一種利用微波技術(shù)開采天然氣水合物的方法與裝置制造方法
【專利摘要】微波開采天然氣水合物技術(shù)，可以看作是熱激發(fā)法開采天然氣水合物的一種。但它又與傳統(tǒng)的熱激發(fā)法不同。微波開采天然氣水合物技術(shù)主要依據(jù)的原理有三個(gè)：加熱作用，造縫作用和非熱效應(yīng)作用。由于天然氣水合物是極性物質(zhì)，它對微波有一定的吸收作用（天然氣水合物介電常數(shù)大約為58，略比冰小），這對采用微波技術(shù)加熱水合物可行性提供很好的理論依據(jù)。由于微波加熱是體型加熱，這更加縮短水合物分解時(shí)間。本發(fā)明是一種利用微波技術(shù)開采天然氣水合物的方法與裝置。由于微波加熱方法作用速度快、設(shè)備簡單、靈活性高、投資小且對儲層不會產(chǎn)生任何污染，適合開采任何類型水合物資源，這對天然氣水合物開采事業(yè)有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【專利說明】一種利用微波技術(shù)開采天然氣水合物的方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然氣水合物的開采方法，是通過微波加熱技術(shù)來開采天然氣水合物，由于水合物不同開采階段主要分解機(jī)理不同，其對微波吸收功率也有所不同，因此采用可變功率微波來開采，屬能源開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物是近二十年來海洋和凍土區(qū)域發(fā)現(xiàn)的一種新型潔凈資源。其儲量巨大，是一種很有潛力能源物質(zhì)，其開發(fā)利用有重大意義。
[0003]目前開采方式大體上分為熱力開采法、化學(xué)劑開采法、降壓開采法。但是傳統(tǒng)開采方法均有不足之處，既浪費(fèi)能源，又開發(fā)困難。針對傳統(tǒng)開采方法，采用微波加熱開采天然氣水合物有著很大的優(yōu)勢。
[0004]天然氣水合物是一種極性物質(zhì)，對微波有一定的吸收作用(天然氣水合物的介電常數(shù)約為58，略小于冰)。其分解過程中各組分介電常數(shù)差異造成水合物內(nèi)部溫度顯著差
巳
[0005]微波加熱分解水合物是多種機(jī)理共同作用的結(jié)果，具體有:加熱作用；造縫作用；非熱效應(yīng)三大作用。加熱作用:由于水合物是極性物質(zhì)，對微波吸收后能量以熱能的方式散耗在水合物中，從而水合物溫度上升；造縫作用:微波源對水合物層輻射，由于不同物質(zhì)組分對微波吸收不同，且在微波作用下溫度變化不同以及熱膨脹系數(shù)不同，這造成很大的熱應(yīng)力，會使得水合物內(nèi)部產(chǎn)生很多微裂縫，這大大提高了開采層滲透率，有利于水合物分解；非熱效應(yīng)作用:當(dāng)微波頻率接近水合物分子固有頻率時(shí)，引起水合物分子強(qiáng)烈共振，弓丨起了天然氣水合物中天然氣分子與水分子結(jié)合的鍵斷裂，進(jìn)一步促進(jìn)水合物分解。
[0006]大量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)(李棟梁等，微波對天然氣水合物形成/分解過程的影響，科學(xué)通報(bào)，2008年第53卷第24期)表明微波對天然氣水合物微波功率越大，水合物分解速度越快，但和平均吸收功率并不成線性關(guān)系。當(dāng)溫度過高，水合物分解出自由水甚至?xí)?，不利于水合物分解且水汽化會使天然氣濕度增大，大大減少采出氣體中天然氣的含量。微波加熱初期，水合物溫度上升較慢，原因是水合物內(nèi)部自由水還很少，水合物對微波吸收能力較弱，此時(shí)表明水合物不具有吸收微波優(yōu)勢，當(dāng)隨著水合物溫度逐漸升高，內(nèi)部自由水的含量不斷增多，水合物內(nèi)部溫度顯著升高，原因是自由水有利于微波吸收，且自由水優(yōu)先高效吸收微波，使自由水溫度上升，于是加熱水合物，促進(jìn)了水合物的分解。實(shí)驗(yàn)表明是微波先加熱了自由水，水再加熱水合物分解，因此分解出的水吸收微波溫度升高后與微波有協(xié)同作用，共同促進(jìn)水合物的分解。由于是體加熱，其分解效率非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對微波對水合物加熱機(jī)理的復(fù)雜性，以及在不同水合物分解階段，其主要的分解機(jī)理的不同，照成微波加熱開采水合物時(shí)，應(yīng)依據(jù)不同開采階段，為水合物提供不同功率微波。本專利提供一種利用微波技術(shù)開采天然氣水合物的方法與裝置。[0008]裝置分兩部分組成:①天然氣水合物開采裝置，主要由:電腦中央控制系統(tǒng)(1)；密封圈(2);控制線束(3);微波發(fā)射及控制裝置(4)組成；②天然氣收集裝置，主要由:浮盤控制線路(5);天然氣集氣井(6);移動浮盤(7);浮盤最低位限制銷(8);天然氣凈化(干燥、除H2S、除固體雜質(zhì))裝置(9 );天然氣儲存裝置(10 )組成。
[0009]圖2微波發(fā)射及控制裝置即為圖1裝置(4)詳細(xì)結(jié)構(gòu)，其主要由:1#發(fā)射車控制線路(13) ；2#發(fā)射車控制線路(14) ；3#發(fā)射車控制線路(15) ；4#發(fā)射車控制線路(16);溫度壓力探測儀、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線(17);浮盤位置高度控制線(18);微波發(fā)射車(19);微波發(fā)射裝置支架(20) ;1#微波發(fā)射車(21) ;2#微波發(fā)射車(22) ；3#微波發(fā)射車(23) ；4#微波發(fā)射車(24);溫度壓力探測儀(25);攝像頭(26)組成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為一種采用微波技術(shù)開采天然氣水合物裝置圖
[0011]圖2為微波發(fā)射及控制裝置圖
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本發(fā)明專利作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0013]本發(fā)明專利具體涉及一種采用可變功率微波技術(shù)開采天然氣水合物的方法與裝置，【具體實(shí)施方式】為:溫度壓力探測儀(25)通過溫度壓力探測儀、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線(17)將溫度壓力數(shù)據(jù)傳輸給電腦中央控制系統(tǒng)(1)，地面操作人員通過顯示器顯示的水合物溫度、壓力以及攝像頭拍攝開采井中水合物分解圖樣判斷水合物分解的狀態(tài)來給出微波發(fā)射車輸出功率值，通過人工分析給出指令，分別由1#、2#、3#、4#發(fā)射車控制線路依次控制1?4#發(fā)射車在發(fā)射車軌道機(jī)芯上位置以及發(fā)射微波功率，浮盤位置高度控制線(18)控制浮盤位置高度。當(dāng)浮盤達(dá)到最高處表明天然氣集氣井(6)中已充滿天然氣，此時(shí)電腦中央控制系統(tǒng)(1)輸入指令通過浮盤位置高度控制線(18)控制浮盤下降直至浮盤觸及浮盤最低位限制銷(8)排出集氣井中天然氣。
[0014]開米前先確定微波工作頻率，具體操作方法為:在四輛發(fā)射車輸出功率相同時(shí)，分別對四輛均勻排列在發(fā)射車軌道機(jī)芯上的發(fā)射車設(shè)定不同的輸出頻率，當(dāng)發(fā)現(xiàn)四輛車中某一輛小車下的水合物溫度明顯高于其他三輛，應(yīng)當(dāng)重新設(shè)定輸出頻率，重新值均勻圍繞在剛才那輛小車溫度過高所設(shè)頻率周圍，直到發(fā)現(xiàn)溫度下降為止，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將這一段頻率視為水合物分子固有頻率，作為微波工作頻率。然后再調(diào)節(jié)發(fā)射車輸出功率。
[0015]操作者在電腦屏幕上看得發(fā)射車軌道機(jī)芯上安有攝像頭傳輸來的圖像樣本時(shí)，分析水合物層加熱時(shí)所處的階段，在加熱初期，由于水合物對微波吸收不占優(yōu)勢，因此可以適當(dāng)增大發(fā)射車的輸出微波功率，當(dāng)自由水積累到一定階段時(shí)，由于自由水對微波有很好的吸收能力，此時(shí)應(yīng)當(dāng)調(diào)整發(fā)射車位置，發(fā)射車在發(fā)射車軌道機(jī)芯上移動可以大大避免局部過熱，同時(shí)當(dāng)整個(gè)加熱水合物整體溫度達(dá)到水合物分解設(shè)定溫度時(shí)，不宜再保持原來功率，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小輸出微波功率，這樣避免了自由水汽化帶來的負(fù)面作用。
[0016]方法中采用的裝置包括:電腦中央控制系統(tǒng)(1);密封圈(2);控制線束(3);微波發(fā)射及控制裝置(4);浮盤控制線路(5);天然氣集氣井(6);移動浮盤(7);浮盤最低位限制銷
(8);天然氣凈化(干燥、除H2S、除固體雜質(zhì))裝置(9);天然氣儲存裝置(10);天然氣水合物層(11);微波發(fā)射車行進(jìn)軌道(12) ;1#發(fā)射車控制線路(13) ;2#發(fā)射車控制線路(14) ；3#發(fā)射車控制線路(15) ；4#發(fā)射車控制線路(16);溫度壓力探測儀、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線(17)；浮盤位置高度控制線(18);微波發(fā)射車(19);微波發(fā)射裝置支架(20) ;1#微波發(fā)射車(21);2#微波發(fā)射車(22) ;3#微波發(fā)射車(23) ;4#微波發(fā)射車(24);溫度壓力探測儀(25);攝像頭(26)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用微波技術(shù)開采天然氣水合物的方法與裝置，方法中采用的裝置有:電腦中央控制系統(tǒng)(1);密封圈(2);控制線束(3);微波發(fā)射及控制裝置(4);浮盤控制線路(5)；天然氣集氣井(6);移動浮盤(7);浮盤最低位限制銷(8);天然氣凈化(干燥、除H2S、除固體雜質(zhì))裝置(9);天然氣儲存裝置(10);天然氣水合物層(11);微波發(fā)射車行進(jìn)軌道(12)；1#發(fā)射車控制線路(13);2#發(fā)射車控制線路(14);3#發(fā)射車控制線路(15)；4#發(fā)射車控制線路(16);溫度壓力探測儀、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線(17);浮盤位置高度控制線(18);微波發(fā)射車(19);微波發(fā)射裝置支架(20) ;1#微波發(fā)射車(21) ;2#微波發(fā)射車(22) ;3#微波發(fā)射車(23);4#微波發(fā)射車(24);溫度壓力探測儀(25);攝像頭(26)，具體工藝流程為:溫度壓力探測儀(25)通過溫度壓力探測儀、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線(17)將溫度壓力數(shù)據(jù)傳輸給電腦中央控制系統(tǒng)(1 )，地面操作人員通過顯示器顯示的水合物溫度、壓力以及攝像頭拍攝開采井中水合物分解圖樣判斷水合物分解的狀態(tài)來給出微波發(fā)射車輸出功率值，通過人工分析給出指令，分別由1#、2#、3#、4#發(fā)射車控制線路依次控制1?4#發(fā)射車在發(fā)射車軌道機(jī)芯上位置以及發(fā)射微波功率，浮盤位置高度控制線(18)控制浮盤位置高度，當(dāng)浮盤達(dá)到最高處表明天然氣集氣井(6)中已充滿天然氣，此時(shí)電腦中央控制系統(tǒng)(1)輸入指令通過浮盤位置高度控制線(18)控制浮盤下降直至浮盤觸及浮盤最低位限制銷(8)排出集氣井中天然氣。
2.如權(quán)利要求1中所述:電腦中央控制系統(tǒng)(1)可以通過控制線束(3)控制微波發(fā)射車發(fā)出微波功率，以及發(fā)射車在發(fā)射車軌道機(jī)芯上位置。
3.如權(quán)利要求1中所述:微波發(fā)射裝置上安有攝像頭，可以清晰采集到發(fā)射車在軌道上位置，以及水合物層狀態(tài)圖像信息，以便于地面操作者可以準(zhǔn)確判斷井下水合物開采處于哪個(gè)階段來給出合適的微波功率，以及為了均勻加熱水合物，合理調(diào)整發(fā)射車的位置。
4.如權(quán)利要求1中所述:為防止與微波發(fā)射車信號干擾，所有電腦控制線路均采用電路控制，應(yīng)避免遙感無線電技術(shù)。
5.如權(quán)利要求1中所述:浮盤升降位置均由溫度壓力探測儀通過溫度壓力探測儀、攝像頭數(shù)據(jù)傳輸線(17)傳輸給電腦中央控制系統(tǒng)(1)數(shù)據(jù)控制，其作用為正反饋調(diào)節(jié)，即當(dāng)集氣井中壓力上升時(shí)，浮盤上移使得壓力恢復(fù)到初始設(shè)定值。
6.如權(quán)利要求1中所述:采用可變功率微波來加熱水合物，使得水合物升溫分解，但具體發(fā)射車輸出功率應(yīng)以水合物加熱的具體溫度，以及開采階段來具體控制，既要避免局部過熱，又要滿足水合物不同開采階段微波功率及頻率要求。
【文檔編號】E21B43/24GK103726817SQ201410032584
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】商麗艷, 張謀, 劉俊杰, 潘振, 馬貴陽, 韋麗娃 申請人:遼寧石油化工大學(xué)