[发明专利]一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统及方法

权利要求书

1.一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统，其特征在于，包括依次连接的风电场及辅助装置、海洋平台系统、井下开采系统，所述风电场及辅助装置包括依次相连接的风电场（2）、逆变与整流装置（1）、升压变压器（3）和降压变压器（4）；

所述海洋平台系统包括蓄电池（5）、N₂分离装置、热力发电装置、控制器（12）、储气装置（13）、加速泵a（14）、提纯装置（15）、气水分离装置（16）、电热装置（17）和加速泵b（18），所述电热装置（17）的第一输出端与蓄电池（5）的第一输出端相连接，所述蓄电池（5）的第二输出端与N₂分离装置相连接，所述蓄电池（5）的第三输出端与控制器（12）的第二输出端相连接，所述N₂分离装置与热力发电装置相连接，所述热力发电装置与控制器（12）的第一输出端相连接，所述控制器（12）的第三输出端与储气装置（13）相连接，所述储气装置（13）通过加速泵a（14）与热力发电装置相连接，所述气水分离装置（16）与提纯装置（15）连接，所述提纯装置（15）与储气装置（13）连接；

所述井下开采系统包括注入井（19）、产气井（20）和井口设备，所述注入井（19）包括竖直段和水平段，所述竖直段的井口分别连接加速泵b（18）一端、N₂分离装置、热力发电装置，所述加速泵b（18）另一端与电热装置（17）连接；所述水平段为套管结构，包括内套管和外套管；所述产气井（20）井口端与井口设备相连接，所述井口设备与气水分离装置（16）相连接；

N₂分离装置包括依次通过输电电缆相连接的分离罐（6）、压缩机（7）和过滤器（8）；所述热力发电装置包括依次通过输电电缆相连接的发电机（9）、燃气轮机（10）、燃烧室（11），所述燃气轮机（10）和燃烧室（11）之间设有喷管（22）；

所述降压变压器（4）的第一输出端与蓄电池（5）连接，降压变压器（4）的第二输出端与N₂分离装置连接，降压变压器（4）的第三输出端与电热装置（17）连接；所述储气装置（13）与提纯装置（15）之间设有流量计（21）。

2.根据权利要求1所述的一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统，其特征在于，所述控制器（12）的第一输出端和加速泵a（14）均与热力发电装置的燃烧室（11）连接；所述注入井（19）竖直段的井口连接于发电机（9）与燃气轮机（10）之间的输电电缆上。

3.根据权利要求2所述的一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统，其特征在于，基于该系统的开采方法包括以下步骤：

S1:风电场（2）的风机受风力驱动，叶片产生旋转转矩，发出电流，流经逆变与整流装置（1）后流向升压变压器（3），进行电压提升；

S2：经过升压变压器（3）的电流通过输电电缆进行电能传输，流通至降压变压器（4）进行降压；

S3：经过降压变压器（4）降压的电流一端流入电热装置（17），电热装置（17）通过电热转换将电流转换为热能注入海水，给海水加热；经过降压变压器（4）降压的电流另一端流入N₂分离装置，经N₂分离装置分离出N₂，提供气源；经过降压变压器（4）降压的电流还有一端流入蓄电池（5），储存剩余电能；

S4：针对注入井（19）采用交替注入方式，利用N₂打破天然气水合物储层相平衡分压，促进分解，当N₂采气作用能力降低时，快速注入热海水，加大储层传热速率，提供相变所需的热量，增大采气效率；

S5：气水分离装置（16）分离出的气体经过提纯装置（15）将天然气分离，转移到储气装置（13）中，储气装置（13）将天然气运输至热力发电装置，进而提供海洋平台系统所需要的电能；

S6：经燃气轮机（10）燃烧后的气体，作为注入井（19）的气源，注入天然气水合物储层，由于该气体具有一定热量，能提供储层所需要的热能，形成循环。

4.根据权利要求3所述的一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统，其特征在于，电热装置（17）加热之后的海水经过加速泵b（18）加速后注入注入井（19），流向天然气水合物的储层，注入井（19）水平段的内套管注入热海水，外套管注入N₂。