一种天然气水合物井下微波加热套管短节装置的制作方法

本实用新型涉及天然气水合物开采设备领域，尤其涉及一种天然气水合物井下微波加热套管短节装置。

背景技术：

天然气水合物是由天然气和水在高压低温的条件下形成的类冰状的结晶化合物，在自然界中广泛分布，主要分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境中。天然气水合物预测资源量相当于已发现煤、石油、天然气等化石能源的两倍以上，是世界公认的一种清洁高效的未来替代能源。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、我国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。目前，热开采技术作为一种强化措施可以弥补降压开采效率低的缺点，微波加热开采水合物是其中的一种重要方法。

微波是一种频率在300MHz～300GHz的电磁波，通过半导体器件和电真空器件获得，它具有物理、化学、生物学效应，呈现出波动性、高频性、热特性和非热特性等特点，应用广泛。微波加热是一种新型加热方式，能够实现能量的直接传递，具有加热速度快、加热均匀、节能高效和对物料选择性加热、非接触加热、整体性加热、清洁卫生等特点；微波可直接加热物体，改善传热效果，减少热解过程的传热损失；易于自动化控制，具有其他加热方式不可比拟的优点，受到广泛关注，其应用领域也在不断扩展。

但现有的微波加热技术没有考虑到微波耗散作用，水平井水平段约为500m～1000m，加上垂直段测深超过千米，在井口布置微波发射系统，无论是波导管传播还是同轴电缆传播，在这样的远距离传输下，作用于井底目的层位的微波已经衰减接近于0，无法满足加热需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种天然气水合物井下微波加热套管短节装置，其能充分发挥微波加热效率高、速度快、清洁无污染等的独特优势，达到增产的目的。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种天然气水合物井下微波加热套管短节装置，包括多个微波加热套管短节，所述微波加热套管短节之间通过航空电缆接头并联连接，所述微波加热套管短节包括套管短节、微波发射器和微波加热窗口，所述微波发射器内嵌于所述套管短节内，所述套管短节的外表面开设有微波加热窗口。

进一步地，所述天然气水合物井下微波加热套管短节装置还包括井口电源系统、井口控制系统、上部套管和上部完井管串，所述井口电源系统通过电缆与所述井口控制系统和微波加热套管短节连接，所述电缆依次穿过上部套管和上部完井管串后与所述微波加热套管短节连接。

进一步地，所述天然气水合物井下微波加热套管短节装置还包括防砂套管短节，所述微波加热套管短节与所述防砂套管短节连接，不但能保证微波加热能够传递到地层，而且能同时保证防砂效果。

进一步地，多个微波加热套管短节与多个防砂套管短节之间采用间隔式分布设置，微波加热套管短节实现能量传递，而防砂套管短节设置多层防砂结构保证流体进入，阻止地层中的砂等固体颗粒进入井筒堵塞通道。

进一步地，所述套管短节一端设置有第一母扣，另一端设置有第一公扣；所述防砂套管短节一端设置有与所述第一公扣连接的第二母扣，另一端设置有所述第一母扣连接的第二公扣；防砂套管短节与微波加热套管短节之间采用标准的扣型连接，防砂套管短节与微波加热套管短节在井口完成组装，然后下入到井底。

进一步地，所述微波加热套管短节还包括入口电缆接口和出口电缆接口；所述套管短节的一端通过电缆与所述入口电缆接口连接，另一端通过电缆与所述出口电缆接口连接。

进一步地，所述微波加热窗口为360°环形窗口，能使微波发射器发出的微波更好地与天然气水合物接触。

进一步地，所述微波加热窗口由非金属材料制成，微波发射器发出的微波不能够穿越金属管材，只能穿越非金属管材，发出的微波碰到金属表面时，会在表面进行反射，不能够有效穿透金属管材从而作用于目的层位。

进一步地，所述微波加热窗口由石英玻璃制成。

进一步地，所述防砂套管短节为金属防砂套管短节。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于，本实用新型将微波应用于地层天然气水合物的加热分解，充分发挥微波加热效率高、速度快、清洁无污染等的独特优势，达到增产的目的，此外，本实用新型在井下设置多个微波加热套管短节，尽可能地增大接触面积，能够满足井下长距离加热的需要，微波加热套管短节之间并联串接，能够独立作业，互不影响，能够根据井底实时状态和生产实际需要，调整工作制度，进而提高生产效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型所述的一种天然气水合物井下微波加热套管短节装置的结构示意图。

图2为本实用新型所述的微波加热套管短节的结构示意图。

图中：1-微波加热套管短节、2-井口电源系统、3-井口控制系统、4-上部套管、5-上部完井管串、6-电缆、7-防砂套管短节、11-套管短节、12-微波发射器、13-微波加热窗口、14-第一母扣、15-第一公扣、16-入口电缆接口、17-出口电缆接口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型可以应用于海上钻井平台水合物开采，也可用于陆地冻土层水合物开采，下面以应用于海上钻井平台水合物开采为例作进一步的说明。

如图1-2所示，一种天然气水合物井下微波加热套管短节装置，包括井口电源系统2、井口控制系统3、上部套管4、上部完井管串5、多个微波加热套管短节1和多个防砂套管短节7，所述井口电源系统2通过电缆6与所述井口控制系统3和微波加热套管短节1连接，所述电缆6依次穿过上部套管4和上部完井管串5后与所述微波加热套管短节1连接。

具体地，微波加热套管短节1和防砂套管短节7位于井下的天然气水合物储层。

具体地，本实用新型应用于海上钻井平台水合物开采时，井口电源系统2可以和钻采船上其他设备供电系统共用，井口电源系统2能够充分利用钻井平台已有的电源系统，合理分配空间，精简设计结构，减小作业风险。

具体地，井口控制系统3可以独立调整井下微波加热套管短节1的频率、功率、工作状态等各项性能参数，当井底工况发生变化时，可以根据需要实时调整井下微波加热套管短节1的功率。当微波加热套管短节1作为主要的增产手段的时候，采用较大的功率，当微波加热套管短节1主要目的是防止井筒内水合物的二次生成，实现流动性保障，则可以采用较小的功率。井口控制系统3还能够分别控制每个微波加热套管短节1，在生产过程中，需要结合降压法和微波加热法进行协同开采，可以根据储层变化特征和开采实际需要合理设计微波加热的工作状态。当部分井段周围储层水合物分解较快时，可以适当关闭井下的微波加热套管短节1，降低分解速率，防止流体流速过快磨蚀完井管柱，保障井下工具的安全稳定。

具体地，电缆6的材质需要充分考虑井下水合物开采过程中的复杂环境，满足温度压力要求，同时要具有较强的耐磨性和耐腐蚀性，能够长期稳定工作。

具体地，所述微波加热套管短节1与所述防砂套管短节7连接，不但能保证微波加热能够传递到地层，而且能同时保证防砂效果，优选地，多个微波加热套管短节1与多个防砂套管短节7之间采用间隔式分布设置，即利用防砂套管短节7将微波加热套管短节1间隔开，每两个微波加热套管短节1之间设置有一个防砂套管短节7，微波加热套管短节1实现能量传递，而防砂套管短节7设置多层防砂结构保证流体进入，阻止地层中的砂等固体颗粒进入井筒堵塞通道。在保证开采效果的前提下，为了节约成本，也可以在两个微波加热套管短节1之间设置多个防砂套管短节7，从而减少微波加热套管短节1的数量。

具体地，所述微波加热套管短节1之间通过航空电缆接头并联连接，井下设置多个微波加热套管短节1，尽可能地增大接触面积，能够满足井下长距离加热的需要，微波加热套管短节1之间并联串接，能够独立作业，互不影响，能够根据井底实时状态，调整工作制度，进而提高生产效率。

具体地，所述微波加热套管短节1包括套管短节11、微波发射器12和微波加热窗口13，所述微波发射器12内嵌于所述套管短节11内，所述套管短节11的外表面开设有微波加热窗口13。

具体地，所述套管短节11一端设置有第一母扣14，另一端设置有第一公扣15；所述防砂套管短节7一端设置有与所述第一公扣15连接的第二母扣，另一端设置有所述第一母扣14连接的第二公扣；防砂套管短节7与微波加热套管短节1之间采用标准的扣型连接，防砂套管短节7与微波加热套管短节1在井口完成组装，然后下入到井底。

具体地，所述微波加热套管短节1还包括入口电缆接口16和出口电缆接口17；所述套管短节11的一端通过电缆6与所述入口电缆接口16连接，另一端通过电缆6与所述出口电缆接口17连接。

具体地，所述微波加热窗口13为360°环形窗口，能使微波发射器12发出的微波更好地与天然气水合物接触。

具体地，所述微波加热窗口13由非金属材料制成，微波发射器12发出的微波不能够穿越金属管材，只能穿越非金属管材，发出的微波碰到金属表面时，会在表面进行反射，不能够有效穿透金属管材，因此无法有效作用于目的层位。

具体地，所述微波加热窗口13由石英玻璃制成。

具体地，所述防砂套管短节7为金属防砂套管短节。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。