专利名称：气井微波水合物解堵方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天然气气井和二氧化碳气井水合物冻堵时解堵方法及设备。
背景技术：
天然气气井和二氧化碳气井生产都存在水合物冻堵现象。在我国大量的气田或含 气区开发过程中，每年都不同程度地出现气井因水合物冻堵而关井的情况，给气井生产管 理带来一定难度。 通过对天然气和二氧化碳的物理化学特征及其相态分析，并且对天然气气井和二 氧化碳气井生产过程中的冰堵难题根源进行分析，并且对饱和汽相临界参数进行了分析研 究。水与天然气或二氧化水合物融合与形成过程极其复杂，天然气气井和二氧化碳气井在 生产过程中相态变化，固液变相、超临界相和气液变相会同时存在，但这些相态变化都是吸 热变相，都会使气井水合物温度降低，在一定压力下，温度低于涵于水合物水蒸汽或液态水 形成固体冰，附着在井壁上并使局部井口径变小产生节流效应，使节点温度急剧下降，流速 降低影响生产。井口径变小又进一步节流效应的加剧，使水合物的固液混合物等局部聚集， 形成堵塞。 现有的解决方法.l.在井口或输气管线上采用水套炉加热；2.向气井中加入甲 醇等抑制剂；3.依靠地层的地热对二氧化碳气体进行加温；4.将油管采气改为套管采气方 式。但都有对环境污染大，施工难度大，成本极高等问题。 由于水分子的分子结构为两个0-H呈约105°角V字形结构(物态不同其角度略 有不同)，而甚高频电磁波具有选择性加热性和穿透性，在特定频率和强度的甚高频电磁波 辐射下，引起水分子的电磁振荡作用，增加水合物分子的运动，导致热量的产生。获得能量 激发产生强烈的振动，使温度提高，改变水合物的状态。由于水分子的分子结构为两个O-H 键呈105°角V字形结构(物态不同该角略有不同)，而甚高频电磁波具有选择性加热性和 穿透性，在特定频率和强度的甚高频电磁波辐射下，引起水分子的电磁振荡作用，增加分子 的运动，导致热量的产生。获得能量激发产生强烈的振动，使温度提高，改变水的状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种气井微波水合物解堵方法及设备，利用微波电磁波具有 选择性加热性和穿透性，在特定频率和强度的甚高频电磁波辐射下，引起水合物分子的电 磁振荡作用，增加水合物分子的运动，导致热量的产生，可以快速均匀地加热水合物，热损 失很小效率极高。 上述的目的通过以下的技术方案实现 气井微波水合物解堵方法，该方法为采用高频微波功率源，通过波头导管导入井 管内，并使井壁管形成波导通道，将微波电磁波封闭传送到水合物冻堵点，使冻堵节点得到 高频电磁波辐射获得能量提高温度并溶解，从而解决水合物冻堵。
气井微波水合物解堵设备，其组成包括电控箱及微波电源，所述的电控箱及微波电源连接大功率连续波微波发生器，所述的大功率连续波微波发生器连接环形器，所述的 环形器连接波导同轴转换器A，吸收负载和检波器，所述的波导同轴转化器A通过同轴电缆 连接波导转换器B，所述的波导转换器B连接魔T功分器，所述的魔T功分器分别与波头导 管A和波头导管B，所述的波头导管A和波头导管连接激励器及调谐器方管，所述的激励器 及调谐器方管连接波头基座和生产树。
本发明的有益效果 1.本发明采用微波方法解除水合物冻并且防止其中水合物的形成。利用微波电磁 波具有选择性加热性和穿透性，在特定频率和强度的甚高频电磁波辐射下，引起水合物分 子的电磁振荡作用，增加分子的运动，导致热量的产生。获得能量激发产生强烈的振动，使 温度提高，从而改变水合物的状态。温度是统计意义上的大量分子热运动的集体表现。利用 微波的气体介质加热特性及气体介质的穿透性，可以快速加热水合物分子且加热均匀。也 正是由于高频微波电磁波具有选择性加热性，即对采出气体的或液体的介质的物质具有气 体介质的穿透性和不良导热性，而对水合物分子有强烈的作用，可以快速均匀地加热水合 物。所以微波辐射加热水合物介质为整体加热，即里外同时加热，而不对周围产气介质和容 器加热，热损失很小效率极高。2.本发明设备结构简单安装维修方便，安装时井树变动少。3.容易将电磁波屏蔽起来，不逸散，无环境污染。4.可实现集中监视、自动控制及远程操作。5.可设置自动间断工作或连续工作。6.采用等压法提高抗高压压力。7.采用功能模块化设计。8.运行成本低廉。
附图1是本发明的结构示意图。 附图2是附图1中激励器及调谐器方管的后视图。 附图3是本发明的工作原理图。
具体实施例方式
实施例1 : 气井微波水合物解堵方法，该方法为采用高频微波功率源，通过波头导管导入井 管内，并使井壁管形成波导通道，将微波电磁波封闭传送到水合物冻堵点，使冻堵节点得到 高频电磁波辐射获得能量提高温度并溶解，从而解决水合物冻堵。
实施例2 : 气井微波水合物解堵设备，其组成包括电控箱及微波电源l，所述的电控箱及微 波电源连接大功率连续波微波发生器2，所述的大功率连续波微波发生器连接环形器3，所 述的环形器连接波导同轴转换器A4，吸收负载和检波器5，所述的波导同轴转化器A通过同 轴电缆6连接波导转换器B7，所述的波导转换器B连接魔T功分器8，所述的魔T功分器分 别与波头导管A9和波头导管BIO，所述的波头导管A和波头导管连接激励器及调谐器方管ll，所述的激励器及调谐器方管连接波头基座和生产树12。 大功率连续波微波发生器，其本质上是一个置于恒定磁场中的真空陶瓷二极管。 管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从 恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。 波头导管主要是由金属空心波导管组成的圆形管。它的主要模式为TE11、TE01和 TMOl。 TE11模的Ac为3.41R，但由于TEll模存在极化简并模故不能作为远距离传输的 工作模式；TEOl模的A c为1. 64R，它只存在E(p分量和在管壁上Hz磁场分量，故本发明采 用它来最为谐振器的主要工作模式，同时作为传输工作模式；TMOl模的A c为2. 62R，它只 存在Ez分量和在管壁上H(p磁场分量，故本发明采用它来最为作为微波能量主传输工作模 式。 波头导管的工作原理为微波源在矩形波头导管内激发起TE10模的微波，微波模 式转换器把TE10模的微波转换成圆波导TMOl模的微波并馈进入球形耦合器，在由模式转 换器的圆波导部分和采气树竖管共同组成的微波谐振腔内，激励起TM01模式的微波。本发 明通过在TE01n模谐振腔的一个端面中央，开一圆孔，连接一根等直径、适当长度的截止波 导，当截止波导中置入介质谐振器时，使含介质段对TE01模呈传输态。通过波导和耦合器 导入井管内，并使井壁管形成波导通道。 波头基座是该设备与生产树重要且唯一连接部分，波头基座经过复杂的计算机模 拟和计算，本发明设计出在保证微波特性基础上力争既符合现场的要求，极可能减小加工 难度和减小成本。其中，工作重点是构建一个既不影响生产和井口作业，而且又灵活可变的 试验和应用的应用试验平台，以此来取代加工难度大，成本高而且成品率低的球形耦合器， 实验室原理性和功能性研究与实验，现场实用性研究与实验。 控制电源及配电箱，主要包括配电系统，控制系统和高压低压电源转换系统。配电 系统是主要能源来源，除了为冷却泵、照明灯和控制系统提供电源外，还为高压电源转换系 统提供电源。控制系统主要对整个设备进行智能控制，如微波源的高压和低压的顺序控制、 故障检测和自动保护等的控制。高压低压电源转换系统，主要用来为微波源提供阳极高压 电源、预热电源和电磁磁路控制。 电控箱及与大功率连续波微波发生器连接为系统提供自动调控操作和相应电压 的电能量，同时为大功率连续波微波发生器提供特殊电压及相应的电能量。大功率连续波 微波发生器产生高能微波束，该微波束通过环行器，经过波导同轴转换器行至同轴电缆；而 有害的反射微波经过环行器行至吸收负载进行吸收，而不返回大功率连续波微波发生器； 检波器用来监测反射波的功率，调整系统进行匹配；通过环行器和波导同轴转换器的微波 束经过同轴电缆行至另一端波导同轴转换器和魔T功分器，功分器将微波束一分为二，分 别行过波头导管A和波头导管B共同激励方管激励器及调谐器方管总承；在方管中被激励 的微波通过该总承到波头基座里，由于波头基座和生产树连接，该被激励的电磁波则通过 生产树，并通过与其连接的生产气井井管，达到将高能微波束引入气井内，来激发冻堵的水 合物，产生相态变化，解除冻堵和防止冻堵的目的。
权利要求
一种气井微波水合物解堵方法，其特征是该方法为采用高频微波功率源，通过波头导管导入井管内，并使井壁管形成波导通道，将微波电磁波传送到水合物冻堵点，使冻堵节点得到高频电磁波辐射获得能量提高温度并溶解，从而解决水合物冻堵。
2. —种气井微波水合物解堵设备，其组成包括电控箱及微波电源，其特征是所述的 电控箱及微波电源连接大功率连续波微波发生器，所述的大功率连续波微波发生器连接环 形器，所述的环形器连接波导同轴转换器A，吸收负载和检波器，所述的波导同轴转化器A通过同轴电缆连接波导转换器B，所述的波导转换器B连接魔T功分器，所述的魔T功分器 分别与波头导管A和波头导管B，所述的波头导管A和波头导管连接激励器及调谐器方管， 所述的激励器及调谐器方管连接波头基座和生产树。
全文摘要
气井微波水合物解堵方法及设备。目前天然气气井和二氧化碳气井采取的解冰工艺1.在井口或输气管线上采用水套炉加热；2.向气井中加入甲醇等抑制剂；3.依靠地层的地热对二氧化碳气体进行加温；4.将油管采气改为套管采气方式。存在对环境污染大、工艺复杂、劳动强度大以及对工艺要求严格的弊端。本发明的方法为采用高频微波功率源，通过波头导管导入井管内，并使井壁管形成波导通道，将微波电磁波封闭传送到水合物冻堵点，使冻堵节点得到高频电磁波辐射获得能量提高温度并溶解，从而解决水合物冻堵。本方法用于气井解冻。
文档编号E21B36/00GK101787862SQ20101010583
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者张丽杰, 张泽滨, 赵云峰, 赵国峰, 黄圣学 申请人:大庆市新中瑞环保有限公司