[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

说明书

本发明公开了一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统及方法，属于海域天然气水合物开采领域，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，将风力发电装置的“弃风”利用到天然气水合物的开采过程，增加天然气水合物开采过程中的能源来源，提高了能源利用率并有效解决了天然气水合物开采过程的电能热能供应问题。

技术领域

本发明涉及海域天然气水合物开采领域，具体涉及一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统及方法。

背景技术

随着经济社会的发展，能源短缺问题成为制约经济发展的主要问题之一，天然气水合物是一种清洁能源，是在高压，地温条件下水和小分子烷烃类化合物形成的一种冰状、笼型晶体化合物，其燃烧后的产物主要为水和二氧化碳，相对于燃煤发电更加清洁，天然气水合物的分布较广，能量密度很高，是一种优秀的能源物质，且储量很大，但是天然气水合物主要呈层状分布于海洋底部，海底渗流特性复杂难以开采。目前较好的天然气水合物主要开采方法有：加热法、降压法、化学抑制剂法及CO₂-CH₄置换法，其中有经济性开采前景的是降压法和加热法联合使用的方式进行开采，然而加热法需要投入大量的热力资源，天然气水合物的储层范围极大，所需要的热力资源也很高。

风能是一种清洁能源，指的是地球表面大量空气流动所产生的动能，资源丰富，并具有巨大的发展潜力。近年来风机容量逐年加大，但是由于风机的不稳定发电导致并网困难，造成大规模的“弃风”的现象，造成了电力资源和风机资源的浪费。近年来我国风力发电设备装机容量逐年增加，国内大规模的“弃风”的现象在近两年得到缓解，但是“弃风”率依然很高。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统及方法，将风力发电装置的“弃风”利用到天然气水合物的开采过程，增加天然气水合物开采过程中的能源来源，提高了能源利用率并有效解决了天然气水合物开采过程的电能热能供应问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于风电补偿的天然气水合物开采系统，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、逆变与整流装置、升压变压器和降压变压器；

所述海洋平台系统包括蓄电池、N₂分离装置、热力发电装置、控制器、储气装置、加速泵a、提纯装置、气水分离装置、电热装置和加速泵b，所述电热装置的第一输出端与蓄电池的第一输出端相连接，所述蓄电池的第二输出端与N₂分离装置相连接，所述蓄电池的第三输出端与控制器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的第一输出端相连接，所述控制器的第三输出端与储气装置相连接，所述气水分离装置与提纯装置连接，所述提纯装置与储气装置连接；

所述井下开采系统包括注入井、产气井和井口设备，所述注入井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一端、N₂分离装置、热力发电装置，所述加速泵b另一端与电热装置连接；所述水平段为套管结构，包括内套管和外套管；所述产气井井口端与井口设备相连接，所述井口设备与气水分离装置相连接；

进一步的，N₂分离装置包括依次通过输电电缆相连接的分离罐、压缩机和过滤器；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、燃气轮机、燃烧室，所述燃气轮机和燃烧室之间设有喷管；

所述降压变压器的第一输出端与蓄电池连接，降压变压器的第二输出端与N₂分离装置连接，降压变压器的第三输出端与电热装置连接；所述储气装置与提纯装置之间设有流量计。

进一步的，所述控制器的第一输出端和加速泵a均与热力发电装置的燃烧室连接；所述注入井竖直段的井口连接于发电机与燃气轮机之间的输电电缆上。

一种基于风电补偿的天然气水合物开采方法，包括以下步骤：