[发明专利]地热开采天然气水合物与CO2

说明书

本发明公开了一种地热开采天然气水合物与CO₂废气回注处理一体化的装置，包括生产井和注入井，生产井和注入井的依次穿过海平面上和天然气水合物层，其底部均设置于地热层内，生产井的顶部依次连接有气水分离器、集气罐、工厂车间、第二高压泵组和注入井；气水分离器依次连接有第一高压泵组和注入井；生产井的顶部连接有地面控制台。本发明还公开一种地热开采天然气水合物与CO₂废气回注处理一体化的方法，充分利用了可再生的地热资源，热能来源广且获取过程省时省力，控制大气中CO₂的排放，从而达到控制温室效应，保护环境的目的；避免由于地层压力下降造成地层固结性变差，进而引发地质灾变的严重后果。

技术领域

本发明属于石油与天然气开采技术领域，具体涉及一种地热开采天然气水合物与CO₂废气回注处理一体化的装置，本发明还涉及一种地热开采天然气水合物与CO₂废气回注处理一体化的方法。

背景技术

天然气水合物(naturalgashydrate，NGH)，又称“可燃冰”，是一种高密度、高热值的非常规能源，主要分布于水深大于300米的海洋及陆地永久冻土带沉积物处，其中海洋天然气水合物通常埋藏于水深大于300米的海底一下0～1100米处，其资源量是陆地冻土带的100倍以上。因此，天然气水合物被誉为“21世纪最有潜力的结题能源”，同时也是目前尚未大规模有效开发的储量最大的一种新型能源。

在海洋中，天然气在海底水溶气藏高温高压条件下由烃源岩分解产生，在向上运移的过程中遇到海底高压低温条件而形成天然气水合物，致密的水合物层充当了储层的盖层，阻挡下部天然气继续向上运移。水合物的这种存在形式现已证实为天然气资源海洋存在的基本形式，且广泛分布于海底，其中蕴含的天然气资源量非常丰富。因此，经济有效地开发该类天然气资源对于缓解全球能源危机、控制环境污染具有十分重要的意义。

80年代国际天然气潜力委员会(PGC)统计显示，世界各大洋中，天然气水合物的总量高达2×1016m3甲烷当量，其碳含量更为迄今为止世界上所有已知的石油、天然气以及煤炭矿产的2倍，约占化石燃料(煤、石油、天然气)的53％。若将所有的天然气水合物按照碳含量相等转换为甲烷气体，这个储量相当于标准状态下，将约40m厚的甲烷气体覆盖在地球表面。20世纪80年代以来，随着深海钻探计划(DSDP)和后来的大洋钻探计划(ODP)的相继实施，世界上许多发达国家和发展中国家都将NGH列入国家重点发展战略，纷纷投入巨资开展NGH的基础和应用研究。中国从1999年开始对NGH开展实质性的调查研究，发现大量NGH存在的生物和地质标志，成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)将“天然气水合物开发技术”列为重点研究发展的前沿技术，这表明NGH资源开采技术的研究对于确保我国后续能源安全以及经济社会的可持续发展具有重大战略意义。

天然气水合物一种由天然气和水组成的亚稳态矿物，存在于特定的温压条件下。一旦赋存条件发生变化，天然气水合物的相平衡就会被破坏，从而引起天然气水合物分解。总结世界各国在天然气水合物开采领域的研究结果，可将现有开采方法分为传统开采方法和新型开采方法两类。

传统的天然气水合物开采技术根据天然气水合物自身性质设计，主要包括热激开采法、减压开采法与化学试剂注入开采法。

热激开采法：直接对天然气水合物层进行加热，是天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，导致开发成本高，使用这种方法进行大规模可燃冰开采存在困难；因此该方法尚有待进一步完善。