[發明專利]一種基于溫差發電機的海域天然氣水合物熱采裝置

有效

• 申請號: 201710181351.0
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106968644B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 孫治雷;孫致學;王利波;耿威;張喜林;翟濱;張現榮;曹紅
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所;中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/12;E21B43/017;F03G7/05
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 萬桂斌

本發明涉及基于溫差發電機的海域天然氣水合物熱采裝置，包括能量井及其內部裝置、生產井及其內部裝置和功率控制器；能量井由套管穿透天然氣水合物儲層和高溫儲層（熱鹵水或干熱巖層），并在高溫儲層射孔，且能量井內布設有溫差發電機，溫差發電機熱端設置在高溫儲層，其冷端設置在海水層，并通過電纜與功率控制器輸入端相連；生產井由套管鉆孔至水合物開采所要求深度，并在水合物儲層射孔形成水合物射孔層段，生產井內設有與功率控制器輸出端相連的熱電極，利用能量井提供的電能，通過功率控制器控制輸入、輸出電能的功率，供給熱電極在生產井內生熱，并通過水合物射孔層段對水合物儲層有效傳遞熱量，對水合物儲層中的天然氣進行熱采。

技術領域

本發明涉及海域天然氣水合物開采技術領域，特別涉及自然存在干熱巖或熱鹵水的熱流值比較高的天然氣水合物賦存區，以加熱形式開發天然氣水合物，從而獲取天然氣的裝置。

背景技術

天然氣水合物是由水分子在低溫、高壓環境下捕獲住天然氣分子而形成的似冰狀結晶態化合物，全球99％的天然氣水合物分布于海洋沉積物中。天然氣水合物中甲烷含量通常占80％～99.9％，其燃燒污染比煤、石油、天然氣等傳統化石燃料小得多，而且儲量異常豐富，被各國視為未來最有希望的石油天然氣替代能源。

因此，安全、經濟、環保的開發天然氣水合物資源對于緩解我國能源危機、保障能源儲備、控制環境污染等方面具有十分重要的意義。經過多年室內研究和現場試開采實踐，確定天然氣水合物的開發主要方式有熱解法、降壓法和化學試劑法，其中熱解法是通過對天然氣水合物儲層進行加熱，使天然氣水合物儲層的溫度超過其平衡溫度，從而促使天然氣水合物分解為水和天然氣的開發方法。例如授權公告號為【CN 103321616B】的發明專利公開一種海床甲烷天然氣水合物的收集辦法及系統，包括熱水和熱氣輸入管道，增壓水泵，燃燒加熱爐，增壓風機，儲水罐，柴油發電機組等，該方法需要額外提供大量的熱量，且能源開發及利用效率低，從經濟上降低了天然氣水合物開發的可行性。

大量地質勘探表明，由于地溫梯度或者地層深處巖漿的活動，在天然氣水合物儲層的下部普遍發育有干熱巖或高溫、高壓鹵水層(本申請中簡稱熱鹵水層)等溫度較高的高溫儲層。有效地利用下部自然存在的高溫流體或干熱巖作為熱解法天然氣水合物的熱量來源，首先無需額外提供能量來源，這對于降低開發成本、減少開發技術難度，消除外部可能的污染風險、提高整體開發效益具有明顯的優勢和重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對現有方法中開采天然氣水合物需要額外提供能量來源、經濟成本高等缺陷，提供一種基于溫差發電機的海域天然氣水合物熱采裝置，利用天然氣水合物儲層下方自然存在的干熱巖或熱鹵水層的熱量(溫度可達到200度及以上)與海水層(溫度為0度以下)的溫差進行發電，從而實現對天然氣的熱采。

本發明是采用以下的技術方案實現的：一種基于溫差發電機的海域天然氣水合物熱采裝置，包括能量井及其內部裝置、生產井及其內部裝置及設置在能量井和生產井之間的功率控制器；所述能量井由套管設有自上而下穿透天然氣水合物儲層和高溫儲層，并通過射孔完井方式將所述套管與高溫儲層連接，所述高溫儲層為干熱巖或熱鹵水層；且能量井內布設有溫差發電機，溫差發電機的熱端設置在高溫儲層，其冷端設置在海水層，溫差發電機通過電纜與功率控制器輸入端相連；

所述生產井由套管鉆孔至天然氣水合物開發生產所要求的深度，并在天然氣水合物儲層射孔形成天然氣水合物射孔層段，以與天然氣水合物儲層連接，所述生產井內天然氣水合物射孔層段設有熱電極，熱電極與功率控制器輸出端相連，利用能量井提供的電能，通過功率控制器調整后，供給熱電極在生產井內生熱，并通過天然氣水合物射孔層段對天然氣水合物儲層有效傳遞熱量，從而實現對天然氣水合物儲層中的天然氣進行熱采。

進一步的，所述能量井內設有絕熱隔層，以將天然氣水合物儲層與高溫儲層分別與相鄰地層做絕熱處理，保證溫差相對恒定，并且防止高溫儲層的熱量通過對流擴散到天然氣水合物儲層。