[发明专利]一种基于太阳能-海水源热泵联合供热技术的天然气水合物开采装置及方法

权利要求书

1.一种基于太阳能-海水源热泵联合供热技术的天然气水合物开采方法，其特征在于，步骤如下：

(1)利用深海钻井技术在天然气水合物储层钻出两口以上的水平井；所述的水平井包括一个以上的开采井和一个以上采出井；在开采井水平段部位设置射孔，用于向水合物储层注入热流体；在采出井水平段部位设置气液收集套管，用于收集分解产生的甲烷气；

(2)建造海上浮动平台(22)，布置太阳能集热器(1)、海水源热泵(10)、太阳能发电装置(6)、监测控制器(20)以及辅助设备，铺设向海底水合物储层开采井输入注热流体的管道，在开采井竖直段底部设置过热装置(14)，用于加热注热流体，并在太阳能发电单元与井底过热装置之间架设电缆；所述太阳能发电单元包括蓄电池(5)、太阳能发电装置(6)和控制转换装置(7)；

(3)开启太阳能发电单元，光伏电板收集太能辐射能并转化为电能，产生的电能用于维持系统内压缩机、过热装置、泵的正常工作；

(4)开采初期通过降压方式促使天然气水合物进行分解，达到改变水合物储层结构的目的，诱导生成大量孔隙通道，提高储层渗透率，有助于注热流体在储层中的扩散；当天然气水合物储层压力降至储层温度所对应水合物相平衡压力的15％以下时，转注热法开采，即通过开采井输入注热流体，由水平段射孔注入水合物储层，促使水合物分解；

(5)在水合物转注热法开采阶段，由太阳能-海水源热泵联合供热，利用太阳能集热器与海水源热泵收集的能量进行供能，注热流体加热60～100℃后从开采井井口泵入，经过热装置加热后，由开采井水平段的射孔部位注入水合物储层；

(6)监测控制单元保障整个开采过程安全、高效运行，通过温度和压力传感器收集系统运行信息，判断其运行状态，及时控制阀门、泵的运行，实现系统运行方式的切换，满足不同条件下的开采需求。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-海水源热泵联合供热技术的天然气水合物开采方法，其特征在于，所述注热流体是浓盐水、甲醇、乙二醇、海水及其混合溶液。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-海水源热泵联合供热技术的天然气水合物开采方法，其特征在于，所述过热装置是电加热器、微波加热器、超声波发生装置及其组合。

4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-海水源热泵联合供热技术的天然气水合物开采方法，其特征在于，所述系统运行方式的切换依据海水温度和太阳辐射强弱而定，具体可分为如下五种：

(1)太阳能集热单元单独供热方式：注热法开采初期，水合物饱和度较高，所需热负荷较小，太阳能集热单元提供的温度较高，流体温度T≥60℃，满足开采需求，无需启动海水源热泵机组；

(2)太阳能与海水源热泵并联供热方式：太阳能集热单元加热流体后的温度为40℃≤T≤60℃，不能直接注入地层，此时蓄热水箱出口的流体与海水源热泵机组的冷凝器并联，进行并联供热；

(3)太阳能与海水源热泵串联供热方式：太阳能集热单元加热流体后的温度为20℃≤T≤40℃，进入海水源热泵机组蒸发器，进行串联供热；

(4)海水源热泵单独供热方式：太阳能集热单元加热流体后，

T≤10℃，停止太阳能系统工作，利用海水源热泵单独供热；

(5)太阳能发电单元单独供热方式：在冬季、夜晚或者阴雨天等气象条件下，太阳能集热单元与海水源热泵单元提供的热量无法满足天然气水合物注热法开采的需求，系统可由太阳能发电单元供热，通过释放储存的备用电量保证系统持续运行。