[發明專利]一種基于熱管技術的天然氣水合物開采方法及裝置

在審

• 申請號: 202110851988.2
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113586014A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 郎雪梅;陳建標;樊栓獅;王燕鴻;李剛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/24;E21B43/34;E21B43/30;B01J19/00;C10L3/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種基于熱管技術的天然氣水合物開采方法及裝置。包括：海洋天然氣水合物開采系統，包括若干延伸至天然氣水合物儲層的注入井和采出井，所述注入井包括注入井豎直段和位于天然氣水合物儲層中的注入井水平段，所述采出井包括采出井豎直段和位于天然氣水合物儲層中的采出井水平段。本發明還公開了一種基于太陽能熱化學儲能技術的天然氣水合物開采方法。采用本發明的方法和系統來開采水合物，充分利用了海域中豐富的可再生太陽能資源，且結合熱化學儲能技術，有效避免了熱量輸運過程中的損耗，大大降低了水合物注熱法開采中的能源成本投入，適用于天然氣水合物資源的大規模開采。

技術領域

本發明涉及一種天然氣水合物的開采領域，特別涉及一種基于熱管技術的天然氣水合物開采方法及裝置。

背景技術

天然氣水合物是是由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氫等氣體分子與水分子在特定條件下形成的非化學計量的籠型晶體化合物，廣泛存在于海底陸坡和陸地永久凍土帶的沉積物多孔介質孔隙中。作為一種清潔高效能源，天然氣水合物在全球分布廣、資源量大，其碳含量約為現有化石燃料中碳含量的兩倍。

天然氣水合物的開采是通過打破其在原有條件的熱力學穩定性，以達到分解產生天然氣的目的。常見的手段主要有注熱法、降壓法、注化學試劑法和CO₂置換法或聯合以上兩種方法。

常規注熱法主要是通過將熱水、蒸汽、熱鹽水或其他熱的流體從地面通過高壓泵打入天然氣水合物儲層，使水合物儲層的溫度上升，從而達到天然氣水合物分解的目的。由于輸運距離遠，海水溫度低下，因此存在熱量輸運損耗嚴重，熱利用效率低下的問題。

針對傳統注熱法開采天然氣水合物熱量損失大、利用率低的問題，本發明提出一種基于太陽能熱化學儲能技術的天然氣水合物開采系統及方法，利用海域中豐富的可再生太陽能資源，獲取大量可用于天然氣水合物資源開采的熱量，并結合熱化學儲能技術，避免長距離輸運過程中熱量損耗，極大提高了熱量的利用效率，整個過程經濟、環保、節能。

發明內容

針對傳統注熱法開采天然氣水合物需要消耗大量的能量，且在長距離輸運過程中熱量損失嚴重的問題，本發明提出了一種基于熱管技術的天然氣水合物開采方法及裝置。

本發明采用如下方法實現：

一種利用所述開采系統的天然氣水合物開采方法，包括如下步驟：

初期采用降壓方式進行開采，所述的天然氣水合物儲層內的水合物降壓分解產生天然氣，攜帶有液體組分的天然氣流動至采出井水平段，接著經采出井豎直段、采出井井口輸送至氣液分離器，從而獲得所需產品甲烷；

當天然氣水合物儲層壓力降至儲層溫度所對應水合物相平衡壓力的15％以下時，啟動太陽能熱化學儲能系統進行供熱，即通過所述的太陽能熱分解反應器吸收太陽能使熱化學儲能工作介質受熱分解，獲得的產物與回流的介質在太陽能熱交換器中進行熱量交換，然后經分離儲存器、注入井井口和注入井豎直段，輸送至注入井水平段中的熱化學放熱反應器中進行化學反應，放出熱量促使水合物分解；

太陽能熱化學儲能工作介質在所述的熱化學放熱反應器中發生化學反應并放出熱量后，反應產物經采出井豎直段、采出井井口輸送至干燥凈化器，凈化處理后依次由分離儲存器、太陽能熱交換器回流至太陽能熱分解反應器，完成循環；

天然氣水合物儲層內的水合物受熱分解產生天然氣，攜帶有液體組分的天然氣流動至采出井水平段，經采出井豎直段、采出井井口輸送至氣液分離器，從而獲得所需產品甲烷氣；

優選地，所述的熱化學放熱反應器中發生化學反應時的溫度為300～800℃。

本發明方法開采過程使用的基于熱管技術的天然氣水合物開采裝置，包括：海洋天然氣水合物開采系統、太陽能熱化學儲能系統和氣液分離器；