CN1776191A - 一种天然气体水合物水下注热开采装置 - Google Patents

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冯自平
黄冲
肖睿
何世辉
唐良广
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Abstract

本发明提供了一种天然气体水合物水下注热开采装置，包括供电装置、控制装置，还包括压缩机1、蒸发器2、冷凝器3、膨胀阀5、加压泵6、注水管7；所述压缩机1、蒸发器2、冷凝器3、膨胀阀5形成为一个热泵，采用热泵的原理，从海底5度左右的海水中吸收热量，在蒸发器2中使制冷剂蒸发，然后进入压缩机1，将其升压，然后进入冷凝器3放热，将海水加热，加热后的海水由加压泵6加压，经注水管7进入开采套管8，并由此注入水合物层，用于水合物分解。制冷剂冷凝后经入膨胀阀5返回蒸发器。本装置可直接安装在海底平面使用，热效率高，完全消除了从海平面到热量注入口之间的沿程热损失，减少了注热的能量消耗。

Description

一种天然气体水合物水下注热开采装置
【技术领域】
本发明涉及天然气体水合物开采技术，尤其是一种天然气体水合物水下注热开采装置。
【技术背景】
天然气体水合物主要蕴藏在海洋中，是天然气在低温高压条件下与水相互作用形成的白色固态结晶物质。由于天然气水合物的自身特性，其开采方法与常规能源(如煤炭、石油、天然气等)的开发不同。比如，煤炭在矿井下是固体，由于其储藏深度小，所以可以直接采用固态开采，也就是说，开采后仍是固体；石油储藏深度大，但由于石油在地下是流体，因此可以以液态形式开采，开采后仍是流体。与煤炭、石油不同，天然气水合物在海洋底部虽然以固体形态埋藏，但开采技术与现有的煤炭和石油的均不同。综合各国科学家提出的天然气水合物开发技术，大体上可分为两类：气态开采和固态开采。
气态开采是参考石油开采的工艺过程，首先在地层中形成井筒，然后考虑如何人为地打破天然气水合物稳定存在的温度和压力条件，将蕴藏在沉积物中的水合物进行分解，最后再将天然气采至地面。主要包括：(1)加热法，是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物储层，促使温度上升达到水合物的分解；(2)降压法，是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；(3)化学剂法，将盐水、甲醇、乙醇等化学剂从井孔泵入地层后，可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，引起天然气水合物的分解。对于地下分解开采，由于大陆斜坡的不稳定、铺设的管道非常长、管道中易于形成水合物堵塞等原因，会产生一定的技术和经济问题。同时，以上各种开采技术都有其本身的局限性，如加热法热损失大、效率低，降压法开采速度慢，化学剂法费用昂贵等。以上这些因素，都有可能使得人们难以利用这种手段来开采天然气水合物资源。
对于注热开采技术而言，需要提供一种高效注热装置。以前的设想都是从海上平台注热，然而，此方法具有以下明显缺点：(1)沿程热量损失很大；(2)需要将热水压力从大气压一直升高到水合物藏所处位置的压力，从而导致很高的泵功；(3)管道摩擦阻力大。因此，目前还没有比较完善的天然气水合物注热开采技术。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种新型、高效的天然气水合物水下注热开采装置。
为达到以上目的，本发明采取了以下技术方案：
如图1所示，本发明的装置包括压缩机1、蒸发器2、冷凝器3、过滤器4、膨胀阀5、加压泵6、注水管7，所述压缩机1、蒸发器2、冷凝器3、膨胀阀5形成为一个热泵，采用热泵的原理，采用CO2等制冷剂，从海底5度左右的海水中吸收热量，在蒸发器2中使制冷剂蒸发，蒸发器中的制冷剂温度在0-5度之间，然后进入压缩机1，将其升压升温，然后进入冷凝器3放热，将海水加热，加热后的海水由加压泵6加压，经注水管7进入采气套管8，并由此注入水合物层，用于水合物分解。制冷剂冷凝后进入膨胀阀5降压，然后进入蒸发器2吸热，再返回压缩机1循环使用。
所述冷凝器3上连接有过滤器4，以过滤海水中的泥沙、海草及其它浮游生物，防止它们进入冷凝器3堵塞管道。
为便于控制温度，在冷凝器3的输出热水管道上可设置温度传感器9。
此外，本发明装置还装配有供电装置、控制装置等。
本装置可直接安装在海底平面使用(如图2所示)，与传统的平台注入技术相比：本发明具有如下优势：
(1)热效率很高，假设其COP(Coefficient Of Performance的简称，即性能系数)＝3，那就意味着，输入1度电能，可以产生3度电的热量，由此远远高于通过平台注热热量的方法。
(2)完全消除了从海平面到热量注入口之间的沿程热损失；
(3)由于泵的入口压力为海底的当地压力，所以，将热量输送到水合物层所消耗的泵功远小于从海平面注热。
【附图说明】
图1是本发明装置实施例结构示意图
图2是本发明装置使用状态示意图
附图标记说明
压缩机1，蒸发器2，冷凝器3，过滤器4，膨胀阀5，加压泵6，注水管7，采气套管8，温度传感器9
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步说明：
实施例1
采用图1所示的装置，采用CO2为制冷剂，从海底5度左右的海水中吸收热量，在蒸发器2中使制冷剂蒸发，蒸发器中的制冷剂温度在0-5度之间。根据温度传感器9感受的温度，调整供应给加压泵6的频率和电压，控制冷凝器3出水温度75℃，热泵系统的COP达到4以上。
实施例2
采用图1所示的装置，采用CO2为制冷剂，从海底5度左右的海水中吸收热量，在蒸发器2中使制冷剂蒸发，蒸发器中的制冷剂温度在0-5度之间。根据温度传感器9感受的温度，调整供应给加压泵6的频率和电压，控制冷凝器3出水温度90℃，热泵系统的COP达到3以上。

Claims (5)

1、一种天然气体水合物水下注热开采装置，包括供电装置、控制装置，其特征在于还包括压缩机(1)、蒸发器(2)、冷凝器(3)、膨胀阀(5)、加压泵(6)、注水管(7)，所述压缩机(1)、蒸发器(2)、冷凝器(3)、膨胀阀(5)形成为一个热泵，采用热泵的原理，从海底5度左右的海水中吸收热量，在蒸发器(2)中使制冷剂蒸发，然后进入压缩机(1)，将其升压，然后进入冷凝器(3)放热，将海水加热，加热后的海水由加压泵(6)加压，经注水管(7)进入开采套管(8)，并由此注入水合物层，用于水合物分解；制冷剂冷凝后进入膨胀阀(5)降压，然后进入蒸发器(2)吸热，再返回压缩机(1)循环使用。
2、如权利要求1所述的天然气体水合物水下注热开采装置，其特征在于：采用CO2为制冷剂。
3、如权利要求1或2所述的天然气体水合物水下注热开采装置，其特征在于：蒸发器中的制冷剂温度在0-5度之间。
4、如权利要求1所述的天然气体水合物水下注热开采装置，其特征在于：所述冷凝器(3)上连接有过滤器(4)。
5、如权利要求1所述的天然气体水合物水下注热开采装置，其特征在于：所述冷凝器(3)输出热水管道上连接有温度传感器(9)。
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