[發明專利]天然氣水合物開采區域地層能量補償裝置及其應用方法

在審

• 申請號: 202210094247.9
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114320242A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 吳學震;郭高強;李大勇;蔣宇靜;張雨坤
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B41/00;E21B43/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 黃詩錦;蔡學俊

本發明提供一種天然氣水合物開采區域地層能量補償裝置及其應用方法，包括用以沉貫至地層內的自入補償裝置和高壓注入系統，所述自入補償裝置內部設置有過流通道，所述高壓注入系統包括用以提供注射動力的儲集加壓裝置和高壓管，所述高壓管上端與儲集加壓裝置連接，所述高壓管下端與過流通道輸入口連接。本發明設計合理，構造簡單，使用時無需中斷生產或新鉆井，解決傳統天然氣水合物開采模式中能耗高，以及開采一段時間后，開采區域溫度下降，水合物分解速度變慢，從而降低產氣效率的問題。

技術領域

本發明涉及一種天然氣水合物開采區域地層能量補償裝置及其應用方法。

背景技術

天然氣水合物，即俗稱的“可燃冰”，主要成分為CH4與水在低溫高壓下形成的一種籠形固體化合物。初步估計，其儲藏量約為數百萬億立方米，90%以上均賦存于海底黏土質粉砂或淤泥質沉積物中。在當前能源緊缺的國際背景下，天然氣水合物作為一種儲量巨大，污染較低的新型能源，其開采利用問題凸顯的愈發重要。目前常見的開采方式主要有熱激法（加熱法）、降壓法、化學抑制劑法及CO—CH4置換法，以及上述幾種方法間的聯合應用。

熱激法的具體實施方式主要包括：1）注熱法，通過將表層熱海水，蒸汽，熱鹽水或其他熱流體將熱量傳輸至開采區域，其缺陷主要在于，由于傳輸距離遠，輸運損耗嚴重，效率低；2）聯合深海地熱開采技術，通過將CO2或低溫海水經泵注入具有地熱能源的高溫巖層，抽取熱量后，高溫海水經套管返至水合物儲層，提供熱量，但其需進行海底深度鉆井及地震勘探，導致成本急劇提高，另外地熱能源分布范圍有限；3）原位補熱法,通過將氧化鈣(CaO)粉末注入天然氣水合物儲層，氧化鈣(CaO)粉末與水反應釋放熱量，提供天然氣水合物的分解熱，但其生成物氫氧化鈣（CaOH）會對環境產生負面影響，且目前尚無有效方法將固態物質大范圍注入儲層；4）電能驅動相關的水合物熱激發技術，通過微波、電磁波、射頻等方式加熱水合物儲層，但由于儲層電阻率較高，加熱效果較差；熱激法的主要目的是通過將熱量直接傳遞至天然氣水合物儲層，使水合物儲層的溫度整體上升，促使水合物在相位曲線上發生偏移，進而分解得到天然氣。但由于水合物儲層熱導率較低，加熱困難，同時由于孔隙率也很低，在加熱時周圍黏土質粉砂或淤泥質沉積物不可避免的要吸收巨大熱量，造成巨大的能源浪費。在上述各類熱激法基礎上改進的多水平井熱水注入法，雖可提升產氣效率，然而實施成本較高。

在降壓法開采中，由于天然氣水合物分解吸收能量，開采一段時間后開采區域溫度下降，進而使水合物分解效率降低。

發明內容

本發明對上述問題進行了改進，即本發明要解決的技術問題是提供一種天然氣水合物開采區域地層能量補償裝置及其應用方法，對天然氣水合物儲層溫度下降區域進行能量補償，提高開采效率。

本發明是這樣構成的，它包括用以沉貫至地層內的自入補償裝置和高壓注入系統，所述自入補償裝置內部設置有過流通道，所述高壓注入系統包括用以提供注射動力的儲集加壓裝置和高壓管，所述高壓管上端與儲集加壓裝置連接，所述高壓管下端與過流通道輸入口連接。

進一步的，所述自入補償裝置外側部設置有熱傳導系統，所述熱傳導系統包括無縫鋼管以及設置在無縫鋼管內下部的液氨層。

進一步的，所述自入補償裝置包括由上至下依次設置的尾部構件、中部構件和頭部構件，所述中部構件兩側設置有側翼。

進一步的，所述過流通道包括豎通道以及多條橫通道，所述橫通道輸出端設有出液口。

進一步的，所述中部構件上方設置有高壓管頭連接裝置，用以將高壓管下端與過流通道進行連接。

進一步的，所述高壓注入系統側部設置有錨纜控制裝置，所述錨纜控制裝置與自入補償裝置之間經懸掛錨纜連接。