连续注入热海水开采海底天然气水合物的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其涉及一种连续注入热海水开采海底天然气水合物的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的发展，对能源的需求不断增长，因此急需开发新能源以满足我国经济高速发展的需要。天然气水合物是在一定的条件下由水和天然气在高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。地球上的天然气水合物蕴藏量十分丰富，大约27%的陆地(大部分分布在永冻层)和90%的海域都有天然气水合物。在标准状况下，I单位体积的水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，其能量密度是煤的10倍，具有使用方便、燃烧热值高、清洁无污染等特点，因而是一种很有前景的清洁能源。
[0003]2007年5月我国在南海北部的神狐海域正式采集到天然气水合物的实物样品，证实了中国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源。初步预测，我国南海地区天然气水合物远景资源量可达上百亿吨油当量，约相当于我国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一，为我国未来可替代能源提供了有力的资源保障。如何开采我国南海地区的水合物资源成为一个关键的问题。
[0004]开采水合物的方法有减压法、加热法和注化学剂法。天然气水合物的分解过程是一个吸热过程，分解热大约是104J/mol。如果要进行大量的水合物藏的开采，则需要外来的巨大的热能，从而极大地折减了开采的经济效益，甚至得不偿失。尤其是水合物在连续开采中由于发生相变，降压或加热过程中，水合物分解需要大量的潜热，温度不断下降，从而使分解中止、生产中断。因此，一种经济、高效、可行的水合物开采方法和装置是迫切需要的。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种连续注入热海水开采海底天然气水合物的装置及方法，能够方便、高效地获取能源。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续注入热海水开采海底天然气水合物的装置，用于对海底水合物层出)的天然气水合物进行开采，所述装置包括:
[0007]多根下水管(I)，进口端设置在近海平面，进口端的位置高于海平面；
[0008]多根散热管(3)，呈蛛网式或六边形网式或树枝式或环式结构分布在海底水合物层⑶;
[0009]至少一根出水管⑵，出口端设置在近海平面，出水管(2)的出口端等于或低于下水管⑴的进口端；
[0010]所述多根下水管(I)、多根散热管(3)、至少一根出水管(2)依次连接形成一个连通器。
[0011]优选的，当所述多根散热管(3)呈蛛网式分布，所述出水管(2)为一根，并且所述出水管(2)设置在蛛网式结构的中心处；当所述多根散热管(3)呈六边形网式分布，出水管(2)设置在网状结构的中间节点，出水管(2)的个数少于下水管(I)的个数；当所述多根散热管(3)呈树枝式分布，出水管(2)设置在树枝式结构的一端；当所述多根散热管(3)呈环式分布，出水管(2)设置在环式结构的环形边线上。
[0012]优选的，所述下水管(1)、散热管(3)、出水管⑵分别设置在不同的井内。
[0013]优选的，还包括多个生产井，水合物分解产生的气体通过所述生产井进行收集，当所述多根散热管(3)呈蛛网式分布，每个生产井设置在每二个相邻的散热管(3)之间；当所述多根散热管(3)呈六边形网式分布，每个生产井设置在每二个相邻的散热管(3)之间；当所述多根散热管(3)呈树枝式分布，每个生产井设置在每二个相邻的散热管(3)之间；当所述多根散热管(3)呈环式分布，每个生产井设置在环式结构的中间。
[0014]优选的，所述生产井包括:
[0015]井本体、设置在井本体上的防止气体溢出的井帽、设置在井帽上的出气管、以及设置在所述出气管上的阀门，通过所述出气管及所述阀门控制气体的流出量及流出时间；还包括设置在井帽上的减压阀，用于减轻井内气体的压力。
[0016]为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种连续注入热海水开采海底天然气水合物的方法，包括:
[0017]在海底水合物层内开凿呈蛛网式或六边形网式或树枝式或环式分布的多个水平井;
[0018]在所述多个水平井内一一对应地设置多根散热管道；
[0019]分别在所述多个水平井的一端设置与所述水平井相适应的多个下水井，并在所述多个水平井的另一端设置至少一个共同的出水井，在所述多个下水井内一一对应地设置多根下水管，在所述至少一个共同的出水井内设置至少一根出水管，将出水管的出口端设置为等于或低于下水管的进口端；
[0020]将所述多跟下水管、多根散热管道、至少一跟出水管依次相连构成一个连通器。[0021 ] 优选的，所述方法还包括以下步骤:
[0022]用离心泵将海面表层热海水经由进水管连续导入到铺设在海底水合物层内的呈蛛网式分布的散热管道内，流经散热管道散热后的海水经由出水管排出。
[0023]优选的，所述出水管为一个，并且所述出水管设置在蛛网式结构的中心处；或者当所述多根散热管呈六边形网式分布，所述出水管为多个，所述出水管的个数少于所述下水管的个数，所述出水管设置在网状结构的中间节点；或者当所述多根散热管呈树枝式分布，所述出水管为一个，并且所述出水管设置在树枝结构的一端；或者当所述多根散热管呈环式分布，所述出水管为一个，并且所述出水管设置在环式结构的环形边线上。
[0024]优选的，还包括以下步骤:
[0025]设置多个生产井，水合物分解产生的气体通过所述生产井进行收集，当所述多根散热管呈蛛网式分布，每个生产井设置在每二个相邻的散热管之间；当所述多根散热管呈六边形网式分布，每个生产井设置在每二个相邻的散热管之间；当所述多根散热管呈树枝式分布，每个生产井设置在每二个相邻的散热管之间；当所述多根散热管呈环式分布，每个生产井设置在环式结构的中间。
[0026]优选的，所述生产井包括:
[0027]井本体、设置在井本体上的防止气体溢出的井帽、设置在井帽上的出气管、以及设置在所述出气管上的阀门，通过所述出气管及所述阀门控制气体的流出量及流出时间；还包括设置在井帽上的减压阀，用于减轻井内气体的压力。
[0028]本发明由于采用以上技术方案，具有以下的优点:
[0029]1.本发明的装置将下水管进口端设置在近海平面，可以实现就地获取表层热海水，相比于采用其他的热源，比如水蒸气等，不需要购买、加热和运输，能够廉价获取热能，节约成本；
[0030]2.本发明装置的下水管进口端及出水管出口端不相连，而是充分利用了连通器原理，相比于下水管及出水管相连封闭的结构，可以大大降低泵入压力，只需克服水流的沿程阻力即可，所以水泵的选型实现简单，需用的能量消耗也很低，可以节省费用；
[0031]3.本发明不是将热海水直接注入水合物储层中，而是布置了散热管道，让热海水连续通过铺设在水合物层内的散热管道，管内海水源源不断，可以保持高温，保证开采的顺利进行，避免了因海水注入储层，滞留冷却，导致分解中止、生产中断的弊病；
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