一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統的製作方法

2023-06-24 15:33:01

專利名稱：一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種海底天然氣水合物開採系統，尤其是一種利用風能供電的天然氣
水合物微波原位開發系統。
背景技術：
天然氣水合物是在低溫高壓條件下由水和天然氣組成的類冰的、非化學計量的籠 形結晶化合物。標準狀態下lm3的水合物可儲存約160m3的天然氣。天然氣水合物遇火即 可燃燒，俗稱"可燃冰"。自然界的天然氣水合物大多儲存在海底及陸地永久凍土帶沉積物 中，據估計，存儲在天然氣水合物中的碳約是已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然 氣)中碳含量總和的兩倍，天然氣水合物被認為是21世紀最具開發前景的替代能源，具有 分布範圍廣、儲藏規模大、能量密度高的特點。目前全球直接或間接探測到的天然氣水合物 氣藏有一百多處，我國已在南海及青海凍土帶成功發現天然氣水合物藏。
由於天然氣水合物的開發面臨經濟和技術上的可行性問題，天然氣水合物的開發 技術尚處於實驗階段。天然氣水合物開採的思路基本上是首先將蘊藏於沉積物中的天然氣 水合物進行分解，然後獲取天然氣，現階段提出的方法一般分為以下幾種(l)熱激法；(2) 降壓分解法；(3)注入化學劑法。然而直接採用熱激法開採天熱氣水合物容易造成能量的 消耗和環境的汙染。 微波是指頻率為300 300000MHz的電磁波，微波加熱具有作用速度快、體積性加 熱、選擇性加熱、靈活性高及無物質注入的特點，已廣泛應用於食品、醫藥等行業，並在油氣 開發的應用中引起人們的重視。現在的微波發生器已經可以做到功率連續可調，透微波材 料的製造工藝也已經有了很大進展。除了注熱(鹽)水、蒸汽等常規熱激法外，微波加熱可 作為一種新的熱激方式應用到天然氣水合物工業中。實驗證明微波可以加快水合物分解， 操作比較簡單，且利用微波加熱水合物儲層可避免其他注熱方式在井口到井底部分的熱損 失。微波作用下天然氣水合物氣藏中次生微裂縫的產生使地層的滲透率提高，可實現天然 氣水合物氣藏的高滲開發。但利用微波加熱開採海底天然氣水合物過程中需要解決孤立開 採平臺上的微波源電能供給問題。

發明內容
本發明的目的在於降低海上熱激法開採天然氣水合物的能量消耗和環境汙染，利 用現有的微波技術和風力發電技術，提供一種風力發電聯合微波加熱開採海底天然氣水合 物的系統。 為實現以上目的，本發明採取了以下的技術方案一種利用風能供電的天然氣水 合物微波原位開發系統，包括設置於海面上的開採平臺，設置在開採平臺上的儲氣裝置，在 開採平臺上、朝向海面下設有井口裝置，包括有設置在開採平臺上的風力發電機組、微波發 生裝置、微波轉換裝置、微波檢測裝置，所述微波發生裝置一端與所述風力發電機組連 接，另一端通過地面微波傳輸線依次連接到所述微波轉換裝置和微波檢測裝置，還包括有
3井下微波傳輸線，所述井下微波傳輸線一端與微波檢測裝置連接，另一端從井口裝置伸入 後與設置在海底天然氣水合物儲層附近的輻射天線連接；在所述井下微波傳輸線旁側設有 採氣通道，該採氣通道上端與所述儲氣裝置連通。 熱激法開採海底天然氣水合物消耗的能量來源於海上風能，並通過微波電磁能的 形式高效的由海面傳輸到水合物藏區；本發明通過海上風力發電機組發電，微波發生裝置 由風力發電機組供電並利用電能產生微波；產生的微波經由地面微波傳輸線、微波轉換裝 置和微波檢測裝置到達井口裝置；微波再從井口裝置經由井下微波傳輸線輸送到達水合物 儲層中的輻射天線，輻射天線輻射微波加熱水合物儲層；水合物儲層分解得到的天然氣和 水由採氣通道輸出到海面，氣水分離後儲存到儲氣裝置中，並運輸天然氣；上述微波檢測裝 置可實時測量微波傳輸功率，並根據開採需要調整微波功率。 在所述輻射天線外套設有透微波天線套管。輻射天線的套管應由高強度的透微波 材料製成， 一方面能有效保護輻射天線不受外界環境的影響，另一方面也不會影響微波投 射的能力。 在所述井下微波傳輸線外套設有微波傳輸線套管。海底的微波傳輸線耐壓強度有 限，通過高強度微波傳輸線套管給予保護。 在所述採氣通道上、靠近天然氣水合物儲層的位置處開設有多個進氣口。天然氣 從進口中進入到採氣通道，方便氣體的收集存儲。 本發明與現有技術相比，具有如下優點風能發電在可再生能源利用技術中已經 相對成熟，且成本也更低。正是因為風力發電技術不斷發展進步，風力發電機組也將越來越 便宜與高效，增大風力發電機組的單機容量後，基礎設施的成本相對減少；海上風力發電已 經悄然興起並且將會成為重要能源形式，海上有豐富的風能資源和廣闊平坦的區域，從而 使海上風力發電技術成為最近的研究和應用熱點；風力發電聯合微波加熱開採海底天然氣 水合物技術可就地利用海上風能，高效的將可再生能源轉化成儲層中天然氣水合物分解所 需要的能量，作用速度快，經濟效益高，並且整個過程中不產生任何汙染。


圖1為本發明系統示意圖； 附圖標記說明l-風力發電機組，2-微波發生裝置，3-微波轉換裝置，4-微波檢 測裝置，5-地面微波傳輸線，6-井口裝置，7-儲氣裝置，8-開採平臺，9-井下微波傳輸線， 10-微波傳輸線套管，11-採氣通道，12-輻射天線，13-透微波天線套管，14-進氣口 。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的內容做進一步詳細說明。
實施例 設計一個日產氣量為5萬立方米的洋底水合物天然氣井，按1 : 160的儲氣比例 計算，則需要加熱分解0. 03125萬立方米水合物，儲層沉積物中水合物含量取40% ，則需加 熱的儲層為0. 07813萬立方米。加熱分解水合物使儲層溫度上升8攝氏度，水合物分解熱 為53kJ/mol，則估算加熱功率為1. 5麗。據此，配置的高功率微波發生裝置2的平均輸出功 率應為1. 5麗，頻率可為工業常用的915MHz，微波傳輸線採用國家標準BJ-9波導。多級永磁同步風力發電機組具有無齒輪、運行速度低、重量輕、可靠性高及維護量小等特點，因此 本實例配備一臺更適合海上惡劣環境的直驅多級永磁同步風力發電機組，額定功率1. 5麗。
採用如圖1所示的裝置，一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統， 包括設置於海面上的開採平臺8，設置在開採平臺8上的儲氣裝置7，在開採平臺8上、朝向 海面下設有井口裝置6，還包括有設置在開採平臺8上的風力發電機組1、微波發生裝置2、 微波轉換裝置3、微波檢測裝置4，微波發生裝置2 —端與風力發電機組1連接，另一端通過 地面微波傳輸線5依次連接到微波轉換裝置3和微波檢測裝置4，還包括有井下微波傳輸線 9，井下微波傳輸線9 一端與微波檢測裝置4連接，另一端從井口裝置6伸入後與設置在海 底天然氣水合物儲層附近的輻射天線12連接；在井下微波傳輸線9旁側設有採氣通道11， 該採氣通道11上端與儲氣裝置7連通。 其工作流程為風力發電機組l利用海上風能發電，電能供給微波發生裝置2產生 微波，微波通過微波傳輸線5和微波轉換裝置3輸送到井口裝置6，再由井下微波傳輸線9 到達放置於天然氣水合物儲存的輻射天線12，輻射天線12輻射微波能加熱天然氣水合物 儲層，天然氣水合物儲層中水合物發生分解，分解得到的天然氣由採氣通道11輸送到井口 裝置6，經氣水分離後在儲氣裝置7中儲存。 本實施例進一步在輻射天線12外套設有透微波天線套管13，在井下微波傳輸線9 外套設有微波傳輸線套管10，以保護輻射天線12和井下微波傳輸線9。
在採氣通道11上、靠近天然氣水合物儲層的位置處開設有多個進氣口 14。該進氣 口 14與天然氣水合物儲層相通。 上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發 明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
權利要求
一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統，包括設置於海面上的開採平臺(8)，設置在開採平臺(8)上的儲氣裝置(7)，在開採平臺(8)上、朝向海面下設有井口裝置(6)，其特徵在於包括有設置在開採平臺(8)上的風力發電機組(1)、微波發生裝置(2)、微波轉換裝置(3)、微波檢測裝置(4)，所述微波發生裝置(2)一端與所述風力發電機組(1)連接，另一端通過地面微波傳輸線(5)依次連接到所述微波轉換裝置(3)和微波檢測裝置(4)，還包括有井下微波傳輸線(9)，所述井下微波傳輸線(9)一端與微波檢測裝置(4)連接，另一端從井口裝置(6)伸入後與設置在海底天然氣水合物儲層附近的輻射天線(12)連接；在所述井下微波傳輸線(9)旁側設有採氣通道(11)，該採氣通道(11)上端與所述儲氣裝置(7)連通。
2. 如權利要求1所述的一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統，其特徵 在於在所述輻射天線(12)外套設有透微波天線套管(13)。
3. 如權利要求1所述的一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統，其特徵 在於在所述井下微波傳輸線(9)外套設有微波傳輸線套管(10)。
4. 如權利要求1所述的一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統，其特徵 在於在所述採氣通道(11)上、靠近天然氣水合物儲層的位置處開設有多個進氣口 (14)。
全文摘要
本發明公開了一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發系統，包括設置於海面上的開採平臺，儲氣裝置，在開採平臺上、朝向海面下設有井口裝置，包括有設置在開採平臺上的風力發電機組、微波發生裝置，微波發生裝置一端與風力發電機組連接，另一端通過地面微波傳輸線依次連接到微波轉換裝置和微波檢測裝置，還包括有井下微波傳輸線，井下微波傳輸線一端與微波檢測裝置連接，另一端從井口裝置伸入後與設置在海底天然氣水合物儲層附近的輻射天線連接；在井下微波傳輸線旁側設有採氣通道，該採氣通道上端與儲氣裝置連通。本發明開發系統能高效的將可再生能源轉化成儲層中天然氣水合物分解所需要的能量，作用速度快，並且整個過程中不產生任何汙染。
文檔編號E21B43/01GK101725334SQ20091019433
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者何松, 李棟梁, 梁德青 申請人:中國科學院廣州能源研究所