[发明专利]一种低碳化海洋水合物开采及发电利用系统

说明书

本发明提供了一种低碳化海洋水合物开采及发电利用系统，包括海上浮式开采平台和设于海底的水平井网系统；水平井网系统用于通过降压方法从预热的甲烷水合物层中获得甲烷气体，并通过输出管网将甲烷气体输至所述海上浮式开采平台；海上浮式开采平台上设置船载直接燃烧透平发电系统，船载直接燃烧透平发电系统将获取的甲烷气体进行发电；还包括设于海底的废弃井，船载直接燃烧透平发电系统将发电过程中产生的CO₂加压后，通过输入管网输至废弃井中。本发明解决了目前开采方面海洋地层中水合物降压或者注热分解过程中分解界面较小的局限，同时解决效率低、CO₂排放等问题。

技术领域

本发明涉及能源开采技术领域，尤其是涉及一种低碳化海洋水合物开采及发电利用系统。

背景技术

水合物，俗称“可燃冰”，一般存在于低温、高压环境中。以甲烷水合物为代表的水合物广泛分布于地球主要的海洋地层、高原冻土地层等，如何提升其分解、流动、采出效率，如何在海洋平台上存储、利用，以及如何处理CO₂排放是水合物开采和利用系统中的三大核心技术问题。

在水合物的开采过程中存在开采速率难题，如地层流动、分解速率、分解界面面积等，及利用方面的难题，如存储运输成本、CO₂排放成本等。

目前的水合物开采技术中主要包括：1、竖直井技术；现有技术(CN201510455687.2)中，通过在海洋浮式平台设置竖直坑井，直接进入海洋水合物储层中，通过储层内竖直坑井段减压，从而降低储层中压力，促进储层中水合物以竖直坑井为中心分解，其分解反应产出的部分甲烷气体和水经由竖直坑井产出到海洋平台。2、水平井技术；现有技术(CN201710983424.8)公开了一种天然气水合物平行水平井开采的方法。3、注热开采技术；现有技术(CN201710987944.6)公开了一种平行水平井注热水开采天然气水合物的方法。4、水合物开采海洋平台直接发电技术；现有技术(CN200710024421.8)公开了一种可燃冰发电装置。5、水合物发电后CO₂埋存技术；现有技术(CN201611113530.2)公开了一种天然气水合物降压开采和CO₂埋存结合的工艺方法。6、水平井、发电、注热与CO₂注入集成方法，该方法将二氧化碳溶于加热的海水中一起注入到甲烷水合物层中，使用水平井降压方法从预热的甲烷水合物层中获得甲烷气体。采得的甲烷气体直接燃烧发电供给海洋浮式平台上的能源消耗，并将产生的CO₂通过回收系统与热水一起回注储层以实现储层热补给、预热等目的。

但是，现有的开采方案均存在诸多缺点。现有竖直井降压开采方法在储层中分解界面较小，产量随时间快速下降，无法实现规模化长期开采；现有水平井降压方法有部分方案采用注热方式提升储层温度从而促进水合物分解的开采方法，该方法面临着注热进入地层后影响面积较小、地层中热量流动难控制、以及地下生态环境因素等，在整体效率上不具备经济性。

而且，现有部分方法采用采出气体通过除杂质分离后直接输往陆地，或经过再压缩(或者液化)存储后送往陆地的方式，这需要消耗一定的能量实现多次运输及压缩、液化存储。还有部分方法采用海洋浮式平台发电系统直接燃烧采得的甲烷气体发电，将产生的CO₂通过回收系统与热水一起回注储层用于储层热补给、预热等。该种方法在地层内仍然面临注热进入地层后的流动性无法控制，从而经济性较差的问题。同时，CO₂和热水同时混合(形成浆体或者乳状液等)注入，在地层中CO₂的流向和分布难以控制，难以实现“碳封存”的目标。

综上，现有的海洋水合物开采和利用方法中存在水合物降压或者注热分解过程中分解界面较小，开采速率低、产量低、能耗高、运输和利用成本高，以及CO₂排放高的问题。

发明内容