[发明专利]一种基于温差发电机的海域天然气水合物热采装置

说明书

本发明涉及基于温差发电机的海域天然气水合物热采装置，包括能量井及其内部装置、生产井及其内部装置和功率控制器；能量井由套管穿透天然气水合物储层和高温储层（热卤水或干热岩层），并在高温储层射孔，且能量井内布设有温差发电机，温差发电机热端设置在高温储层，其冷端设置在海水层，并通过电缆与功率控制器输入端相连；生产井由套管钻孔至水合物开采所要求深度，并在水合物储层射孔形成水合物射孔层段，生产井内设有与功率控制器输出端相连的热电极，利用能量井提供的电能，通过功率控制器控制输入、输出电能的功率，供给热电极在生产井内生热，并通过水合物射孔层段对水合物储层有效传递热量，对水合物储层中的天然气进行热采。

技术领域

本发明涉及海域天然气水合物开采技术领域，特别涉及自然存在干热岩或热卤水的热流值比较高的天然气水合物赋存区，以加热形式开发天然气水合物，从而获取天然气的装置。

背景技术

天然气水合物是由水分子在低温、高压环境下捕获住天然气分子而形成的似冰状结晶态化合物，全球99％的天然气水合物分布于海洋沉积物中。天然气水合物中甲烷含量通常占80％～99.9％，其燃烧污染比煤、石油、天然气等传统化石燃料小得多，而且储量异常丰富，被各国视为未来最有希望的石油天然气替代能源。

因此，安全、经济、环保的开发天然气水合物资源对于缓解我国能源危机、保障能源储备、控制环境污染等方面具有十分重要的意义。经过多年室内研究和现场试开采实践，确定天然气水合物的开发主要方式有热解法、降压法和化学试剂法，其中热解法是通过对天然气水合物储层进行加热，使天然气水合物储层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水和天然气的开发方法。例如授权公告号为【CN 103321616B】的发明专利公开一种海床甲烷天然气水合物的收集办法及系统，包括热水和热气输入管道，增压水泵，燃烧加热炉，增压风机，储水罐，柴油发电机组等，该方法需要额外提供大量的热量，且能源开发及利用效率低，从经济上降低了天然气水合物开发的可行性。

大量地质勘探表明，由于地温梯度或者地层深处岩浆的活动，在天然气水合物储层的下部普遍发育有干热岩或高温、高压卤水层(本申请中简称热卤水层)等温度较高的高温储层。有效地利用下部自然存在的高温流体或干热岩作为热解法天然气水合物的热量来源，首先无需额外提供能量来源，这对于降低开发成本、减少开发技术难度，消除外部可能的污染风险、提高整体开发效益具有明显的优势和重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有方法中开采天然气水合物需要额外提供能量来源、经济成本高等缺陷，提供一种基于温差发电机的海域天然气水合物热采装置，利用天然气水合物储层下方自然存在的干热岩或热卤水层的热量(温度可达到200度及以上)与海水层(温度为0度以下)的温差进行发电，从而实现对天然气的热采。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于温差发电机的海域天然气水合物热采装置，包括能量井及其内部装置、生产井及其内部装置及设置在能量井和生产井之间的功率控制器；所述能量井由套管设有自上而下穿透天然气水合物储层和高温储层，并通过射孔完井方式将所述套管与高温储层连接，所述高温储层为干热岩或热卤水层；且能量井内布设有温差发电机，温差发电机的热端设置在高温储层，其冷端设置在海水层，温差发电机通过电缆与功率控制器输入端相连；

所述生产井由套管钻孔至天然气水合物开发生产所要求的深度，并在天然气水合物储层射孔形成天然气水合物射孔层段，以与天然气水合物储层连接，所述生产井内天然气水合物射孔层段设有热电极，热电极与功率控制器输出端相连，利用能量井提供的电能，通过功率控制器调整后，供给热电极在生产井内生热，并通过天然气水合物射孔层段对天然气水合物储层有效传递热量，从而实现对天然气水合物储层中的天然气进行热采。

进一步的，所述能量井内设有绝热隔层，以将天然气水合物储层与高温储层分别与相邻地层做绝热处理，保证温差相对恒定，并且防止高温储层的热量通过对流扩散到天然气水合物储层。