[发明专利]一种利用海底地热能原位开采天然气水合物的系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用海底地热能原位开采天然气水合物的系统，包括：气液分离式集气系统，设置在海上平台上且末端延伸至海底的天然气水合物储层；海水注入系统，用于向天然气水合物储层注入热海水；海水加热系统，设置于海水注入系统和海底热岩层之间，包括热泵机组和埋管换热器，所述热泵机组包括冷凝端和蒸发端，所述冷凝端与海水注入管换热连接；所述埋管换热器与热泵机组的蒸发端换热连接，且部分埋入海底热岩层中与海底热岩层进行换热。本发明还公开了一种利用海底地热能原位开采天然气水合物的方法。采用本发明的方法和系统来开采天然气水合物，大大降低了开采热源的输入成本，可用于天然气水合物的大规模开采。

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物的开采方法，特别涉及一种利用海底地热能原位开采天然气水合物的方法及开采装置，属于天然气水合物开采技术领域。

背景技术

天然气水合物是由天然气（主要是甲烷）和水在低温高压的条件下形成的一种固态晶状物质。

天然气水合物主要分布于冻土中或水深超过300米的海底沉积物中，其碳含量约为传统化石燃料（石油、煤和天然气）中碳含量的两倍，有望成为21世纪人类最重要的新能源。如何高效、经济地从水合物储层中开采储量庞大的天然气资源仍面临诸多挑战。

开采海底天然气水合物就是要打破它的热力学稳定性，收集其分解产生的天然气。目前，经过矿场实际验证的成功方法主要有降压法、注化学试剂法和注热法或联合以上两种方法。降压法是通过降低储层压力使其低于水合物生成压力；注化学试剂法是将某些化学试剂（如甲醇、乙醇、乙二醇等）注入地层，改变水合物形成的相平衡条件；注热法主要是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体注入到天然气水合物储层，使其温度高于水合物生成压力。

其中，降压法最大的优点是分解速度快、不需要连续激发，但由于天然气水合物分解是吸热反应，容易出现结冰现象使分解前沿封闭，进而影响开采效果。注化学试剂法对天然气水合物层的作用缓慢，而且所需的化学试剂费用很高，还会带来一些不良环境问题。注热法能有效地促进水合物分解，适用范围广，但存在输热损失大、热利用效率低及加热区域小等缺点。

针对目前天然气水合物开采需要大量能源供给的状况，本发明提出利用海底地热能原位制取大量经济廉价的中高温海水作为水合物注热开采的热源，一方面利用海底地热能作为开采热源，大大降低了开采热源输入的成本，另一方面注入的热源离天然气水合物储层很近，近似原位开采，有效避免输热过程中的热损失问题。

发明内容

本发明针对注热法开采海底天然气水合物时，分解水合物藏与输热过程中存在热损失大、热效率低下等问题，需要消耗大量能源、开采成本昂贵，本发明提出利用海底地热能原位开采天然气水合物的方法，以及提供一种设备简单、成本较低的海底天然气水合物的开采系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案试下：

一种利用海底地热能原位开采天然气水合物的系统，包括：

气液分离式集气系统，设置在海上平台上且末端延伸至海底的天然气水合物储层；

海水注入系统，用于向天然气水合物储层注入热海水；

海水加热系统，设置于海水注入系统和海底热岩层之间，包括热泵机组和埋管换热器，所述热泵机组包括冷凝端和蒸发端，所述冷凝端与海水注入管换热连接；所述埋管换热器与热泵机组的蒸发端换热连接，且部分埋入海底热岩层中与海底热岩层进行换热。

本方案通过换热介质实现海底热岩层与海水注入系统之间的换热，持续加热海水注入系统中的海水温度，向天然气水合物储层注入热海水，使水合物受热分解出天然气，节能环保、成本低。

优选地，所述的气液分离式集气系统包括：

气液分离器，设置在所述海上平台上，包括出气口、出液口及输入端；