CN101037938A - 利用太阳能加热开采天然气水合物的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用太阳能加热开采天然气水合物的方法和装置,其属于冻土地带或者海底沉积层天然气水合物资源开采领域。该方法和装置利用多个聚光器采集太阳能,经光纤输送至井下的天然气水合物储层来开采天然气,对环境无污染,实现真正的清洁生产。光缆直接将太阳能传输到地层加热,只需一次光-热转换,转换效率是光-电-热转换效率的5倍以上,传输过程能量损失少,对井壁温度变化影响小。可根据实际开采天然气水合物的量来调整太阳能的采集量,操作简单、通用性强。还可以通过控制气井压力条件,白天采用加热法开采,夜间采用井压法开采。由于天然气水合物资源丰富,开采的效率高、经济性好和环保等特性,具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能加热开采天然气水合物的方法和装置,其属于冻土地带或者海底沉积层天然气水合物资源开采领域。
背景技术
天然气水合物是近年来引起世界各国广泛关注的一种新能源。由于天然气水合物资源在全球分布极广,而且数量巨大,已被公认为是21世纪最具开发前景的能源,并被科技界列为常规油气资源的可替代性资源。因此经济、高效、环保的开采天然气水合物具有非常重要的意义。
从20世纪60年代苏联发现麦索雅哈气田至今,各国的研究者相继开展了对天然气水合物的调查研究和评价工作,在天然气水合物的基础研究方面取得了较大的进展。但是,还没有一种可以用来开采天然气水合物的具体而有效的方法。实际投入开采尚有争议的是苏联的麦索雅哈气田,用降压和注入抑制剂的方法生产了19年。
2001年10月到2002年3月,在加拿大的Mallik气藏钻了一口生产试验井和两口观察井,成功地进行了为期79天的降压开采和加热开采试验,但是开采过程中都没有考虑生产效率与经济性问题。天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何使蕴藏在沉积物中的天然气水合物分解,然后再将天然气采至地面。一般来说,人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件,造成其分解,是目前开采天然气水合物中甲烷资源的主要方法。主要包括(1)加热法,将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体从地面泵入天然气水合物储层,促使温度上升使水合物分解。常规的加热开采技术的不足主要是会造成大量的热损失,效率很低,特别是在永久冻土区,即便认为更为有效的电磁加热法能量效率只有40%左右。(2)降压法,通过降低压力打破天然气水合物稳定存在的条件,促使其分解。降压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发,但是作用缓慢,效率低,而且要求储层温度较高。(3)添加化学剂法,某些化学剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改变水合物形成的相平衡条件,降低水合物稳定的温度。当将上述化学剂从井孔泵入后,就会引起天然气水合物的分解。添加化学剂法最大缺点是费用太高,而且注入的物质可能对地层产生污染。
发明内容
为解决现有技术中效率低、成本高的缺陷,本发明提供一种利用太阳能加热开采天然气水合物的方法和装置,该方法和装置应利用自然界取之不尽、用之不竭的太阳能来加热天然气水合物储层开采天然气,并具有效率高、经济性好和环保等特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种利用太阳能加热开采天然气水合物的方法,采用加热法和降压法开采,它采用的步骤如下:
A、采集太阳能;
B、将采集的太阳能输送至天然气水合物储层,加热天然气水合物,让天然气水合物分解为天然气和水;
C、利用井压把天然气输送至地面并储存。
上述的步骤A中,用聚光器采集太阳能。
上述的步骤B中,将聚光器采集的太阳能经光纤输送至置于天然气水合物储层中的光热转换器,光热转换器向外供热并加热天然气水合物。
上述的步骤C中,天然气水合物受热分解并产生井压。
在使用上述方法时,一般白天采用太阳能加热法、晚上采用降压法开采天然气。
一种实现上述方法的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置,它包括一个太阳能采集支装置、一个太阳能传送支装置和一个向地面输气的支装置。
上述的太阳能采集支装置至少采用一个太阳能聚光器。太阳能聚光器由聚光体、透镜、支光纤和自动***组成,聚光体把太阳光汇聚到透镜经支光纤输出。聚光体包括一个大反射式抛物球面和一个小反射式抛物球面,大反射式抛物球面首先把太阳能会聚到小反射式抛物球面,再由小反射式抛物球面把太阳能会聚到透镜。
上述的太阳能传送支装置把各聚光器采集的太阳能由支光纤经太阳能汇集
器和主光纤输送至太阳能终端转换器。太阳能汇集器可采用把各支光纤和主光纤连接在一起的光纤连接器,该主光纤采用多芯光纤;太阳能汇集器也可采用把各支光纤至少分成一个支光纤组,每个支光纤组输送来的太阳能经各自的凸透镜汇集入主光纤中各自的单芯光纤。太阳能终端转换器内部采用光热转换材料、外壳采用导热防腐蚀材料,该太阳能终端转换器设置在竖井或水平井的天然气水合物储层中。
上述的向地面输气的支装置使井中的天然气经井口装置、输气管和控制阀向外输送。
本发明的有益效果是:一种利用太阳能加热开采天然气水合物的方法和装置,该方法和装置利用多个聚光器采集自然界取之不尽、用之不竭的太阳能,经光纤把太阳能输送至井下的天然气水合物储层来开采天然气,对环境无污染,实现真正的清洁生产。光缆直接将太阳能传输到地层加热,只需一次光-热转换,转换效率是光-电-热转换效率的5倍以上,传输过程能量损失少,对井壁温度变化影响小。可根据实际开采天然气水合物的量来调整太阳能的采集量,操作简单、通用性强。还可以通过控制气井压力条件,白天采用加热法开采,夜间采用井压法开采。由于天然气水合物资源丰富,开采的效率高、经济性好和环保等特性,具有很好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是利用太阳能加热开采天然气水合物装置在竖井中应用的示意图。
图2是利用太阳能加热开采天然气水合物装置在水平井中应用的示意图。
图3是一种使用凸透镜做太阳能汇集器的示意图。
图中:1、小反射式抛物球面,2、透镜,3、大反射式抛物球面,4、自动***,5、支架,6、支光纤,6a、主光纤,7、太阳能汇集器,8、输气管,8a、控制阀,9、井口装置,10、竖井,10a、水平井,11、地表面,12、天然气水合物储层上表面,13、天然气水合物储层下表面,14、太阳能终端转换器,15、凸透镜,16、天然气水合物储层。
具体实施方式
图1、2所示的实施例中,首先要在地表面11向地层深处钻井直达天然气水合物储层16,天然气水合物储层16有天然气水合物储层上表面12和天然气水合物储层下表面13。在图1中,竖井10一直钻至天然气水合物储层16,太阳能终端转换器14就设置在天然气水合物储层16的竖井段中;在图2中,竖井10一直钻至天然气水合物储层16后,在天然气水合物储层16中还钻有水平井10a,太阳能终端转换器14就设置在天然气水合物储层16的水平井段中。
在竖井10的地表面11处设有井口装置9,该井口装置9不仅起到固井和密封的作用,还把竖井10和输气管8连接在一起,在输气管8末端设有控制阀8a。开采的天然气依次经过竖井10、井口装置9、输气管8和控制阀8a被输送到需要的地方,调整控制阀8a的开度可以控制天然气井压和产生量。
由于要让天然气水合物分解为天然气和水需要降低井压或加热,降低井压可以方便地调整控制阀8a的开度来实现。下面要重点介绍利用太阳能加热开采天然气水合物的方法和装置,并把方法和装置结合在一起介绍。
一、用聚光器采集太阳能
多个太阳能聚光器集合在一起组成一个称作为太阳能采集支装置,每个太阳能聚光器都设置在各自的支架5上。太阳能聚光器由聚光体、透镜2、支光纤6和自动***4组成,聚光体把太阳光汇聚到透镜2经支光纤6输出。聚光体包括一个大反射式抛物球面3和一个小反射式抛物球面1,大反射式抛物球面3首先把太阳能会聚到小反射式抛物球面1,再由小反射式抛物球面1把太阳能会聚到透镜2。自动***4让聚光体能跟踪太阳得到最大的照度。
二、太阳能的输送
将采集的太阳能输送至天然气水合物储层,加热天然气水合物,让天然气水合物分解为天然气和水。把聚光器采集的太阳能经光纤输送至置于天然气水合物储层中的光热转换器,光热转换器向外供热并加热天然气水合物。
采用一个称作为太阳能传送支装置把各聚光器采集的太阳能由支光纤6经太阳能汇集器7和主光纤6a输送至太阳能终端转换器14。太阳能汇集器7可以采用光纤连接器把各支光纤6和主光纤6a连接在一起,自然主光纤6a应采用多芯光纤;太阳能汇集器7也可以采用把各支光纤6至少分成一个支光纤组,每个支光纤组输送来的太阳能经各自的凸透镜15汇集入主光纤6a中各自的单芯光纤。如图3所示,每6个支光纤6分为一个支光纤组,一个支光纤组输送来的平行光太阳能经一个凸透镜15汇集入主光纤6a中的一个单芯光纤,自然主光纤6a仍应采用多芯光纤,该图中的主光纤6a采用7芯光纤,因此至少可以连接42个太阳能聚光器。太阳能终端转换器14内部采用高效的光热转换材料、外壳采用导热防腐蚀材料制作,以便于实现高效的光热转换并把热量迅速传给周围的介质;太阳能终端转换器14设置在竖井10或水平井10a的天然气水合物储层中。
三、天然气输送
天然气水合物受热分解并产生井压,可利用井压把天然气输送至地面并储存。一般要采用一个向地面输气的支装置使井中的天然气经井口装置9、输气管8和控制阀8a向外输送,有些内容已在本节的开始部分作了较为详细的描述。
在使用上述的方法和装置时,白天采用太阳能加热法、晚上采用降压法开采天然气。也就是说白天太阳能输入,地层温度升高,水合物分解,地层压力升高,此时控制井口压力,保证以一定的速度生产天然气,到夜间没有太阳能输入,需要降低井下压力,继续促使水合物分解,分解过程中地层温度会降低,随着温度降低水合物分解变慢,到第二天继续重复加入太阳能。这样就能够实现连续的高效生产。
Claims (16)
1、一种利用太阳能加热开采天然气水合物的方法,采用加热法和降压法开采;其特征是:它采用的步骤如下:
A、采集太阳能;
B、将采集的太阳能输送至天然气水合物储层,加热天然气水合物,让天然气水合物分解为天然气和水;
C、利用井压把天然气输送至地面并储存。
2、据权利要求1所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的方法;其特征是:所述的步骤A中,用聚光器采集太阳能。
3、据权利要求1所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的方法;其特征是:所述的步骤B中,将聚光器采集的太阳能经光纤输送至置于天然气水合物储层中的光热转换器,光热转换器向外供热并加热天然气水合物。
4、据权利要求1所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的方法;其特征是:所述的步骤C中,天然气水合物受热分解并产生井压。
5、据权利要求1所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的方法;其特征是:白天采用太阳能加热法、晚上采用降压法开采天然气。
6、一种实现权利要求1所述方法的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:它包括一个太阳能采集支装置、一个太阳能传送支装置和一个向地面输气的支装置。
7、据权利要求6所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能采集支装置至少采用一个太阳能聚光器。
8、据权利要求7所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能聚光器由聚光体、透镜(2)、支光纤(6)和自动***(4)组成,聚光体把太阳光汇聚到透镜(2)经支光纤(6)输出。
9、据权利要求8所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的聚光体包括一个大反射式抛物球面(3)和一个小反射式抛物球面(1),大反射式抛物球面(3)首先把太阳能会聚到小反射式抛物球面(1),再由小反射式抛物球面(1)把太阳能会聚到透镜(2)。
10、据权利要求6所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能传送支装置把各聚光器采集的太阳能由支光纤(6)经太阳能汇集器(7)和主光纤(6a)输送至太阳能终端转换器(14)。
11、据权利要求10所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能汇集器(7)采用把各支光纤(6)和主光纤(6a)连接在一起的光纤连接器。
12、据权利要求11所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的主光纤(6a)采用多芯光纤。
13、据权利要求10所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能汇集器(7)采用把各支光纤(6)至少分成一个支光纤组,每个支光纤组输送来的太阳能经各自的凸透镜(15)汇集入主光纤(6a)中各自的单芯光纤。
14、据权利要求10所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能终端转换器(14)内部采用光热转换材料、外壳采用导热防腐蚀材料。
15、据权利要求14所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的太阳能终端转换器(14)设置在竖井(10)或水平井(10a)的天然气水合物储层中。
16、据权利要求5所述的利用太阳能加热开采天然气水合物的装置;其特征是:所述的向地面输气的支装置使井中的天然气经井口装置(9)、输气管(8)和控制阀(8a)向外输送。
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