一种利用单井联合地热开采水合物的装置及方法与流程

本发明属于天然气水合物开采技术领域，涉及到一种利用单井联合地热开采天然气水合物的装置及方法。

背景技术：

能源问题是当今世界面临的十大问题之一，能源是当今世界发展的基础，纵观历史，人类文明的发展史就是能源的发展史，从薪柴到蒸汽再到煤炭，石油、电能，人类社会的发展总是伴随着能源的变换。因此能源的短缺会阻碍世界的发展，如今，传统的化石能源的需求越来越大，但新发现的矿藏越来越少，单靠煤炭、石油等能源难以满足人类未来的发展，因此，发展新能源迫在眉睫。

天然气水合物又名可燃冰，含烃量极高，热值高，燃烧后只产生co2与水，无环境污染，可用于替代煤炭石油等传统能源。世界上已发现的‘可燃冰’中碳含量约为已勘探的所有化石能源含碳量的两倍，因此天然气水合物是一项有着极大发展前景的新能源。

传统开采天然气水合物的方法能耗较高，经济性差，因此，本发明提出了一种利用地热能开采天然气水合物的新方法，降低了开采天然气水合物所需能耗，同时应用单井即可开采天然气水合物，开采设备建造成本低。

技术实现要素：

本发明提供了一种利用单井联合地热开采天然气水合物的方法，降低了开采天然气水合物所需能耗，同时应用单井即可开采天然气水合物，开采设备建造成本低。

本发明的技术方案：

一种利用单井联合地热开采水合物的装置，包括气液分离装置1、高压泵2、污水回流管道3、天然气采出管道4、天然气储气罐5、第一射孔10、第一水平段11、海水注入通道12、内套管13、第二射孔14、封隔器15、第三射孔16、第二水平段17和双分支水平井18；

所述的双分支水平井18为l型，分为海水注入通道12、第一水平段11和第二水平段17；双分支水平井18的竖直段和第一水平段11为双层套管，组成海水注入通道12；第二水平段17与双分支水平井18的外套管相连通；海水注入通道12伸入至地热层9，第一水平段11位于地热层9；第一水平段11的外层套管上和第二水平段17的套管上分别设有多个均布的第一射孔10和第三射孔16；位于天然气水合物层7，海水注入通道12的竖直段设有第二射孔14和封隔器15，第二射孔14和封隔器15均位于第二水平段17下方，第二射孔14位于封隔器15下方；

所述的气液分离装置1固定在双分支水平井18的入口端，其通过高压泵2将分离后的污水经污水回流管道3再次回流至双分支水平井18的海水注入通道12；气液分离装置1经天然气采出管道4与天然气储气罐5相连通。

一种利用单井联合地热开采水合物的方法，步骤如下：

1)选取海底赋存天然气水合物，同时天然气水合物层7下方存在地热层9的海域作为目标海域，其温度为170℃；打一口双分支水平井18，为双层套管井，一个分支位于地热层9，另一分支位于天然气水合物层7；分别对位于地热层9和天然气水合物层7的第一水平段11的外层套管上和第二水平段17的套管上分别开设有第一射孔10和第三射孔16；在双分支水平井18靠近天然气水合物层7底部位置的外套管上开设有第三射孔16，在第三射孔16顶端4～5m处安装封隔器15；

2)用高压泵2将海水通过海水注入通道12注入到地热层9，海水被加热后经第一射孔10进入内套管13和外套管之间的通道内，向上运行至第二射孔14后，从第二射孔14进入到天然气水合物层7，天然气水合物受热分解；分解产物经第二水平段17进入外套管，回收到海面，经气液分离装置1后得到水和较纯净的天然气，分离后的水再次回注入地热层9。

本发明的有益效果：本发明的一种利用单井联合地热开采水合物的方法是联合海底的地热资源开采天然气水合物，降低了传统热激法开采天然气水合物的能耗，同时单井开采节省了建造，运营的成本。

附图说明

图1是一种利用单井联合地热开采天然气水合物的装置示意图。

图中：1气液分离装置；2高压泵；3污水回流管道；4天然气采出管道；5天然气储气罐；6海水层；7天然气水合物层；8天然气水合物层与地热层之间的岩层；9地热层；10第一射孔；11第一水平段；12海水注入通道；13内套管；14第二射孔；15封隔器；16第三射孔；17第二水平段；18双分支水平井。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

(1)储层选取

根据所勘探的地质资料选取海底赋存天然气水合物，同时天然气水合物储层下方存在干热岩式地热储层的海域作为目标海域，其中海底干热岩储层的温度为170℃；

(2)打一口双分支水平井18，该井为套管井，有两个水平分支，一个水平分支位于天然气水合物层7，另一个水平分支位于地热层9；对位于天然气水合物层7的第二水平段17进行射孔，形成第三射孔16；对位于地热层9的第一水平段11进行射孔，形成第一射孔10；对靠近天然气水合物层7底部的双分支水平井18的竖直段进行射孔，形成第二射孔14；在第二射孔14上方4～5m处安装封隔器；在井口安装气液分离装置1和高压泵2，除此以外，天然气采出管道4连接气液分离装置1和天然气储气罐5，污水回流管道3连接气液分离装置1和高压泵2；

(3)利用高压泵2抽取海水，并将海水经过海水注入通道12压入地热层9，冷的海水从第一水平段11的第一射孔10处流入地热层9，与干热岩接触，海水受热，温度上升；加热后的海水经过内套管13与外套管之间的通道从第二射孔14流入天然气水合物层7并扩散，天然气水合物与加热后的海水接触，加热后的海水对天然气水合物进行加热，破坏了天然气水合物的相平衡，使天然气水合物分解，产生天然气和水；天然气水合物分解所产生的天然气和水通过第二水平段17利用双分支水平井18的竖直段被回收至海平面；将回收至海平面的气液混合物利用气液分离装置1分离，得到较纯净的天然气和污水，天然气通过天然气采出管道4储存至天然气储气罐5，污水经过处理后通过污水回流管道3重新注入地热层9，进行循环利用。

技术特征：

技术总结
本发明属于天然气水合物开采技术领域，涉及一种利用单井联合地热开采水合物的装置及方法，包括一口双分支水平井，一个分支位于天然气水合物层，另一个分支位于干热岩。用泵将海水注入干热岩，海水经加热后由套管流入天然气水合物层，天然气水合物受热分解，分解产物经水合物层水平分支采出，通过气液分离装置后得到天然气和水，水再回注到地热层循环利用。本发明的优势是：(1)利用地热能开采水合物，减少了传统热激法开采水合物的能耗；(2)整个系统结构简单，成本相对较低。

技术研发人员：宋永臣;杨明军;刘慧全;蒋兰兰;赵佳飞
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2019.03.06
技术公布日：2019.07.02