CN208803832U - 一种天然气水合物多分支井微波加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种天然气水合物多分支井微波加热装置，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层的开采井，所述开采井包括垂直井段和位于天然气水合物储层中的水平井段；所述水平井段内安装有套管，所述套管包括微波加热套管，所述微波加热套管内嵌装有用于产生微波的微波加热器，所述微波加热套管具有可供微波穿透的穿透区。本实用新型通过将微波加热器嵌装在微波加热套管中，且在微波加热套管设置可供微波穿透的穿透区，进而使微波加热器的热量集中从该穿透区到达天然气水合物储层，充分利用微波加热器的热量，降低输热损失进而提高开采效率。

Description

一种天然气水合物多分支井微波加热装置

技术领域

本实用新型涉及天然气水合物开采技术领域，尤其涉及一种天然气水合物多分支井微波加热装置。

背景技术

天然气水合物是由天然气(甲烷占多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷等)和水在较低温度和较高压力的条件下形成的一种笼型固体化合物。

天然气水合物主要分布于永久冻土中或水深超过300米的海底沉积物中，是地球上最丰富的非传统能源资源之一。

目前，天然气水合物开采方法主要有注热法、降压法、注化学试剂法和二氧化碳置换法或联合以上两种方法。这些方法都是通过打破天然气水合物在原位条件下的热力学稳定性，以达到分解产生天然气的目的。

其中，注热法主要是将热水、蒸汽、热盐水或其他热的流体从地面利用高压泵打入天然气水合物储层，使水合物储层的温度上升，从而达到天然气水合物分解的目的。注热法能有效地促进水合物分解，适用范围广，但存在输热损失大、热利用效率低、加热区域小及传热方向不可控等缺点，致使大部分热量用于加热沉积物及孔隙内的气体和液体。

还有一种是利用微波加热的方式实现促进水合物分解的目的，但是微波加热工具发射的微波在金属表面不能穿越，而且现有的技术方案没有考虑微波加热工具的合理布局，这使得采用微波加热的方式在一定程度上受到限制，同时也造成了输热损失大以及热利用效率低的缺点。

鉴于上述缺陷，有必要提出一种天然气水合物多分支井微波加热装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种天然气水合物多分支井微波加热装置，旨在降低天然气水合物开采过程中的输热损失以及提高热利用效率。

为实现上述目的，本实用新型提出的天然气水合物多分支井微波加热装置，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层的开采井，所述开采井包括垂直井段和位于天然气水合物储层中的水平井段；

所述水平井段内下有套管，所述套管包括微波加热套管，所述微波加热套管内嵌装有用于产生微波的微波加热器，所述微波加热套管具有可供微波穿透的穿透区。

优选地，所述穿透区采用非金属套管。

优选地，所述套管还包括非微波加热套管和非微波加热套管，所述微波加热套管与所述非微波加热套管间隔排布。

优选地，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在所述水平井段的防砂装置，所述防砂装置设置在所述非微波加热套管处。

优选地，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在水平井段内的温度监测器和压力监测器。

优选地，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在开采井的井上区域的智能控制系统，所述智能控制系统与所述温度监测器、压力监测器以及微波加热器连接。

优选地，所述分支井眼为若干个。

优选地，所述分支井眼的数量为两个，两个所述分支井眼方位相反，且两个所述水平井段在竖直方向上相隔一定距离。

本实用新型技术方案中，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层的开采井，所述开采井包括垂直井段和位于天然气水合物储层中的水平井段；所述水平井段内安装有套管，所述套管包括微波加热套管，所述微波加热套管内嵌装有用于产生微波的微波加热器，所述微波加热套管具有可供微波穿透的穿透区。本实用新型通过将微波加热器嵌装在微波加热套管中，且在微波加热套管设置可供微波穿透的穿透区，进而使微波加热器的热量集中从该穿透区到达天然气水合物储层，充分利用了微波加热器的热量，降低了输热损失进而提高了开采效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例天然气水合物多分支井微波加热装置的示意图。

图中1-电缆，2-流量计，3-井口压力监测器，4-温度监测器，5-电源系统，6-智能控制系统，7-井口装置，8-垂直井段，9-电潜泵，10-扶正器，11-水平井分支一，12-微波加热套管，13-非微波加热套管，14-防砂装置，15-天然气水合物储层，16-水平井分支二。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种天然气水合物多分支井微波加热装置，旨在降低天然气水合物开采过程中的输热损失以及提高热利用效率。

请参照图1，在本实用新型一实施例中，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层15的开采井，所述开采井包括垂直井段8和位于天然气水合物储层15中的水平井段；所述水平井段内安装有套管，所述套管包括微波加热套管12，所述微波加热套管12内嵌装有用于产生微波的微波加热器，所述微波加热套管12具有可供微波穿透的穿透区。本实用新型通过将微波加热器嵌装在微波加热套管12中，且在微波加热套管12设置可供微波穿透的穿透区，进而使微波加热器的热量集中从该穿透区到达天然气水合物储层15，充分利用微波加热器的热量，降低输热损失进而提高开采效率。

具体地，本实施例中，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层15的开采井，该开采井可根据需要设置多个分支井眼，多个所述分支井眼并列地错开设置。以所述分支井眼为一个为例进行说明，该开采井包括竖直延伸至天然气水合物储层15中的水平井段，还包括与该水平井段垂直连接，并位于天然气水合物储层15中的水平井段，其中该垂直井段8处安装有电潜泵9和扶正器10，在开采井的井口位置安装有井口装置7。通过在水平井段安装套管，该套管具体包括微波加热套管12，且该微波加热套管12内安装有微波加热器，通过该微波加热器产生微波以对天然气水合物储层15进行加热，提高开采效率。为了使微波能够有效通过该微波加热套管12，本实施例在该微波加热套管12上设置穿透区，该穿透区用于使微波从该处穿过。具体地，该穿透区可以采用不同的实现方式实现，例如将该穿透区选用非金属套管，使得微波可从该部分的非金属套管处穿透。其中，所述非金属套管优选为石英玻璃材料。或者在其他实施例中还可以选用陶瓷、聚四氟乙烯等可被微波穿透的非金属套管。

微波加热器通过井上的电源系统5通过电缆1提供能量，电源系统5利用钻井装置已有的电源供给系统，进而减小设备空间占用面积和经济成本。

需要说明的是，本实施例中所述水平井段的数量为两个，两个所述水平井段朝向相反的方向延伸设置，且两个所述水平井段在竖直方向上间隔设置，如图1所示的，水平井段分别包括水平井分支一11以及水平井分支二16。通过在相反方向设置两个水平井段，延伸水平方向的开采范围，进一步通过将两个相反反向的水平井段在垂直方向上设置一定间距，进而加大竖直方向上的开采范围。参照图1，左边的水平井段和右边的水平井段15相反分布，其在水平方向上的扩展面积可知明显大于在同一方向分布两个水平井段的方式。

在另一实施例中，所述水平井段的数量为两个，两个所述水平井段朝相同的方向延伸设置，且两个所述水平井段在竖直方向上间隔设置。当然，在其他实施例中，所述水平井段的数量还可以为多个，可以根据实际需要设计水平井段的数量和设计的方向。

此外，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在所述水平井段的防砂装置14，所述防砂装置14设置在所述非微波加热套管13处。由于防砂装置设置的位置需要下筛管，故设置有防砂装置14的位置不能采用微波加热套管12，所以本实施例中，在安装有防砂装置14的位置的井筒处采用非微波加热套管13，即非微波加热套管。在此情况下，所述微波加热套管12与所述非微波加热套管13间隔设置。微波加热套管12提供能量，实现天然气水合物储层15的分解，分解得到的流体通过防砂管柱进入井筒，在井筒内通过电潜泵9排水采气。

本实施例中，该穿透区设置的数量为多个，且多个所述穿透区在微波加热套管12上间隔分布。具体的分布方式可以根据实际需要进行设置。当然，在其他实施例中，所述穿透区还可以覆盖整个微波加热套管12，即整个微波加热套管12均采用非金属套管组成，当然需要说明的是，套管需要经过耐温、耐压性能测试以及强度校核，能够满足井下微波加热过程的复杂环境。

此外，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在水平井段内的温度监测器4和井口压力监测器3。进一步地，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在开采井的井上区域的智能控制系统6，所述智能控制系统6与所述温度监测器4、压力监测器3以及微波加热器连接。当然，可以理解的是，所述智能控制系统6还与电潜泵9、扶正器10、井口装置7以及井口的一些监测器连接，如流量计2，以获取这些设备的运行参数，根据运行参数调整开采进度。

所述智能控制系统6通过获取温度监测器4、压力监测器3等监测器采集的数据，对数据进行分析，并且可以根据电潜泵9以及其他设备的处理能力，设计合理井下微波加热工作制度，进而控制微波加热器的工作状态。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述天然气水合物多分支井微波加热装置包括延伸至天然气水合物储层的开采井，所述开采井包括垂直井段和位于天然气水合物储层中的水平井段；

所述水平井段内下套管，所述套管包括微波加热套管和非微波加热套管，所述微波加热套管内嵌装有用于产生微波的微波加热器，所述微波加热套管具有可供微波穿透的穿透区。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述穿透区采用非金属套管。

3.根据权利要求2所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述微波加热装置各分支井眼的套管在井下为间隔分布。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述套管还包括非微波加热套管，所述微波加热套管与所述非微波加热套管间隔设置。

5.根据权利要求4所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在所述水平井段的防砂装置，所述防砂装置设置在所述非微波加热套管处。

6.根据权利要求1所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在水平井段内的温度监测器和压力监测器。

7.根据权利要求6所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述天然气水合物多分支井微波加热装置还包括设置在开采井的井上区域的智能控制系统，所述智能控制系统与所述温度监测器、压力监测器以及微波加热器连接。

8.根据权利要求3所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述分支井眼的数量为若干个。

9.根据权利要求1～7任一项所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述水平井段的数量为两个，两个所述水平井段方位相反，且两个所述水平井段在竖直方向上间隔设置。

10.根据权利要求1～7任一项所述的天然气水合物多分支井微波加热装置，其特征在于，所述水平井段的数量为两个，两个所述水平井段方位相同，且两个所述水平井段在竖直方向上间隔设置。