一种控制开采速率的海底天然气水合物开采装置及方法与流程

本发明属于能源与环境领域，涉及到一种开采天然气水合物的装置与方法。

背景技术：

天然气水合物是由天然气和水在高压低温的环境下生成的结晶化合物，储量丰富，相当于已经发现的煤、石油、天然气等化石能源的两倍以上，是公认的清洁高效的未来能源，也是各个国家积极发展的技术点。

目前，很多国家都在进行天然气水合物的尝试试采，但是由于目前有关于天然气水合物的技术问题，如基础理论，安全高效，开采成本等许多因素至今仍未解决。所以目前全球还没有完美的适用于海域天然气开采的关键技术。我国虽然在2017年5月在南海神户海域成功进行了试采，但是在开采过程中仍然存在着综合成本高，高压差，产气速率不稳定，能量消耗浪费大等问题，如何使得水合物持续高产是目前亟待解决的问题。

因此，需要提出一种高效清洁节约能源的天然气水合物开采方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种可控高效环保节约能源的天然气水合物开采方法。

本发明的技术方案如下：

一种控制开采速率的海底天然气水合物开采装置，包括天然气流量测量系统、太阳能储能系统和波浪能储能系统、温度传感系统、可控注热系统、自动控制反馈系统；

所述天然气流量测量系统为设置于收集井口的气体流量计，用于测量收集井口天然气的产气速率；

所述太阳能储能系统包括设置于开采平台上的可转向太阳能收集器与之配套的电能储能装置a，用于转化太阳能为电能并储存电能；

所述波浪能储能系统包括设置于海面上的波浪能收集装置与设置在开采平台上的电能储能装置b，用于转化波浪能为电能并储存电能；

所述温度传感系统为位于注热井的水平管段管壁上不同区域的温度传感器，用于监测开采区域的温度；所述可控注热系统为位于注热井水平管段内的热能转化装置与控制不同区域注热强度的注热装置；

热能转化装置用于将太阳能和波浪能转化的电能再转化为热能，水平管段管壁内侧均匀布置温度传感器，每两个温度传感器之间设置注热装置，用于水合物储层的注热分解水合物；

自动控制反馈系统为设置于开采平台上，用于采集天然气流量测量系统测量的天然气产气速率与温度传感系统传递的温度信息进行分析来总控可控注热系统的各区域注热热量。

所述的水平管段管壁内侧均匀布置温度传感器是指按水平井管段的长度平等划分为5个监控位置，在监控位置的管壁上设置温度传感器，用以监测温度。

采用上述装置开采海底天然气水合物的方法，包括如下步骤：

第一步，在注热用水平井管段上设置温度传感器与注热装置，按水平井管段的长度平等划分为5个监控位置，在监控位置的管壁上设置温度传感器，用以监测温度；每两个温度传感器中间设置一个注热装置，用以水合物储层的注热；

第二步，初期降压开采：通过降压方法在收集井进行水合物的开采，通过天然气流量测量系统，测量其天然气的产气速率，温度传感系统将设定位置的温度信息传递到自动控制反馈系统；

第三步，降压-注热开采：当产气速率到达设定的最低产气速率值时，自动反馈系统通过实时的产气速率与开采区域温度变化进行计算，得出使产气速率维持为设定的最低产气速率值以上的各设定区域的注热热量，将注热信号传递给可控注热系统，可控注热系统进行不同开采区域的不同注热；注热能量来源于太阳能储能系统与波浪能储能系统储存的电力；电力输送到注热井的水平井管段，通过热能转化装置将电能转化为热能。

太阳能由地表太阳能收集装置收取，可随太阳位置调整角度，通过凹面太阳能收集装置提升太阳能的能量密度，将数条光纤的太阳光通过透镜聚集然后传到光纤中，数条光纤集中至光缆，由光缆传至发电装置。

本发明的效果与益处是能稳定高效产气，节约环保。维持产气速率在一定范围内，可防止产气速率过高或者过低对设备造成的损伤，更加安全，同时因为产气速率一定，降低了开采装置所需要的量程与适应性，节约了制造成本、研发成本，同时避免了产气速率低带来的低效益。采用太阳能与波浪能作为能量的来源，符合可持续发展的要求，清洁环保。

附图说明

图1为开采天然气水合物的流程图。

图中：1可转向太阳能收集器；2电能储能装置a；3电能储能装置b；4波浪能收集装置；5热能转化装置；6温度传感器；7注热装置；8自动控制反馈系统；9气体流量计。

具体实施步骤

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

步骤一，在注热用水平井管段上设置温度传感器与注热装置，按水平井管段的长度平等划分为5个监控位置，在监控位置的管壁上设置温度传感器，用以监测温度。每两个温度传感器中间设置一个注热装置，用以水合物储层的注热。

步骤二，进行降压开采，天然气流量测量计实时监测天然气的产气速率，将信息传递到自动控制反馈系统。注热井水平管段的温度传感器实时将所测区域的温度信息传递给自动控制系统。

步骤三，当产气速率降至初期开采产气速率峰值的40％时，开始降压联合注热开采。自动控制系统收集实时的产气速率与开采储层不同区域的温度信息，计算维持产气速率为开采产气速率峰值的35％-60％时各区域所需注入的热量，其中水合物分解热大约为62.83kj/mol。由太阳能储能系统提供所需电量，通过电缆传递到注热水平井，由热能转化装置将电能转化为热能，传递给各区域热能传递装置，进行注热，太阳能的平均辐射强度大约为0.18kw/m²。中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2～7kw/m²，当太阳能储能系统能源不足时，由波浪能储能系统补充能量缺口。当能量富裕时，供给生活所需。

技术特征：

技术总结
本发明属于能源与环境领域，涉及到一种控制开采速率的海底天然气水合物开采装置及方法。该方法包括天然气流量测量系统，温度传感器，自动控制反馈系统，太阳能储能系统，波浪能储能系统。系统由温度传感器，流量测量仪的实时监测，通过智能控制系统控制注热部位和注热程度，合理高效开采。同时采用太阳能、波浪能清洁能源，不仅能做到满足水合物开采所需，还能供给生活需要，做到节能环保。

技术研发人员：赵佳飞;宋永臣;徐磊;杨磊;凌铮;蒋兰兰;杨明军;李洋辉;王大勇;刘瑜;张毅;刘卫国
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2019.04.11
技术公布日：2019.07.26