条件下是固体，在开采过程中会发生从固态转变为气态的天然气和液态的水的相变转换。天然气水合物的开采技术聚焦于如何人为地破坏天然气水合物稳定存在的温度和压力条件，促使其在储层内失稳分解，并建立井筒将分解产生的天然气输送到地面。目前，国内外天然气水合物开采主要有降压法、注热法、注化学抑制剂法和二氧化碳置换法等，注热法和降压法分别通过改变温度和压力条件，使得局部稳定温压条件转移到天然气水合物相平衡曲线不稳定的一侧；注剂法改变了相平衡边界，使局部的天然气水合物在原位条件下发生分解；二氧化碳置换法是基于客体分子置换的原理，由于二氧化碳水合物相比于天然气水合物所需要的相平衡压力更低，向水合物藏注入二氧化碳气体后可以置换出封存于天然气水合物中的甲烷气体。

降压法开采天然气水合物时，通过降低水合物储层孔隙压力使其低于该区域温度对应的水合物相平衡压力，打破水合物稳定条件而使其分解，降压手段通常是降低天然气水合物层下伏游离气层的压力或抽取天然气水合物储层流体，降压法开采天然气水合物过程无热量消耗和损失，不需要连续激发，操作工艺简单易行，经济环保优势明显，可行性较高，成本较低，是所有开采方法中的首选方法，可实现大面积的开采，特别适用于存在下伏游离气层的水合物藏的开采。

然而，降压法开采受降压幅度、环境温度、天然气水合物初始饱和度和储层结构特征的影响。单一的降压法开采速率衰减较快，这是由于降压法开采中没有额外热源补充。天然气水合物分解所需要的热量必须从周围环境中获得，此时大量的分解热会导致降压过程中储层温度降低，释放出来的水会变成固态冰堵塞流体流动通道，阻碍了天然气水合物的进一步分解，即随着地层压力的释放以及分解过程储层砂堵、水合物二次生成、结冰等情况的出现会造成产气速率下降、开采效率逐渐降低。因此，只有当存在较大的传热和分解面积时，或者天然气水合物储层具有合适的温度条件时，降压法才具有实际使用价值。

发明内容

本发明提供一种井下甲烷燃烧加热装置，以解决天然气水合物自然降压开采产能低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种井下甲烷燃烧加热装置，包括外壳壳体，外壳壳体的一端固定安装外壳喷头，外壳壳体的内部固定安装承压管，承压管与外壳壳体之间安装第一限位块，外壳喷头的左端面与第一限位块接触，第一限位块上安装点火器，承压管的内部安装中心管，承压管和中心管的一端固定安装小喷头，小喷头的出口处做缩口处理，承压管的远离外壳喷头的一端固定安装弯管。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，承压管的远离弯管的一端设置燃烧口，燃烧口周向均布四组，每组燃烧口的数量为十个，燃烧口均在外壳喷头与第一限位块围成的空间内。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，外壳壳体的远离外壳喷头的一端安装压盖，承压管穿过压盖。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，压盖上设置两个吊孔。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，点火器包括引火装置和引火点，点火器的引火装置端在压盖处导出，引火点固定在第一限位块的小孔上。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，承压管与外壳壳体之间安装第二限位块，压盖的右端面与第二限位块接触。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，承压管上设置两处环形开槽，两处环形开槽上均安装轴用弹性挡圈，两个轴用弹性挡圈分别与第二限位块和第一限位块接触。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，承压管和中心管的远离小喷头的一端安装小堵头，中心管穿过小堵头。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，弯管对称设置两个，两个弯管焊接在承压管的开孔处，承压管的沉孔与弯管的内径同轴且等径。

在上述的井下甲烷燃烧加热装置中，可选的是，在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气体经弯管注入承压管内，地面通过电缆控制井下的点火器工作，使混合气燃烧。

本发明提供的井下甲烷燃烧加热装置，包括外壳壳体，外壳壳体的一端固定安装外壳喷头，外壳壳体的内部固定安装承压管，承压管与外壳壳体之间安装第一限位块，第一限位块上安装点火器，承压管的内部安装中心管，承压管和中心管的一端固定安装小喷头，承压管的远离外壳喷头的一端固定安装弯管。在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气体经弯管注入承压管内，地面通过电缆控制井下的点火器工作，使混合气体燃烧，燃烧加热装置外部安装耐高温保护罩，点火燃烧后火焰不断加热保护罩，从而提高井筒内的温度，从而加热储层，进而可打破天然气水合物相平衡条件，促进天然气水合物分解，弥补天然气水合物自然降压开采产能低的缺点。

本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的井下甲烷燃烧加热装置的整体结构示意图；

图2为图1的A-A剖视结构示意图；

图3为图2的部分结构放大示意图；

图4为图2的部分结构放大示意图。

附图标记说明：

1-外壳壳体；2-外壳喷头；3-小喷头；4-中心管；5-承压管；6-轴用弹性挡圈；7-第二限位块；8-小堵头；9-压盖；10-弯管；11-第一限位块；12-点火器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1-图4所示，本发明提供一种井下甲烷燃烧加热装置，包括外壳壳体1，外壳壳体1的一端固定安装外壳喷头2，外壳壳体1的内部固定安装承压管5，承压管5与外壳壳体1之间安装第一限位块11，外壳喷头2的左端面与第一限位块11接触，第一限位块11上安装点火器12，承压管5的内部安装中心管4，承压管5和中心管4的一端固定安装小喷头3，小喷头3的出口处做缩口处理，承压管5的远离外壳喷头2的一端固定安装弯管10。

气体入口有中心管4和弯管10两处，中心管4和弯管10均与承压管5连接，弯管10与承压管5连通，中心管4用于注入高压水/气，弯管10用于注入甲烷和空气的混合气体，承压管5和点火器12通过第一限位块11固定在外壳壳体1内，由弯管10注入的甲烷和空气的混合气体进入承压管5内，点火器12用于引燃甲烷和空气的混合气体，承压管5和中心管4的一端焊接小喷头3，外壳喷头2焊接在外壳壳体1的出口开口端，焊接后车平外圆，外壳喷头2做与小喷头3相同的缩口处理。

进一步的，承压管5的远离弯管10的一端设置燃烧口，燃烧口周向均布四组，每组燃烧口的数量为十个，燃烧口均在外壳喷头2与第一限位块11围成的空间内。

燃烧口即喷火孔，燃烧口进行了防砂处理，四组燃烧口圆周均布在承压管5的一端，使得喷火比较均匀。

进一步的，外壳壳体1的远离外壳喷头2的一端安装压盖9，承压管5穿过压盖9。

外壳壳体1的两端开口，外壳壳体1的入口开口端采用压盖9固定承压管5，并保证其密闭性，外壳壳体1的出口开口端焊接外壳喷头2，用于排出气体。

进一步的，压盖9上设置两个吊孔。

压盖9上钻有两个吊孔，两个吊孔对称分布在压盖9上，两个吊孔做整个装置的安装使用。

进一步的，点火器12包括引火装置和引火点，点火器12的引火装置端在压盖9处导出，引火点固定在第一限位块11的小孔上。

点火器12的引火装置端在压盖9处导出，可在控制端启动引火装置，第一限位块11钻有小孔，其固定引火点，固定处密闭性良好。

进一步的，承压管5与外壳壳体1之间安装第二限位块7，压盖9的右端面与第二限位块7接触。

第二限位块7位于第一限位块11的左侧，第二限位块7和第一限位块11共同支撑承压管5，提高承压管5的牢固性；第二限位块7上设置通孔，便于点火器12的引火装置端的导出。

进一步的，承压管5上设置两处环形开槽，两处环形开槽上均安装轴用弹性挡圈6，两个轴用弹性挡圈6分别与第二限位块7和第一限位块11接触。

外壳壳体1、承压管5、中心管4、第一限位块11和第二限位块7皆同轴安装，承压管5上的两处环形开槽用于安装轴用弹性挡圈6，轴用弹性挡圈6与第二限位块7和第一限位块11接触，从而固定承压管5。

进一步的，承压管5和中心管4的远离小喷头3的一端安装小堵头8，中心管4穿过小堵头8。

中心管4固定在承压管5的内部，小堵头8与承压管5和中心管4焊接，焊接后车平外圆，三者同轴。

进一步的，弯管10对称设置两个，两个弯管10焊接在承压管5的开孔处，承压管5的沉孔与弯管10的内径同轴且等径。

弯管10和承压管5焊接后车平外圆，甲烷与空气的混合气体从弯管10注入承压管5。

进一步的，在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气体经弯管10注入承压管5内，地面通过电缆控制井下的点火器12工作，使混合气燃烧。

本装置在使用时，在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气体经弯管10注入承压管5内，地面通过电缆控制井下的点火器12工作，使混合气燃烧，燃烧加热装置外部安装耐高温保护罩，点火燃烧后火焰不断加热保护罩，从而提高井筒内的温度，从而加热储层，进而可打破天然气水合物相平衡条件，促进天然气水合物分解，弥补天然气水合物自然降压开采产能低的缺点。

采气过程中主井眼中水平段充满水，如果将燃烧装置直接置于井筒中，不利于点火作业并影响加热范围，因此，燃烧装置外部安装耐高温保护罩，点火燃烧后火焰不断加热保护罩，从而提高井筒内的温度。利用甲烷燃烧稳定且温升的特点，设计使用甲烷为原料的加热装置，并设计与加热装置相关的完井方案和工艺流程，装置点火燃烧后，产生火焰不断加热保护罩，从而提高井筒内的温度，进而提高储层温度，促进天然气水合物的分解，提高开采天然气水合物的效率。

本装置结构原理简单，点火稳定性高，产热量大，便于井下甲烷燃烧加热装置的工程化应用，可用于多种加热工艺中以实现对储层的能量补充，其中包括主井眼加热以及分支井眼加热工艺。

本发明提供的井下甲烷燃烧加热装置，包括外壳壳体1，外壳壳体1的一端固定安装外壳喷头2，外壳壳体1的内部固定安装承压管5，承压管5与外壳壳体1之间安装第一限位块11，第一限位块11上安装点火器12，承压管5的内部安装中心管4，承压管5和中心管4的一端固定安装小喷头3，承压管5的远离外壳喷头2的一端固定安装弯管10。在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气体经弯管10注入承压管5内，地面通过电缆控制井下的点火器12工作，使混合气体燃烧，燃烧加热装置外部安装耐高温保护罩，点火燃烧后火焰不断加热保护罩，从而提高井筒内的温度，从而加热储层，进而可打破天然气水合物相平衡条件，促进天然气水合物分解，弥补天然气水合物自然降压开采产能低的缺点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，包括外壳壳体，所述外壳壳体的一端固定安装外壳喷头，所述外壳壳体的内部固定安装承压管，所述承压管与所述外壳壳体之间安装第一限位块，所述外壳喷头的左端面与所述第一限位块接触，所述第一限位块上安装点火器，所述承压管的内部安装中心管，所述承压管和所述中心管的一端固定安装小喷头，所述小喷头的出口处做缩口处理，所述承压管的远离所述外壳喷头的一端固定安装弯管。

2.根据权利要求1所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述承压管的远离所述弯管的一端设置燃烧口，所述燃烧口周向均布四组，每组所述燃烧口的数量为十个，所述燃烧口均在所述外壳喷头与所述第一限位块围成的空间内。

3.根据权利要求1或2所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述外壳壳体的远离所述外壳喷头的一端安装压盖，所述承压管穿过所述压盖。

4.根据权利要求3所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述压盖上设置两个吊孔。

5.根据权利要求4所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述点火器包括引火装置和引火点，所述点火器的引火装置端在所述压盖处导出，所述引火点固定在所述第一限位块的小孔上。

6.根据权利要求3所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述承压管与所述外壳壳体之间安装第二限位块，所述压盖的右端面与所述第二限位块接触。

7.根据权利要求6所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述承压管上设置两处环形开槽，两处所述环形开槽上均安装轴用弹性挡圈，两个所述轴用弹性挡圈分别与所述第二限位块和所述第一限位块接触。

8.根据权利要求1所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述承压管和所述中心管的远离所述小喷头的一端安装小堵头，所述中心管穿过所述小堵头。

9.根据权利要求1-8任一项所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，所述弯管对称设置两个，两个所述弯管焊接在所述承压管的开孔处，所述承压管的沉孔与所述弯管的内径同轴且等径。

10.根据权利要求1-9任一项所述的井下甲烷燃烧加热装置，其特征在于，在地面将空气与甲烷按照预定比例混合，形成预制混合气并利用空气压缩机将混合气体沿管道输送至井下，混合气体经弯管注入承压管内，地面通过电缆控制井下的点火器工作，使混合气燃烧。