一种天然气水合物开采系统的制作方法

本技术涉及天然气水合物开采领域，尤其涉及一种天然气水合物开采系统。

背景技术：

1、天然气水合物是一种新型的潜在能源，主要分布于海底沉积物和陆上永久冻土带中。根据相关文献报道，全球天然气水合物资源量约为煤炭、石油和天然气资源总量的2倍。因此，天然气水合物开采的产业化发展意义重大。现阶段天然气水合物的开发还处于研究和试采阶段，试采经验表明，降压开采、热激化法、化学试剂法开采是比较好的天然气水合物开发方式。

2、在试采装置和试采系统上，各个国家针对不同开采条件采用了不同的装置和方法，但还没有形成一种公认技术可靠经济的试采系统。针对开采装置，申请号为cn212898449u的实用新型专利公开了一种井下加热开采装置，通过连续油管送到井底，加热分解水促使水合物分解；在开采系统方面，申请号为cn115370324a的发明专利公开了一种天然气水合物注热开采系统及方法，采用热流体(淡水或海水)来循环开采水合物；申请号为cn 110273666a的发明专利公开了一种深水天然气水合物开采系统，单纯通过co 2置换方法来进行水合物开采，即使投入很大成本去布置径向井、多套管柱等，该系统开采效率也并不高。

3、通过对文献、专利报道的调研，目前大多的水合物开采装置或开采系统都存在一定的应用局限性，单独使用效果都不理想，并且开采效率有待提高：如加热法热损失大、能耗高，难以适应直井、斜井试采天然气水合物的工艺要求；降压开采速率较慢，效率低；co2置换法开采时其置换效率低，难以大规模开采使用。近几年来，国内开始尝试进行自生热体系开采天然气水合物的研究，不但能实现自生热吞吐，还能起到化学抑制、co2置换等多重作用，再结合降压开采法，可以实现天然气水合物的高效、复合开采，但目前这些设想基本都还在实验研究阶段，也没有具有针对性的利用自生热体系开采天然气水合物的装置和系统的报道。

技术实现思路

1、本发明要克服现有技术的不足，提供一种天然气自生热高效开采系统，应用于天然气水合物开采试采工程领域，可满足直井、斜井、水平井开采天然气水合物的工艺要求。能够在施工现场根据相关参数来优化注剂、排采流程，提高排采效率，并且相关设备等进行远程精准控制，节约人员成本和场地，提高施工效率。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

3、本实用新型提供一种天然气水合物开采系统，包括井下管串工具系统和地面设备组合系统，主要组件见附图1所示。

4、所述井下管串工具系统主要包含生产套管(10)、注剂管柱(11)，其中注剂管柱(11)位于生产套管(10)内，注剂管柱(11)和生产套管(10)在井底均下入到水合物储层(3)，注剂管柱(11)和生产套管(10)在地面与井口装置连接(33)；

5、进一步的，所述注剂管柱(11)位于水合物储层的一端上依次安装有扶正器(8)、水力锚(7)、节流喷砂器(6)和堵头(5)；

6、进一步的，所述生产套管下入到水合物储层部分为筛管(9)。

7、所述地面设备组合系统包含井口装置(33)、地面注剂管汇(22)、生热剂储液罐(26)、生热控制剂储液罐(27)、隔离液储液罐(25)、泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)，组成地面设备组合系统中的注剂模块；所述地面设备组合系统还包括地面生产管汇(15)、温度传感器(16)、压力传感器(12)，除砂器(14)、油嘴套(17)、气水分离器(18)、ch4气体检测仪(19)，组成地面设备组合系统中的采集模块；

8、所述井口装置(33)具有多个接口，分别连接有阀门和压力计，其中一个与井下注剂管柱相连的接口连接有放喷管线(32)至废液罐；

9、所述地面注剂管汇(22)通过井口装置(33)与井下注剂管柱(11)相连，并且地面注剂管汇(22)分别连接泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)，地面注剂管汇(22)与泵注设备连接管汇上安装有电控旋塞阀1(30)、电控旋塞阀2(31)、电控旋塞阀3(23)、泵注设备再分别连接生热剂储液罐(26)、生热控制剂储液罐(27)以及隔离液储液罐(25)；

10、所述的地面生产管汇(15)通过井口装置(33)与所述注剂管柱和生产套管之间的环空(35)相连；

11、所述地面生产管汇(15)与井口装置(33)连接处安装有温度传感器(16)、压力传感器(12)，用于监测压力和水合物产出物的温度；

12、所述地面生产管汇(15)连接有除砂器(14)、油嘴套(17)，通过调节油嘴大小来控制排采流程，地面生产管汇末端还连接有气水分离器(18)，气水分离器(18)的气相出口管线连接有ch4气体检测仪(19)，可实时检测ch4有效浓度；

13、所述的泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)，电控旋塞阀1(30)、电控旋塞阀2(31)、电控旋塞阀3(23)、温度传感器(16)、压力传感器(12)以及ch4气体检测仪(19)均与配套的显示、控制系统相连以完成系统监测与控制；

14、进一步的，生产过程中通过监测流体温度、压力、甲烷有效含量三个参数来确定注剂或排采流程，其中，通过控制电控旋塞阀1(30)、电控旋塞阀2(31)、电控旋塞阀3(23)和泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)，可以进行自生热剂的合注或分注流程，分别实现井筒解堵或水合物自生热吞吐。

15、与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

16、(1)针对天然气水合物的开采难点，充分利用自生热体系的优点来制定出的具有注剂+水合物排采的一体化开采系统，能够实现多轮次的循环开采；

17、(2)对井下温度、压力以及产气量进行监控，通过流程控制来实现天然气水合物的自生热吞吐、降压法、化学抑制等复合式开采；

18、(3)该系统可以满足直井、斜井、水平井试采天然气水合物的工艺要求，提高开采效率，节约生产成本，可操作性强。

技术特征：

1.一种天然气水合物开采系统，其特征在于：包括井下管串工具系统和地面设备组合系统；

2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采系统，其特征在于，所述地面设备组合系统包含井口装置(33)、地面注剂管汇(22)、生热剂储液罐(26)、生热控制剂储液罐(27)、隔离液储液罐(25)、泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)组成地面设备组合系统中的注剂模块；所述地面设备组合系统还包括地面生产管汇(15)、温度传感器(16)、压力传感器(12)，除砂器(14)、油嘴套(17)、气水分离器(18)、ch4气体检测仪(19)组成地面设备组合系统中的采集模块。

3.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开采系统，其特征在于，所述井口装置(33)具有多个接口，分别连接有阀门和压力计，其中一个与井下注剂管柱相连的接口连接有放喷管线(32)至废液罐；

4.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开采系统，其特征在于，所述油嘴套(17)安装于除砂器(14)之前，通过调节油嘴大小来控制排采流程，地面生产管汇末端还连接有气水分离器(18)，气水分离器(18)的气相出口管线连接有ch4气体检测仪(19)实时检测ch4有效浓度。

5.根据权利要求3所述的一种天然气水合物开采系统，其特征在于，所述的泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)，电控旋塞阀1(30)、电控旋塞阀2(31)、电控旋塞阀3(23)、温度传感器(16)、压力传感器(12)以及ch4气体检测仪(19)均与配套的显示、控制系统相连以完成系统监测与控制。

6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采系统，其特征在于，生产过程中通过监测流体温度、压力、甲烷有效含量三个参数来确定注剂或排采流程，其中，通过控制电控旋塞阀1(30)、电控旋塞阀2(31)、电控旋塞阀3(23)和泵注设备1(28)、泵注设备2(29)、泵注设备3(24)，可以进行自生热剂的合注或分注流程，分别实现井筒解堵或水合物自生热吞吐。

技术总结
本技术公开了一种天然气水合物开采系统，包括井下管串工具系统和地面设备组合系统。其中井下管串工具系统主要包含生产套管、注剂管柱、水力锚、节流喷砂器、堵头等；地面设备组合系统主要包含井口装置、地面注剂管汇、生热剂储液罐、生热控制剂储液罐、隔离液储液罐、泵注设备，地面生产管汇、除砂器、气水分离器，温度、压力传感器以及配套的显示、控制系统等。该系统根据井下流体温度、压力、甲烷有效含量等参数来优化控制注剂、排采流程，从而实现天然气水合物的自生热吞吐、降压法、化学抑制等复合式的多次循环开采。该系统可以满足直井、斜井、水平井试采天然气水合物的工艺要求，提高开采效率，节约生产成本，可操作性强。

技术研发人员：林波,申凯翔,严向阳,周佳维,杜良军,王英圣,张渴为,贾振福,杨立君,王愉,陈恒,蔡东青,王捷,秦鹏
受保护的技术使用者：四川申和新材料科技有限公司
技术研发日：20230228
技术公布日：2024/1/13