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一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置
申请号	CN201510938910.9	申请日	2015-12-15	公开(公告)号	CN105545270B	公开(公告)日	2017-12-26
申请人	大连理工大学;			发明人	宋永臣; 杨明军; 陈兵兵; 刘卫国; 李洋辉; 王朋飞;
摘要	本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，提供了一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置。该装置包括氧气注入系统、检测与反馈系统、氧气回收与循环利用系统和天然气收集系统。本发明针对目前天然气水合物开采技术的不足，结合降压法和热激法，提供了一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置。本方法通过先降压使部分天然气水合物先分解成CH4，通过特制的组合管道注入氧气，进行多点点燃，利用燃烧释放的热量，促使天然气水合物的分解。本方法易于实现，加热范围大，效率较高，且可以用于天然气水合物工业化的大规模开采。
权利要求	1.一种原位燃烧法天然气水合物开采装置，其特征在于，该原位燃烧法天然气水合物开采装置包括氧气注入系统、检测与反馈系统、氧气回收与循环利用系统和天然气收集系统；所述氧气注入系统包含氧气注入装置、注气泵、氧气注入井、L型外套管和L型内套管；氧气注入装置通过管道与L型内套管的垂直端相连，L型外套管套在L型内套管外；将组合后的L型外套管和L型内套管插入氧气注入井，通过注气泵将氧气注入装置中的氧气注入天然气储层，实现天然气的多点点燃，利用燃烧释放的热量，促进水合物的大量分解；氧气注入装置注气口处装有注气泵；所述的L型内套管水平端设有多个双向阀，用于向L型外套管注入氧气以及氧气过量时进行氧气回收；所述的L型外套管水平端设有多个单向阀；所述检测与反馈系统包含氧气浓度检测装置、温度检测装置和计算机，氧气浓度检测装置分别安装于L型外套管水平端的末端、氧气注入井和开采井的末端，温度检测装置安装于氧气注入井水平端两侧，围绕于L型外套管水平端；当天然气储层氧气浓度低于61％、天然气储层氧气浓度高于62.5％或天然气储层温度低于20℃时，将氧气浓度预警信号或温度预警信号通过氧气浓度检测装置或温度检测装置反馈到计算机，经处理后反馈到氧气回收与循环利用系统；所述氧气回收与循环利用系统包含吸气泵、氧气回收箱和自控阀，氧气回收箱通过管道分别与氧气注入装置和L型内套管相连，通过自控阀控制；氧气回收箱内部装有吸气泵，氧气注入装置注气口处的注气泵下部安装有自控阀；计算机接收到氧气浓度或温度预警信号后，氧气回收箱两侧的自控阀打开，氧气注入装置下端的自控阀关闭，利用吸气泵将多余的氧气吸收到氧气注入系统的氧气回收箱中，并将其送到氧气注入装置中，实现氧气的回收再利用；所述天然气收集系统包含开采井以及顶部的甲烷收集装置，在开采井处，将分解的天然气收集到储气罐中。
说明书全文	一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置技术领域 [0001] 本发明属于海洋天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置。背景技术 [0002] 在当今传统化石燃料日益缺乏的条件下，开发利用新能源已经成为了世界各国的重点研究内容。天然气水合物作为一种新能源，具有新型高效、储量大等特点，发展前景广阔，并得到了世界范围内的重视。目前天然气水合物的开采技术主要包括降压开采法、热激开采法和化学试剂注入开采法。 [0003] 减压开采法对天然气水合物藏的性质有特殊的要求,只有当天然气水合物位于温压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性。 [0004] 热激开采法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题,而且只能进行局部加热,因此该方法尚有待进一步完善。化学试剂注入开采法所需的化学试剂费用昂贵,对天然气水合物层的作用缓慢，而且还会带来一些环境问题,所以,目前对这种方法投入的研究相对较少。 [0005] 本发明针对目前水合物的开采方法所存在的缺陷，结合降压法和热激法，提出了一种新的水合物开采方法和装置。发明内容 [0006] 本发明针对目前天然气水合物开采技术的不足，结合降压法和热激法，提供了一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置。本方法通过先降压使部分天然气水合物先分解成CH4，通过特制的组合管道注入氧气，进行多点点燃，利用燃烧释放的热量，促使天然气水合物的分解。本方法易于实现，加热范围大，效率较高，且可以用于天然气水合物工业化的大规模开采。 [0007] 本发明的技术方案是：一种原位燃烧法天然气水合物开采方法与装置，包括氧气注入系统、检测与反馈系统、氧气回收与循环利用系统和天然气收集系统； [0008] 所述氧气注入系统包含氧气注入装置、注气泵、氧气注入井、L型外套管和L型内套管；氧气注入装置通过管道与L型内套管的垂直端相连，L型外套管套在L型内套管外；将组合后的L型外套管和L型内套管插入氧气注入井，通过注气泵将氧气注入装置中的氧气定量注入天然气储层，实现天然气的多点点燃，利用燃烧释放的热量，促进水合物的大量分解；氧气注入装置注气口处装有注气泵；所述的L型内套管水平端设有多个双向阀，用于向L型外套管注入氧气以及氧气过量时进行氧气回收；所述的L型外套管水平端设有多个单向阀。 [0009] 所述检测与反馈系统包含氧气浓度检测装置、温度检测装置和计算机，氧气浓度检测装置分别安装于L型外套管水平端的末端、氧气注入井和开采井的末端，温度检测装置安装于氧气注入井水平端两侧，围绕于L型外套管水平端；当天然气储层氧气浓度低于61％、天然气储层氧气浓度高于62.5％或天然气储层温度低于20℃时，将氧气浓度预警信号或温度预警信号通过氧气浓度检测装置或温度检测装置反馈到计算机，经处理后反馈到氧气回收与循环利用系统。 [0010] 所述氧气回收与循环利用系统包含吸气泵、氧气回收箱和自控阀，氧气回收箱通过管道分别与氧气注入装置和L型内套管相连，通过自控阀控制；氧气回收箱内部装有吸气泵，氧气注入装置注气口处的注气泵下部安装有自控阀；计算机接收到氧气浓度或温度预警信号后，氧气回收箱两侧的自控阀打开，氧气注入装置下端的自控阀关闭，利用吸气泵将多余的氧气吸收到氧气注入系统的氧气回收箱中，并将其送到氧气注入装置中，实现氧气的回收再利用。 [0011] 所述天然气收集系统包含开采井以及顶部的甲烷收集装置，在开采井处，将分解的天然气收集到储气罐中，便于利用。在开采井处安装有氧气浓度检测装置，防止杂质的混入。 [0012] 本发明的有益效果是：解决了天然气水合物开采过程中的难题，为实现天然气水合物的大规模开采提供了可行的方法，同时，对于天然气水合物开采方法的后续研究具有重要的意义。附图说明 [0013] 图1是一种原位燃烧法天然气水合物开采技术的氧气注入井和组合套管的结构示意图。 [0014] 图2是一种原位燃烧法天然气水合物开采技术的系统示意图。 [0015] 图中：1氧气注入装置；2氧气注入井；3L型外套管；4L型内套管；5水合物层；6双向阀；7单向阀；8海底层；9自控阀；10氧气回收箱；11氧气浓度检测装置；12开采井；13吸气泵；14注气泵；15温度检测装置。具体实施方式 [0016] 以下结合技术方案和附图对本发明作进一步详细的说明。 [0017] 图2所示为一种原位燃烧法天然气水合物开采方法和装置的系统示意图：在储层上部钻取水平氧气注入井，并选取两个降压口，采用低密度泥浆钻井对天然气水合物储层降压，使部分天然气水合物分解，通过向天然气储层注入氧气并点燃，利用少量甲烷的燃烧放热，促使储层水合物的大量分解。 [0018] 图1所示为一种原位燃烧法天然气水合物开采技术的氧气注入井和组合套管的结构示意图：氧气回收箱通过管道分别与氧气注入装置和L型内套管相连，氧气注入装置与L型内套管相连，氧气回收箱内部装有吸气泵，两侧管道分别装有自控阀，氧气注入装置通过管道与L型内套管相连，注气口处装有注气泵，下部安装有自控阀，L型外套管套在L型内套管外。氧气浓度检测装置安装于L型外套管、氧气注入井以及开采井的末端，温度检测装置安装于氧气注入井水平端。氧气注入套管的L型内套管水平端设有多个双向阀，用于向L型外套管注入氧气以及氧气过量时进行氧气回收。L型外套管水平端设有多个单向阀,可防止分解的甲烷倒流进组合套管中，同时将氧气注入天然气储层并在此处点燃，再将L型外套管和L型内套管组合安装插入氧气注入井。 [0019] 利用氧气注入井套管向天然气储层注入氧气并进行多点间隔性点燃，通过单向阀和双向阀对于氧气注入量进行双重控制，在保证高效率的促进天然气水合物分解的同时，也保证了操作的高度安全性。 [0020] 在氧气注入井和开采井处安装有氧气浓度检测装置，当氧气浓度超过62.5％时，氧气回收箱两侧自控阀打开，氧气注入装置下端自控阀关闭，不再注入氧气，而是通过吸气泵对过量氧气进行回收利用；当氧气浓度低于61％或温度低于二十摄氏度时，氧气回收箱两侧自控阀关闭，氧气注入装置下端自控阀打开，继续注入氧气。 [0021] 在开采井处收集储层分解的CH4，进行CH4气体的储藏于运输。

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