本发明提供的是一种天然气水合物快速热激发开采装置。包括分别布置在两个深度达到天然气水合物储层的中下部的竖井中的输料管道和收集管道,输料管道的下端设置喷射装置,喷射装置包括喷射泵和负压增压泵,输料管道的上端与加压泵装置相连,加压泵装置连接集料装置,集料装置中装有纳米铝粉,集管道的上部连接冷却装置,冷却装置与收集系统连接,加压气体为惰性气体氮气。本发明主要借助纳米铝粉与冰反应能够生成大量的热,并且将冰反应掉,使得天然气水合物快速分解,它主要解决了热激发开采方法热效率利用低的矛盾,且能够在各种气藏条件下广泛使用。
1.一种天然气水合物快速热激发开采装置,包括分别布置在两个深度达到天然气水合物储层的中下部的竖井中的输料管道和收集管道,其特征是:输料管道的下端设置喷射装置,喷射装置包括喷射泵和负压增压泵,输料管道的上端与加压泵装置相连,加压泵装置连接集料装置,集料装置中装有纳米铝粉,集管道的上部连接冷却装置,冷却装置与收集系统连接,加压气体为惰性气体氮气,氮气由进气口进入加压泵形成气压差,通过加压管道的吸料口将集料装置中的纳米铝粉吸入排到输送管道中,最后进入喷射泵的低压仓中,通过与喷射泵连接的负压增压泵产生喷射气流进入喷射泵,纳米铝粉随着喷射气流经过收缩、混合、膨胀段以气雾状进入到天然气水合物气藏层并与可燃冰反应生成天然气,天然气通过收集管道收集,经过冷却装置后收集到收集系统。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物快速热激发开采装置,其特征是:输料管道的内壁涂抹有防止纳米铝粉与输料管道内部发生粘结或反应的活性物质层。
3.根据权利要求1或2所述的天然气水合物快速热激发开采装置,其特征是:所述加压泵装置包括空气加压泵和氮气罐,空气加压泵的进气口通过管道与氮气罐连接,在空气加压泵的进气口与氮气罐的连通管道上自氮气罐起依次安装开关阀、气源压力表、减压阀、驱动压力表、闸阀、活接头和流量计,空气加压泵的排气管道上安装有控流器、排出阀、工作压力表。技术领域
本发明涉及的是一种天然气水合物的开采装置。
背景技术
天然气水合物是由天然气与水分子在一定的压力和较低温下形成的一种固态结晶物质。自然界中存在的天然气水合物中天然气的主要成分为甲烷。该资源储量大、分布范围广、能量密度高、杂质少、无污染。自1810年在实验室首次发现天然气水合物和1888年人工合成天然气水合物后,国内外学者一直对天然气水合物进行研究和探索。迄今为止,已发现的水合物晶体结构有I、II和H三种,结构I水合物理想分子式为8M·46H₂O,式中M表示客体分子。结构II水合物理想分子式24M·136H₂O,结构H水合物理想分子式为6M·34H₂O。在空空隙中没有客体分子的假设状态下,结构I和结构II水合物的密度分别为796kg/m³和786kg/m³。笼形水合物晶体密度在880-900kg/m³之间,一般比水轻。目前,世界各地科学家对天然气水合物的类型和物化性质、自然赋存和成藏条件、资源评价、勘探开发手段以及天然气水合物与全球气候变化及海洋地质灾害的关系等进行了广泛而卓有成效的研究。虽然天然气水合物的储量很丰富,开采和使用的价值及前景都很好,但是目前并没有实现广泛有效的商业开采利用,多是研究性开采和特殊气藏条件下开采。究其原因,主要是一直以来没有一套能够被广泛采用并且取得有效开采价值的开采方法。经过科学家的研究,已经有一些开采方法,它们是降压法,热激发法,注入化学试剂法和CO₂置换法等,可是每一种方法又有其缺点。对于降压法是通过降低天然气水合物赋存地层的压力打破其稳定存在的条件,迫使它分解。只有当天然气水合物位于平衡边界附近时减压开采法才具有商业开采价值。对于热激发是对含天然气水合物的地层进行加热升温迫使其分解,热激法最大的问题在于热量利用率低,虽然最近有人提出微波及电磁加热,但是还没有在根本上解决热利用率低的问题。对于化学开采法是用一些特殊化学试剂(如甲醇,乙醇,乙二醇,盐水,氯化钙等)破坏水合物形成的平衡条件,迫使其分解,该方法成本高且有一定环境污染。对于CO₂置换法是借助于CO₂和气水化合物二者稳定状态时存在的压力不同进行开采,要想将CO₂乳化液应用于实际开采中,必须想办法制备出可以稳定存在并且成本较低的CO₂乳化液。因此,从已有的开采方法可知,限制天然气水合物商业性开发利用的瓶颈就在于如何寻找行之有效的能够在各种气藏条件下广泛使用的开采方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热效率高,能够在各种气藏条件下广泛使用的天然气水合物快速热激发开采装置。本发明的目的是这样实现的:包括分别布置在两个深度达到天然气水合物储层的中下部的竖井中的输料管道和收集管道,输料管道的下端设置喷射装置,喷射装置包括喷射泵和负压增压泵,输料管道的上端与加压泵装置相连,加压泵装置连接集料装置,集料装置中装有纳米铝粉,集管道的上部连接冷却装置,冷却装置与收集系统连接,加压气体为惰性气体氮气,氮气由进气口进入加压泵形成气压差,通过加压管道的吸料口将集料装置中的纳米铝粉吸入排到输送管道中,最后进入喷射泵的低压仓中,通过与喷射泵连接的负压增压泵产生喷射气流进入喷射泵,纳米铝粉随着喷射气流经过收缩、混合、膨胀段以气雾状进入到天然气水合物气藏层并与可燃冰反应生成天然气,天然气通过收集管道收集,经过冷却装置后收集到收集系统。本发明还可以包括:1、输料管道的内壁涂抹有防止纳米铝粉与输料管道内部发生粘结或反应的活性物质层。2、所述加压泵装置包括空气加压泵和氮气罐,空气加压泵的进气口通过管道与氮气罐连接,在空气加压泵的进气口与氮气罐的连通管道上自氮气罐起依次安装开关阀、气源压力表、减压阀、驱动压力表、闸阀、活接头和流量计,空气加压泵的排气管道上安装有控流器、排出阀、工作压力表。本发明主要借助纳米铝粉与冰反应能够生成大量的热,并且将冰反应掉,使得天然气水合物快速分解,它主要解决了热激发开采方法热效率利用低的矛盾,且能够在各种气藏条件下广泛使用。将纳米铝粉通过钻井管道输送到天然气水合物藏层,给定初始反应热之后,纳米铝粉就能够和天然气水合物藏层的冰发生剧烈的化学反应,反应能够生成大量的热,这些热会迅速改变该区域的温度,打破该区域的天然气水合物平衡条件,使其快速分解。同时反应还能生成清洁可燃的氢气,不会污染天然气的成分。在这种条件下,不断输送的纳米铝粉会不断的与冰持续剧烈反应,最终达到有效快速的天然气水合物的开采。本发明的技术效果主要体现在:1)采用纳米铝粉与冰反应,铝粉输送简单可靠,铝材料丰富且制备技术成熟,能够有效减低热量在输送过程中的损失,并且铝粉与冰反应剧烈快速,生成热量大,能在气藏局部生成高温,快速打破气藏的平衡条件,迫使其快速分解出天然气。2)纳米铝粉由于具有颗粒小(平均粒径:50nm,球形)比表面积大。纳米铝粉相对常规铝粉具有较低的点火能,可以直接点火燃烧,燃烧过程没有明显的凝聚行为,且燃烧充分。3)纳米铝粉与冰反应过程能够持续进行,气藏局部的温度场能够快速有效持久保持,所以开采可以持续进行,同时铝粉与冰反应还能消耗大量的水分子,可以加速天然气的分解。4)纳米铝粉与冰反应能够生成可燃的氢气,不会污染天然气的成分。5)纳米铝粉质轻,可以减小加压功率、喷射功率,节约成本,提高效率。
附图说明
图1是本发明的示意图。图2是加压泵装置的示意图。图3是喷射装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。结合图1,本发明的天然气水合物快速热激发开采装置主要包括输料管道13和收集管道15,输料管道的下端设置喷射装置8,同时结合图3喷射装置包括喷射泵31和负压增压泵30,输料管道的上端与加压泵装置2相连,加压泵装置连接集料装置1,集料装置中装有纳米铝粉7,集管道的上部连接冷却装置4,冷却装置与收集系统连接5,冷却装置配备有冷却水管路6,冷却水管路上设置流量控制器3,加压气体为惰性气体氮气。结合图2,加压泵装置包括空气加压泵24和氮气罐29,空气加压泵的进气口28通过管道与氮气罐连接,在空气加压泵的进气口与氮气罐的连通管道上自氮气罐起依次安装开关阀16、气源压力表17、减压阀18、驱动压力表19、闸阀20、活接头21和流量计22,空气加压泵的排气管道上安装有控流器23、排出阀26、工作压力表27。输送管道采用一般钢制管道;各组件采用法兰连接;法兰连接处有金属垫圈,金属垫圈由铝或铜制成;传输线由铝或铜制成,传输线之间由法兰连接。在陆地可燃冰层利用钻探技术钻两个竖井深度达到天然气水合物储层的中下部,在海洋开采情况下可基于海上石油钻井平台在海平面9以下的土石层10钻探两根深度达到天然气水合物气藏层11的中下部的输料及输气管道,基于纳米铝粉的材料性质,管道内部涂抹活性物质防止纳米铝粉与输料管道内部发生粘结或反应。活性物质根据纳米铝粉与管道的材质选择。由于纳米铝粉的性质活泼,因此加压气体为惰性气体氮气。利用加压泵2,气体由进气口进入加压泵形成气压差,通过加压管道的吸料口将纳米铝粉吸入排到输送管道7,最后进入纳米铝粉的喷射泵8的低压仓中。通过负压增压泵30产生喷射气流进入喷射泵31,纳米铝粉随着喷射气流经过收缩、混合、膨胀段以气雾状进入到天然气水合物气藏层并与可燃冰反应提高局部储层温度破坏水合物中氢链,从而生成天然气14,通过收集管道15收集,经过冷却装置4后收集到收集系统5。空气加压泵28产生压强差将氮气从氮气罐29中吸出,经过开关阀16、气源压力表17等控制观测装置控制氮气流量大小及通断。管道中存在压强差将纳米铝粉7从集料装置1中吸出排向输送管道13。输送管道13连接喷射泵31,纳米铝粉7经过输送管道13进入到喷射泵31的低压仓中,负压增压泵产生喷射气流通过管道进入到低压舱中,纳米铝粉7经过收缩膨胀段进入到天然气气藏层中,与可然冰反应,生成天然气14经收集管道15进入收集系统5。