本发明属于可燃冰开采技术领域，具体涉及一种用于可燃冰试采过程的天然气快速形成及原位存储系统。
背景技术：
深水油田开发中，伴生气由于规模限制，难以实现有效的回收，同时陆上油田的伴生气、油气田的试采气、天然气水合物矿藏的开采试验的采出天然气也都同样存在着回收困难的问题。水合物法采出气回收及原位存储工艺是基于天然气水合物的形成特性和条件，将采出的天然气通过加压降温等手段生成固态的水合物，并以比较温和的条件储存，实现天然气的回收和外输，对于促进伴生气的回收和油田开发中的节能减排具有重要作用。
针对水合物法试采气回收装置的工作特点，可以看出，水合物法伴生气及试采气的回收中有着独特的优势。目前国际上不少石油公司和研究机构都正在对水合物天然气储存装置展开全面的研究，但是国内外现有的水合物天然气储存装置或工艺大都存在水合物生成速率低、能耗高、物质循环利用率低等缺点，无法用于天然气试采过程的原位存储。本发明立足于对天然气水合物快速形成及原位存储储存条件等关键技术的研究，为我国将来建造水合物法天然气储存装置提供技术支持，这对于我国伴生气及试采气回收有着重要的意义。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种用于可燃冰试采过程的天然气快速形成及原位存储系统，该系统具有较高的天然气水合物生成速率及天然气转换效率，并具有物质循环利用率高、能耗低的特点，因而对我国伴生气及试采气回收有着重要的意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于可燃冰试采过程的天然气快速形成及原位存储系统，包括：水合物生成单元、天然气循环单元、水循环单元以及水合物输送及存储单元；
所述天然气循环单元和水循环单元分别与水合物生成单元连接，所述水合物生成单元与水合物输送及存储单元连接；
所述水合物生成单元包括超重力旋流器，可燃冰试采过程的采出气节流到水合物生成所需压力后进入超重力旋流器，同时可燃冰试采过程的采出水输送入超重力旋流器；可燃冰试采过程的采出气和采出水在超重力旋流器组内共同反应生成水合物；反应后生成的水合物与未反应的水共同形成水合物浆，所述水合物浆经过水合物输送及存储单元实现在可燃冰试采平台上原位存储。
进一步地，所述天然气循环单元包括：平台背压阀和压缩机；
采出气管线、平台背压阀、水合物生成单元和压缩机依次连接，所述压缩机连接采出气管线构成天然气循环管路。
可燃冰试采过程的采出气从采出气管线流出后，经过平台背压阀节流到水合物反应压力，直接进入水合物生成单元，未反应的采出气则从水合物生成单元流出，经压缩机升压后与采出气混合，再次进入水合物生成单元生产天然气水合物。
进一步地，所述水循环单元包括：储水罐、水泵、缓冲罐、旋风分离器和循环泵；
采出水管线、储水罐、水泵、水合物生成单元、缓冲罐、旋风分离器和循环泵依次连接，所述循环泵连接采出水管线构成水循环管路。
可燃冰试采过程的采出水从采出水管线流出后进入储水罐，后经水泵输送进入水合物生成单元，未反应的采出水则从水合物生成单元进入缓冲罐，后由缓冲罐出口进入旋风分离器，最终由旋风分离器下部出口流出进入循环泵，经循环泵再次输送回储水罐进行循环利用。
进一步地，所述缓冲罐、储水罐和循环泵分别连接缓冲罐冷却装置、储水罐冷却装置和循环泵冷却装置。
缓冲罐进口与四个超重力旋流器的出口相连，出口与旋风分离器的进口相连，外部配备的缓冲罐冷却装置可以防止水合物分解。
储水罐冷却装置用与给储水罐保冷，使储水罐内温度维持天然气水合物生成相平衡温度左右，方便水合物在储水罐内成核结晶。
循环泵配备的循环泵冷却装置，可以防止未反应采出水中的水合物晶核在流经循环泵时分解。
进一步地，所述储水罐内部分别设有搅拌装置和鼓泡装置，所述鼓泡装置将少量采出气鼓入储水罐中，通过所述搅拌装置与采出水混合进行气体溶解和水合物晶核的形成。
进一步地，所述储水罐中添加促进剂。促进剂可以是sds或者其他新型促进剂，比如：纳米石墨烯、非极性疏水性氨基酸(亮氨酸，色氨酸)、a型分子筛等；
新型促进剂用于促进水合物成核结晶，加快水合物生成速率。
进一步地，所述水合物输送及存储单元包括：相互连接的节流降温装置和水合物压实装置；
水合物生成单元内生成的水合物与水合物生成单元内未反应的水共同形成水合物浆，所述水合物浆经过节流降温装置后进入水合物压式装置压实成块状，并在可燃冰试采平台上完成原位存储。
进一步地，所述水合物浆中的未反应的采出水的体积分数不大于a％，a为设定值。
进一步地，所述超重力旋流器与超重力旋流器冷却装置连接，进行统一保温。
进一步地，可燃冰试采过程的采出气从超重力旋流器上方的气体进口管切向高速进入并形成离心超重力场，可燃冰试采过程的采出水从超重力旋流器上方的液体进口管进入，并通过超重力旋流器上方的气液分布器喷淋而下。
离心超重力场其加速度是重力加速度的几百甚至上千倍，可以使进入该流场内的水滴和固相颗粒在巨大剪切力的作用下被不断拉伸、减薄、破碎和分散，进而使得参与水合反应的气液固三相表面不断得以更新，减弱了水合物生成过程中的铠甲效应，极大地促进了三相间微观混合，强化了天然气水合物的生成。
本发明有益效果：
整个天然气形成以及存储流程均在可燃冰试采平台上原位进行，充分利用了采出气及采出水的压力和温度特性，物质循环利用率高、能耗低；利用了水合物的记忆效应，提高了水合物的生成速率；采用超重力、鼓泡、添加促进剂等多种手段，可提高水合物的生成速率，同时提高天然气的转化率；利用了水合物的铠甲效应，采用高浓缩水合物浆的形式存储天然气水合物，提高了天然气水合物存储的稳定性。
本发明可为我国将来建造水合物法天然气储存装置提供技术支持，对于我国伴生气及试采气的回收有着重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
其中，1-超重力旋流器，2-平台背压阀，3-水泵，4-保温装置，5-超重力旋流器冷却装置，6-缓冲罐，7-气体进口管，8-液体进口管，9-气液分布器，10-旋风分离器，11-缓冲罐冷却装置，12-采出气管线，13-气体循环管线，14-压缩机，15-循环泵，16-储水罐，17-鼓泡装置，18-搅拌装置，19-循环泵冷却装置，20-节流降温装置，21-水合物压实装置，22-储水罐冷却装置。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种用于可燃冰试采过程的天然气快速形成及原位存储系统，该系统具有较高的天然气水合物生成速率及天然气转换效率，并具有物质循环利用率高、能耗低的特点，对我国伴生气及试采气回收有着重要的意义。具体结构如图1所示，包括水合物生成单元、天然气循环单元、水循环单元、水合物输送及存储单元；
水合物生成单元的核心设备为一组超重力旋流器1，可燃冰试采过程的采出气经平台背压阀2节流到水合物生成工艺所需压力后进入超重力旋流器1，同时可燃冰试采过程的采出水经水泵3输送后进入超重力旋流器1；可燃冰试采过程的采出气和采出水在超重力旋流器1内共同反应生成水合物；超重力旋流器1配备有保温装置4，工艺中整个超重力旋流器1内的温度始终维持在水合物生成工艺所需的温度和压力。
优选的，超重力旋流器1直径为0.3m，长度为1.2m，四个一组，外部配备有超重力旋流器冷却装置5进行统一保温，四个超重力旋流器1底部出口与同一个缓冲罐6相连，天然气处理量为10000nm3/d；水合物生成工艺中，采出气从超重力旋流器1上方的气体进口管7切向高速进入并形成强大的离心超重力场，采出水从超重力旋流器上方的液体进口管8进入，并通过超重力旋流器1上方的气液分布器9喷淋而下；
离心超重力场其加速度是重力加速度的几百甚至上千倍，可以使进入该流场内的水滴和固相颗粒在巨大剪切力的作用下被不断拉伸、减薄、破碎和分散，进而使得参与水合反应的气液固三相表面不断得以更新，减弱了水合物生成过程中的铠甲效应，极大地促进了三相间微观混合，强化了天然气水合物的生成。
优选的，缓冲罐6进口与四个超重力旋流器1的出口相连，出口与旋风分离器10的进口相连，外部配备有缓冲罐冷却装置11防止水合物分解。
天然气循环单元中使用的核心设备为压缩机14，可燃冰试采过程的采出气从采出气管线12流出后，经过平台背压阀2节流到水合物反应压力，直接进入超重力旋流器1，节省压缩能量消耗，未反应的采出气则从超重力旋流器1上方的气体循环管线13经压缩机14升压后与采出气混合，再次进入超重力旋流器1内生产天然气水合物。
水循环单元中使用的核心设备有水泵3、循环泵15、储水罐16和旋风分离器10，可燃冰试采过程的采出水从采出水管线流出后进入储水罐16，后经水泵3输送从超重力旋流器1上方的液体进口管7进入超重力旋流器1，未反应的采出水则从超重力旋流器1底部的出口进入缓冲罐6，后由缓冲罐6出口进入旋风分离器10，最终由旋风分离器10下部出口流出进入循环泵15，经循环泵15再次输送回储水罐16进行循环利用；
优选的，储水罐16中添加促进剂thf或者sds，所述储水罐底部采用鼓泡装置17，将少量采出气鼓入储水罐16中，与采出水混合进行气体溶解和水合物晶核的形成；所述储水罐16中有搅拌装置18和储水罐冷却装置22，采出水从储水罐16流出后会含有少量气体和水合物晶核。
优选的，未反应的采出水中含有部分水合物晶核，可以促进水合物的成核。
优选的，循环泵配15备有循环泵冷却装置19，防止未反应采出水中的水合物晶核在流经循环泵15时分解。
水合物输送及存储单元的核心设备主要包括节流降温装置20和水合物压实装置21，超重力旋流器1内生成的水合物与超重力旋流器1内未反应的采出水共同形成水合物浆，水合物浆在流经节流降温装置20后进入水合物压式装置21压实成块状，并在可燃冰试采平台上完成原位存储；
优选的，水合物浆中的未反应采出水在经旋风分离器10分离后，所述水合物浆中未反应采出水的体积分数应少于5％。
优选的，水合物浆流经节流降温装置20后，温度应达到-15℃左右，压力应达到1mpa左右。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。