一种基于热管技术的天然气水合物开采装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于热管技术的天然气水合物开采装置，包括若干延伸至天然气水合物储层的开采井和采出井，各开采井包括开采井竖直段和位于天然气水合物储层中的开采井水平段，所述采出井包括采出井竖直段和位于天然气水合物储层中的采出井水平段，位于采出井竖直段的采出井井口处连接设置有气液分离器，所述开采井水平段的井壁上呈放射状均匀设置有若干伸入天然气水合物储层的热管。本发明专利技术还公开了一种基于热管技术的天然气水合物开采方法。本发明专利技术利用热管将开采井内的热水热量传导至天然气水合物储层，将大部分热量破坏水合物相平衡而非加热孔隙气体液体和沉积物，降低热量在储层中的损耗，有效强化热量传递，可用于天然气水合物的大规模开采。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热管技术的天然气水合物开采装置及方法
本专利技术涉及一种天然气水合物的开采领域，特别涉及一种基于热管技术的天然气水合物开采装置及方法。
技术介绍
天然气水合物是由天然气（CH4占多数，另有少量的C2H6、C3H8和C4H10）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CO2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有条件的热力学稳定性，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孔隙气体液体和沉积物。针对传统注热法开采天然气水合物加热区域少、传热方向不可控的问题，本专利技术提出了利用热管技术开采天然气水合物的方法，实现热量定向传递，显著扩大了加热区域，使大部分热量用于破坏水合物相平衡，从而极大提高了热量的利用效率。
技术实现思路
针对传统注热法开采天然气水合物加热区域少、传热方向不可控的问题，本专利技术提出了一种基于热管技术开采天然气水合物的装置及方法。本专利技术采用如下方法实现：一种基于热管技术的天然气水合物开采装置，包括若干延伸至天然气水合物储层的开采井和采出井，各个开采井包括开采井竖直段和位于天然气水合物储层中的开采井水平段，所述采出井包括采出井竖直段和位于天然气水合物储层中的采出井水平段，位于采出井竖直段的采出井井口处连接设置有气液分离器，所述开采井水平段的井壁上呈放射状均匀设置有若干伸入天然气水合物储层的热管。优选地，所述的热管采用柔性热管或伸缩式热管。优选地，所述开采井水平段的井壁上沿长度方向均匀间隔的设置有若干热管组，各个热管组均由位于开采井水平段的同一横截面上的若干热管沿井壁周向呈放射状均匀分布组成。优选地，各个热管组中相邻两根热管之间的夹角为30°~45°。优选地，相邻两个热管组的间距为4~8米，太密造成不必要浪费，提高成本，太稀则会影响加热效果。优选地，所述的开采井和采出井内分别设置有开采井温压检测器、采出井温压检测器。优选地，所述的天然气水合物储层处于上覆地层和下覆地层之间。优选地，所述采出井水平段位于开采井水平段上方且靠近上覆地层。一种基于所述开采装置的天然气水合物开采方法，包括步骤：初期采用降压方式进行开采，天然气水合物储层内的水合物降压分解产生天然气，携带有液体组分的天然气流动至采出井水平段，接着经采出井竖直段输送至气液分离器，从而获得所需产品甲烷气；当天然气水合物储层压力降至储层温度所对应水合物相平衡压力的15%以下时，通过开采井井口注入热流体，所述热流体经开采井竖直段流动至开采井水平段后，由热管将热量均匀传递至天然气水合物储层，促使水合物分解；封闭开采井井口和采出井井口，控制开采井和采出井内的温度和压力；天然气水合物储层内的水合物受热分解产生天然气，携带有液体组分的天然气流动至采出井水平段，经采出井竖直段输送至气液分离器，从而获得所需产品甲烷气。优选地，所述热流体采用热水、热盐水、热蒸汽或热乙二醇，温度范围为80°C~120°C。本专利技术对比现有技术，具有如下优势：本专利技术利用热管技术将开采井水平段内的热流体热量传导至天然气水合物储层，将大部分热量破坏水合物相平衡而非加热孔隙气体液体和沉积物，实现热量定向传递，显著扩大了加热区域，从而极大提高了热量的利用效率。附图说明图1是本专利技术一种基于热管技术的天然气水合物开采的装置图。图2是图1中A-A剖视结构示意图图中所示为：1-开采井井口、2-上覆地层、3-热水、4-开采井竖直段、5-天然气水合物储层、6-下覆地层、7-开采井水平段、8-热管、9-采出井水平段、10-气液混合物、11-采出井竖直段、12-采出井井口、13-气液分离器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例一如图1所示，一种基于热管技术的天然气水合物开采装置，包括若干延伸至天然气水合物储层5的开采井和采出井，各个开采井包括开采井竖直段4和位于天然气水合物储层5中的开采井水平段7，所述采出井包括采出井竖直段11和位于天然气水合物储层5中的采出井水平段9，位于采出井竖直段11的采出井井口12处连接设置有气液分离器13，所述开采井水平段7的井壁上呈放射状均匀设置有若干伸入天然气水合物储层5的热管8，所述的热管8采用柔性热管或伸缩式热管。所述开采井水平段7的井壁上沿长度方向均匀间隔的设置有若干热管组，各个热管组均由位于开采井水平段7的同一横截面上的若干热管8沿井壁周向呈放射状均匀分布组成，各个热管组中相邻两根热管8之间的夹角为45°(见图2)。相邻两个热管组的间距为4~8米，太密造成不必要浪费，提高成本，太稀则会影响加热效果。另外，所述的开采井和采出井内分别设置有开采井温压检测器14、采出井温压检测器15，用于协助控制丼内温度和压力。本实施例的天然气水合物储层5处于上覆地层2和下覆地层6之间。所述采出井水平段9位于开采井水平段7上方且靠近上覆地层2。实施例二一种基于所述开采装置的天然气水合物开采方法，包括步骤：S1、初期采用降压方式进行开采，天然气水合物储层5内的水合物降压分解产生天然气，携带有液体组分的天然气流动至采出井水平段9，接着经采出井竖直段11输送至气液分离器13，从而获得所需产品甲烷气；S2、当天然气水合物储层5压力降至储层温度所对应水合物相平衡压力的15%以下时，通过开采井井口1注入80°C~120°C的热流体，如热水、热盐水、热蒸汽或热乙二醇，所述热流体经开采井竖直段4流动至开采井水平段7后，由热管8将热量均匀传递至天然气水合物储层5，促使水合物分解；S3、封闭开采井井口1和采出井井口12，控制开采井和采出井内的温度和压力；S4、天然气水合物储层5内的水合物受热分解产生天然气，携带有液体组分的天然气流动至采出井水平段9，经采出井竖直段11输送至气液分离器13，从而获得所需产品甲烷气。上述实施例提供的基于热管技术的天然气水合物开采装置和方法在开采水合物时能将大部分热量破坏水合物相平衡而非加热孔隙气体液体和沉积物，有效强化热量传递，降低热量在储层中的损耗，显著扩大了加热区域，从而极大提高了热量的利用效率，可用于天然气水合物的大规模开采，结构简单，成本低，施工方便。本专利技术的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本专利技术进行改动而不脱离本专利技术的设计范围。倘若这些改动属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围内，则本专利技术的意图也包含这些改动和变形在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，包括若干延伸至天然气水合物储层（5）的开采井和采出井，各个开采井包括开采井竖直段（4）和位于天然气水合物储层（5）中的开采井水平段（7），所述采出井包括采出井竖直段（11）和位于天然气水合物储层（5）中的采出井水平段（9），位于采出井竖直段（11）的采出井井口（12）处连接设置有气液分离器（13），所述开采井水平段（7）的井壁上呈放射状均匀设置有若干伸入天然气水合物储层（5）的热管（8）。

【技术特征摘要】
1.一种基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，包括若干延伸至天然气水合物储层（5）的开采井和采出井，各个开采井包括开采井竖直段（4）和位于天然气水合物储层（5）中的开采井水平段（7），所述采出井包括采出井竖直段（11）和位于天然气水合物储层（5）中的采出井水平段（9），位于采出井竖直段（11）的采出井井口（12）处连接设置有气液分离器（13），所述开采井水平段（7）的井壁上呈放射状均匀设置有若干伸入天然气水合物储层（5）的热管（8）。2.根据权利要求1所述的基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的热管（8）采用柔性热管或伸缩式热管。3.根据权利要求1所述的基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，所述开采井水平段（7）的井壁上沿长度方向均匀间隔的设置有若干热管组，各个热管组均由位于开采井水平段（7）的同一横截面上的若干热管（8）沿井壁周向呈放射状均匀分布组成。4.根据权利要求1所述的基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，各个热管组中相邻两根热管（8）之间的夹角为30°~45°。5.根据权利要求1所述的基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，相邻两个热管组的间距为4~8米。6.根据权利要求1所述的基于热管技术的天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的开采井和采出井内分别设置有开采井温压检测器（14）、采出井温压检测器（15）。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：樊栓狮，陈建标，郎雪梅，王燕鸿，李刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44