一种天然气水合物开采装置和方法制造方法及图纸

一种天然气水合物开采装置，其特征在于：主要包括开采船、压缩机、燃气发动机、涡流管和气液分离器，其开采方法是：钻通水合物盖层和储层，形成两注气井，二者构成连通井，用筛管对水平段完井。开采船上的压缩机将天然气增压后输往涡流管，涡流管的热端管出口的热流体通过注气管线加注到注气井，热气流通过筛管进入水合物储层内的水合物，使其受热分解为天然气，通过生产井开采出地面。与现有的技术相比，本发明专利技术采用水合物开采出的天然气作为动力源，无需消耗额外能源，具有投资成本低、运行费用少、环保、高效等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物开采装置和方法
:本专利技术涉及一种天然气水合物开采装置和开采方法，属于天然气水合物开采领域。
技术介绍
:天然气水合物是在低温高压条件下由CH4、CO2及H2S等小分子气体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，因遇火可以燃烧，又称可燃冰。1立方米天然气水合物可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水，是一种极为高效清洁的能源。目前已发现水深3000米以内的天然气水合物中CH4的碳总量相当于全世界已知煤、石油、天然气总量的二倍，约2.1×1016m3，可满足人类1000年的能源需求。当前的水合物开采方法主要有：热激法、减压法、化学试剂法。热激法是直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。选取的加热方法有注入热水或蒸汽法、电磁加热法以及微波加热法等。该方法的主要缺点是热能损失大，加热中有10％到75％的热损失掉，热利用效率较低，开发的成本较高。化学试剂法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇等来改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物的稳定温度，促使天然气水合物分解。这种方法缺点是作用缓慢，费用太高。另外，所加注的化学试剂可能对环境造成较大的破坏。降压开采法是通过降低压力使天然气水合物稳定的相平衡曲线发生移动，从而促使天然气水合物分解的开采方法。一般是通过抽取水合物层下的游离体天然气实现降低水合物的压力，使与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。降压开采天然气往往速度较慢，而且对天然气水合物藏层的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压法才具有经济可行性。当前的水合物开采技术普遍存在开采效率低、生产成本高，开采过程中储层容易坍塌失稳等问题，为了克服现有技术的缺陷，提出了一种海底水合物开采装置，为实现水合物的高效、大规模开采开辟了一条新的途径。
技术实现思路
：一种天然气水合物开采装置，其特征在于：主要包括开采船、压缩机、燃气发动机、涡流管、气液分离器、供气管线、注气管线、集气管线以及冷气回收管线，其中压缩机、燃气发动机、涡流管以及气液分离器均安装于开采船上，压缩机的出气口与涡流管的涡流室通过供气管线相连，涡流管的热端管出口与注气管线相连，涡流管的冷端管出口通过冷气回收管线与气液分离器的冷气入口相连通，气液分离器进气口与集气管线相连，气液分离器出口管线上设有气体分配器，气体分配器有三个出口，一个出口与外输管线相连，另两个出口分别通过管线与压缩机的进气口以及燃气发动机的进气口相连。所述的涡流管由涡流室、冷端管、热端管组成，热端管的末端安装有热力调节阀，热端管的出口通过注气管线分别与注气A井和注气B井相连。气液分离器顶部为半球状壳体，中部为圆筒体，下部为漏斗状锥体，气液分离器半球状壳体顶部设有出气口，锥体侧壁设有排液口，漏斗状锥体底部中心设置有排污口，排污口上安装有排污阀，圆筒壁面分别设有采出气进口和冷气进口，采出气进口与气液分离器的圆筒体的壁面保持相切，冷气进口与圆筒体壁面保持垂直，采气进口通过集气管线与生产井井口相连。所述的涡流管的数目可以为一个，也可以为多个并联工作。一种天然气水合物开采方法，其特征在于，开采步骤如下：钻通水合物盖层和水合物储层，形成注气A井和注气B井，二者保持连通，构成连通井，用筛管对水平段完井，开采船上的压缩机将天然气增压后输往涡流管的涡流室，通过热力调节阀控制冷、热流体比例，涡流管的热端管出口的热流体通过注气管线加注到注气A井和注气B井，热气流通过筛管进入水合物储层，水合物受热分解，在水合物储层内形成采气腔，钻生产井连通采气腔，采气腔内积聚的天然气通过与生产井相连的集气管线进入气液分离器的采出气进口，在气液分离器中进行气液分离，分离出的液体从排液口排出，分离出的天然气通过出气口进入气体分配器，气体分配器将天然气分为三部分，一部分作为工作介质进入压缩机进行增压，驱动涡流管工作以产生热气流；一部分天然气进入燃气发动机进气口，作为燃气发动机燃料；其余气体则通过气体外输管线输往陆上终端或FPSO、海洋平台的天然气处理设备进行进一步处理。涡流管冷端管的低温天然气通过气液分离器的冷气进口进入气液分离器，降低天然气温度，促进气液分离，分离出的液体通过排液口排出，一些固体杂质沉积在气液分离器底部，定期开启排污阀，通过排污口排出。通过热流调节阀控制进入涡流管的冷端管和热端管的气体流量比例，从而调节冷气出口与热气出口的气流温度。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)利用开采出天然气作为能源驱动燃气压缩机工作，无需额外动力，配套系统少，开采成本低；(2)利用涡流管产生的热气流加热水合物储层，适用范围广，对储层无特殊要求；(3)无需化学药剂，对环境无污染，实现了绿色环保开采。附图说明：图1为本专利技术的组成示意图；图2为涡流管工作原理示意图；图3为气液分离器结构示意图；图4为本专利技术工作示意图；图5为多个涡流管并联工作示意图；图6为陆上水合物开采示意图。图中：1-开采船；2-压缩机；3-燃气发动机；4-涡流管；5-气液分离器；6-供气管线；7-注气管线；8-冷气回收管线；9-集气管线；10-气体分配器；11-外输管线；12-注气A井；13-注气B井；14-生产井；15-水合物盖层；16-水合物储层；17-水合物储层以下底层；18-筛管；19-采气腔；20-涡流室；21-冷端管；22-热端管；23-热力调节阀；24-出气口；25-排液口；26-排污口；27-排污阀；28-采出气进口；29-冷气进口。具体实施方式:如图1所示，一种天然气水合物开采装置，其特征在于：主要包括开采船1、压缩机2、燃气发动机3、涡流管4、气液分离器5、供气管线6、注气管线7、冷气回收管线8以及集气管线9，其中压缩机2、燃气发动机3、涡流管4以及气液分离器5均安装于开采船1上,压缩机2的出气口24与涡流管4的涡流室20通过供气管线6相连，涡流管4的热端管22的出口与注气管线7相连，涡流管4的冷端管21的出口通过冷气回收管线8与气液分离器5的冷气进口29相连通，气液分离器5采出气进口28与集气管线9相连，与气液分离器5的出气口24相连的管线上设有气体分配器10，气体分配器10有三个出口，一个出口与外输管线11相连，另两个出口分别通过管线与压缩机2的进气口以及燃气发动机3的进气口相连。如图2所示，涡流管4由涡流室20、冷端管21、热端管22组成，热端管22的末端安装有热力调节阀23，热端管22的出口通过注气管线7分别与注气A井12和注气B井13相连。如图3所示，气液分离器5顶部为半球状壳体，中部为圆筒体，下部为漏斗状锥体，气液分离器5半球状壳体顶部设有出气口24，锥体侧壁设有排液口25，漏斗状锥体底部中心设置有排污口26，排污口上安装有排污阀27，圆筒壁面分别设有采出气进口28和冷气进口29，采出气进口28与气液分离器5的圆筒体的壁面保持相切，冷气进口29与圆筒体壁面保持垂直，采出气进口28通过集气管线9与生产井14井口相连。本专利技术开采天然气水合物的步骤如下：如图1所示，水合物储层16上部为水合物盖层15，下部为水合物储层以下底层17。钻通水合物盖层15和水合物储层16，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气水合物开采装置，其特征在于：主要包括开采船(1)、压缩机(2)、燃气发动机(3)、涡流管(4)、气液分离器(5)、供气管线(6)、注气管线(7)、冷气回收管线(8)以及集气管线(9)，其中压缩机(2)、燃气发动机(3)、涡流管(4)以及气液分离器(5)均安装于开采船(1)上，压缩机(2)的出气口与涡流管(4)的涡流室(20)通过供气管线(6)相连，涡流管(4)的热端管(22)出口与注气管线(7)相连，涡流管(4)的冷端管(21)出口通过冷气回收管线(8)与气液分离器(5)的冷气入口相连通，气液分离器(5)进气口与集气管线(9)相连，气液分离器(5)出口管线上设有气体分配器(10)，气体分配器有三个出口，一个出口与外输管线(11)相连，另两个出口分别通过管线与压缩机(2)的进气口以及燃气发动机(3)的进气口相连。

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物开采装置，其特征在于：主要包括开采船(1)、压缩机(2)、燃气发动机(3)、涡流管(4)、气液分离器(5)、供气管线(6)、注气管线(7)、冷气回收管线(8)以及集气管线(9)，其中压缩机(2)、燃气发动机(3)、涡流管(4)以及气液分离器(5)均安装于开采船(1)上，压缩机(2)的出气口与涡流管(4)的涡流室(20)通过供气管线(6)相连，涡流管(4)的热端管(22)出口与注气管线(7)相连，涡流管(4)的冷端管(21)出口通过冷气回收管线(8)与气液分离器(5)的冷气入口相连通，气液分离器(5)进气口与集气管线(9)相连，气液分离器(5)出口管线上设有气体分配器(10)，气体分配器有三个出口，一个出口与外输管线(11)相连，另两个出口分别通过管线与压缩机(2)的进气口以及燃气发动机(3)的进气口相连。2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述的涡流管(4)由涡流室(20)、冷端管(21)、热端管(22)组成，热端管(22)的末端安装有热力调节阀(23)，热端管(22)的出口通过注气管线(7)分别与注气A井(12)和注气B井(13)相连。3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述气液分离器(5)顶部为半球状壳体，中部为圆筒体，下部为漏斗状锥体，气液分离器(5)的半球状壳体顶部设有出气口(24)，锥体侧壁设有排液口(25)，漏斗状锥体底部中心设置有排污口(26)，排污口上安装有排污阀(27)，圆筒壁面分别设有采出气进口(28)和冷气进口(29)，采出气进口(28)与分离器(5)的圆筒体的壁面保持相切，冷气进口(29)与圆筒体壁面保持垂直，采气进口(28)通过集气管线(9)与生产井(14)井...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁法春，韩璐媛，陈婧，王晓霖，曹学文，刘德绪，杜丽民，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37