[发明专利]一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法

说明书

本发明提供一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法。水合物开采系统将热水注入到天然气水合物层，水合物受热分解，天然气携带一部分污水通过开采井收回至海面，分离得到较为纯净的天然气；烟气余热热源集热系统利用烟气余热将热源循环水充分加热，以提供低品位热源；海水源热汇集热散热系统将经过加热的循环水输送到高压水泵，对多余的高温水进行保温，通过泵将温度较低的水输送到吸收器和冷凝器进行升温，为天然气水合物开采系统提供充足的热水；溶液水循环系统中吸收式热泵稀溶液和浓溶液的相互转换，以及溶液泵的输送，实现了在再生器和蒸发器吸收低品位热量，同时在吸收器和冷凝器产生高品位热量。

技术领域

本发明属于海洋油气资源开发技术领域，针对目前海洋天然气水合物热激法开采所存在的热源问题，利用吸收式热泵技术将海上油田燃气透平发电机的烟气余热提高品位，用于热激法开采天然气水合物，提供了一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法海洋天然气水合物开采装置及方法。

背景技术

天然气水合物，俗称可燃冰，是由烃类物质与水在低温高压条件下形成的具有笼状晶体结构的物质，燃烧废气中只有CO₂和水，对环境没有污染。标准状况下，单位体积的气体水合物可以储存164单位体积的甲烷气体，热值很高，是一种十分优质的能源，可用于替代煤炭等传统化石能源。然而，天然气水合物的商业化开采水平目前尚未达到，亟需可行的开采方法。目前天然气水合物的开采技术主要包括降压开采法、热激法和注入化学剂法。热激开采法效率高，容易实现，但至今尚未很好的解决热源能耗高、热量利用效率较低的问题。

而在海洋环境下海面平台上汽轮机排出的烟气中含有大量余热可以回收利用。同时，吸收式热泵是以热能为补偿实现从低温到高温输送热量的设备，具有节约能源、保护环境的双重作用，可以将海上油田燃气透平发电机烟气余热提高温度，用于水合物开采。

发明内容

基于上述背景，本发明将海上油田燃气透平发电机烟气余热作为吸收式热泵的低温热源，释放高品位热量，结合热激法水平井开采海洋天然气水合物，提供了一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法海洋天然气水合物开采装置及方法。

本发明的技术方案：

一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，包括水合物开采系统、烟气余热热源集热系统、海水源热汇集热散热系统和溶液水循环系统；四个系统相互配合，海水源热汇集热散热系统将吸收式热泵循环系统产生的热量输送到水合物开采系统，烟气余热热源集热系统为热泵循环系统提供热源；

所述的水合物开采系统主要由开采井31、注入井28、高压泵24、真空保温层23、球形喷头29、气液分离器21、天然气储气罐22、污水储集罐19、液位指示器20和海水吸入泵25组成；所述的开采井31为L型井，开采井竖直段26出口端连接气液分离器21，开采井竖直段26穿过海水层27到达天然气水合物储层30，开采井水平段32在天然气水合物储层30；所述的海水污水储集罐19、气液分离器21和天然气储集罐22依次连接；所述的真空保温层23采用真空绝热材料；所述的注入井28入口端连接高压泵24，注入井28出口端位于天然气水合物储层30；所述的高压泵24位于真空保温层23中，注入井28出口端设有球形喷头29，使水均匀多方向的注入天然气水合物层中；所述的液位指示器20设置在污水储集罐19上，实时液位反馈给海水吸入泵25，以防海水污水暂存罐19出现水量短缺现象。

所述的烟气余热热源集热系统主要由直接接触式换热塔1、汽轮机7、第二热源水泵14、第一热源水泵5、空气排管2、热源水排管3、再生器4和蒸发器12组成；所述的空气排管2和热源水排管3均与直接接触式换热塔1密封焊接；所述的热源水排管2的出口端与再生器4的热源水入口端相连接；所述的再生器4的热源水出口端通过第一热源水泵5与蒸发器12热源水入口端相连接；所述的蒸发器12的热源水出口端通过第二热源水泵14和热源水排管3的入口端相连接；所述的蒸发器12底部的溶液水出口端通过第二溶液水泵13与蒸发器12顶部的溶液水入口端相连接，实现内循环；所述的空气排管2一端接外部冷空气，另一端与汽轮机7相连接；