[发明专利]冻土区天然气水合物开采方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及天然气水合物开采技术，特别涉及一种冻土区天然气水合物开采方法及装置。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称NGH)是在低温、高压条件下水和天然气中低分子量的烃类化合物形成的一种非化学计量型、类冰状、笼型结晶化合物。NGH具有主-客体材料特征，水分子(主体)通过氢键结合形成空间点阵结构，气体分子(客体)通过与水分子之间的范德华力填充于水分子点阵间的空穴中。自然界海底及陆地永冻土层下存在着广泛的天然气水合物形成条件，据估计，地球上以天然气水合物形式储藏的有机碳占全球总有机碳的53％，是煤、石油、天然气三种化石燃料总碳量的2倍。因此，NGH被认为是21世纪的理想清洁替代能源。

天然气水合物以固体形式赋存于海底沉积层或冻土中，在开采过程中发生相转化，与石油、天然气的开采相比，能源消耗大，技术难度高。NGH开采的关键和难点在于如何采取经济、高效、安全、环境友好的措施促进NGH分解，降低开采成本，同时保持井底稳定，防止引起滑坡、塌陷等地质灾害，防止甲烷喷发和泄漏对全球碳循环及气候造成影响。目前提出的NGH开采路线分为固态开采和地下分解开采两种：固态开采效率高，但技术难度大，适用于海底浅埋藏、高饱和度的NGH藏开采；地下分解开采研究最多，可归纳为热激发法、降压法和注入化学试剂法三类。常规热激发法是将蒸汽、热水、热盐水等载热体注入天然气水合物储层，使储层温度达到NGH分解温度以上分解开采NGH，热激发法开采速率快，但能量利用率低。降压法能源利用效率高，但开采速率慢，往往与其它方法结合使用。化学法的缺陷是药剂用量大，成本高，易造成环境污染问题，NGH储层温度不断降低，导致开采速率降低。为提高热激发法能量利用效率低的难点，国内外学者提出采用微波电磁加热、化学氧碘激光加热、太阳能加热、地热加热、利用水合物技术在海底原位制备热盐水加热等多种改进的热激发方法。上述各种NGH开采技术各有优缺点和应用领域，目前还没有一种国际公认的技术、经济、安全、环境均可行的大规模NGH开采方法。

冻土区NGH藏的压力和温度都较低，自由水量少，适于抽水降压开采，但单纯降压法提供的分解推动力小，且NGH分解吸热导致NGH藏温度降低，NGH由于“自保护效应”分解速率极其缓慢，一旦温度降低到0℃以下，还会造成“冰堵塞”和“二次水合物”形成，造成NGH藏渗透率显著下降；另外，如果开采位于多年冻土底板以上的NGH，降压法开采使NGH全部转化为冰，导致开采根本无法进行；因而，冻土区NGH商业化大规模开采，单独的降压法难以奏效，需要采用热激发与降压法联合的方法进行开采。常规的注热水+降压开采方法虽然可加快开采速率，但热水从地表经冻土层输送至NGH层，会产生热损失；热水注入会在NGH层产生水压，导致NGH分解温度升高，热损失也会相应增大；同时由于热水注入，开采过程产水量增大，整个热水制备、注入、采出过程泵功耗及设备投资大大增加，更重要的是这种方法降压、注热水只能轮流进行，不能同步连续进行。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种冻土区天然气水合物开采方法及一种冻土区天然气水合物开采装置，其开采方式经济、高效、安全，且操作方便、能耗低、开采成本低廉，易于实现自动化操作和远程控制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种冻土区天然气水合物开采方法，包括步骤：

向水平井中注入含氧气体，点燃水平井中NGH或NGH分解气燃烧；

采用深井泵将垂直井及水平井中NGH分解产生的液态水抽出至地面；

收集分解水及分解气。

一种冻土区天然气水合物开采装置，包括：抽水降压系统、井下原位燃烧加热系统、气体收集系统及控制系统，所述抽水降压系统包括：输水管，安装在垂直井的井底的深井泵，通过所述输水管与所述深井泵连接的气液分离器；所述井下原位燃烧加热系统包括：安装在水平井中、通过电力开关与地面电源连接的电子点火装置，与外界供气系统相连、从地面经垂直井铺设至水平井中所述电子点火装置处的含氧气体输送管；所述气体收集系统包括：设置在垂直井的井口的气体采集管；所述控制系统包括压力传感器、所述电力开关、以及设置在所述含氧气体输送管上的调节阀，所述控制系统根据压力传感器测量的垂直井压力控制含氧气体输送管上的调节阀的开度、电力开关的通断。