專利名稱：一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底天然氣水合物開采系統(tǒng)，尤其是一種利用風(fēng)能供電的天然氣
水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是在低溫高壓條件下由水和天然氣組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的籠 形結(jié)晶化合物。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下lm3的水合物可儲(chǔ)存約160m3的天然氣。天然氣水合物遇火即 可燃燒，俗稱"可燃冰"。自然界的天然氣水合物大多儲(chǔ)存在海底及陸地永久凍土帶沉積物 中，據(jù)估計(jì)，存儲(chǔ)在天然氣水合物中的碳約是已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然 氣)中碳含量總和的兩倍，天然氣水合物被認(rèn)為是21世紀(jì)最具開發(fā)前景的替代能源，具有 分布范圍廣、儲(chǔ)藏規(guī)模大、能量密度高的特點(diǎn)。目前全球直接或間接探測(cè)到的天然氣水合物 氣藏有一百多處，我國已在南海及青海凍土帶成功發(fā)現(xiàn)天然氣水合物藏。
由于天然氣水合物的開發(fā)面臨經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的可行性問題，天然氣水合物的開發(fā) 技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)階段。天然氣水合物開采的思路基本上是首先將蘊(yùn)藏于沉積物中的天然氣 水合物進(jìn)行分解，然后獲取天然氣，現(xiàn)階段提出的方法一般分為以下幾種(l)熱激法；(2) 降壓分解法；(3)注入化學(xué)劑法。然而直接采用熱激法開采天熱氣水合物容易造成能量的 消耗和環(huán)境的污染。 微波是指頻率為300 300000MHz的電磁波，微波加熱具有作用速度快、體積性加 熱、選擇性加熱、靈活性高及無物質(zhì)注入的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)，并在油氣 開發(fā)的應(yīng)用中引起人們的重視。現(xiàn)在的微波發(fā)生器已經(jīng)可以做到功率連續(xù)可調(diào)，透微波材 料的制造工藝也已經(jīng)有了很大進(jìn)展。除了注熱(鹽)水、蒸汽等常規(guī)熱激法外，微波加熱可 作為一種新的熱激方式應(yīng)用到天然氣水合物工業(yè)中。實(shí)驗(yàn)證明微波可以加快水合物分解， 操作比較簡(jiǎn)單，且利用微波加熱水合物儲(chǔ)層可避免其他注熱方式在井口到井底部分的熱損 失。微波作用下天然氣水合物氣藏中次生微裂縫的產(chǎn)生使地層的滲透率提高，可實(shí)現(xiàn)天然 氣水合物氣藏的高滲開發(fā)。但利用微波加熱開采海底天然氣水合物過程中需要解決孤立開 采平臺(tái)上的微波源電能供給問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于降低海上熱激法開采天然氣水合物的能量消耗和環(huán)境污染，利 用現(xiàn)有的微波技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，提供一種風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合微波加熱開采海底天然氣水合 物的系統(tǒng)。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一種利用風(fēng)能供電的天然氣水 合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)，包括設(shè)置于海面上的開采平臺(tái)，設(shè)置在開采平臺(tái)上的儲(chǔ)氣裝置，在 開采平臺(tái)上、朝向海面下設(shè)有井口裝置，包括有設(shè)置在開采平臺(tái)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、微波發(fā) 生裝置、微波轉(zhuǎn)換裝置、微波檢測(cè)裝置，所述微波發(fā)生裝置一端與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連 接，另一端通過地面微波傳輸線依次連接到所述微波轉(zhuǎn)換裝置和微波檢測(cè)裝置，還包括有
3井下微波傳輸線，所述井下微波傳輸線一端與微波檢測(cè)裝置連接，另一端從井口裝置伸入 后與設(shè)置在海底天然氣水合物儲(chǔ)層附近的輻射天線連接；在所述井下微波傳輸線旁側(cè)設(shè)有 采氣通道，該采氣通道上端與所述儲(chǔ)氣裝置連通。 熱激法開采海底天然氣水合物消耗的能量來源于海上風(fēng)能，并通過微波電磁能的 形式高效的由海面?zhèn)鬏數(shù)剿衔锊貐^(qū)；本發(fā)明通過海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電，微波發(fā)生裝置 由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組供電并利用電能產(chǎn)生微波；產(chǎn)生的微波經(jīng)由地面微波傳輸線、微波轉(zhuǎn)換裝 置和微波檢測(cè)裝置到達(dá)井口裝置；微波再從井口裝置經(jīng)由井下微波傳輸線輸送到達(dá)水合物 儲(chǔ)層中的輻射天線，輻射天線輻射微波加熱水合物儲(chǔ)層；水合物儲(chǔ)層分解得到的天然氣和 水由采氣通道輸出到海面，氣水分離后儲(chǔ)存到儲(chǔ)氣裝置中，并運(yùn)輸天然氣；上述微波檢測(cè)裝 置可實(shí)時(shí)測(cè)量微波傳輸功率，并根據(jù)開采需要調(diào)整微波功率。 在所述輻射天線外套設(shè)有透微波天線套管。輻射天線的套管應(yīng)由高強(qiáng)度的透微波 材料制成， 一方面能有效保護(hù)輻射天線不受外界環(huán)境的影響，另一方面也不會(huì)影響微波投 射的能力。 在所述井下微波傳輸線外套設(shè)有微波傳輸線套管。海底的微波傳輸線耐壓強(qiáng)度有 限，通過高強(qiáng)度微波傳輸線套管給予保護(hù)。 在所述采氣通道上、靠近天然氣水合物儲(chǔ)層的位置處開設(shè)有多個(gè)進(jìn)氣口。天然氣 從進(jìn)口中進(jìn)入到采氣通道，方便氣體的收集存儲(chǔ)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)風(fēng)能發(fā)電在可再生能源利用技術(shù)中已經(jīng) 相對(duì)成熟，且成本也更低。正是因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也將越來越 便宜與高效，增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量后，基礎(chǔ)設(shè)施的成本相對(duì)減少；海上風(fēng)力發(fā)電已 經(jīng)悄然興起并且將會(huì)成為重要能源形式，海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域，從而 使海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為最近的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)；風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合微波加熱開采海底天然氣 水合物技術(shù)可就地利用海上風(fēng)能，高效的將可再生能源轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)層中天然氣水合物分解所 需要的能量，作用速度快，經(jīng)濟(jì)效益高，并且整個(gè)過程中不產(chǎn)生任何污染。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖； 附圖標(biāo)記說明l-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，2-微波發(fā)生裝置，3-微波轉(zhuǎn)換裝置，4-微波檢 測(cè)裝置，5-地面微波傳輸線，6-井口裝置，7-儲(chǔ)氣裝置，8-開采平臺(tái)，9-井下微波傳輸線， 10-微波傳輸線套管，11-采氣通道，12-輻射天線，13-透微波天線套管，14-進(jìn)氣口 。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例 設(shè)計(jì)一個(gè)日產(chǎn)氣量為5萬立方米的洋底水合物天然氣井，按1 : 160的儲(chǔ)氣比例 計(jì)算，則需要加熱分解0. 03125萬立方米水合物，儲(chǔ)層沉積物中水合物含量取40% ，則需加 熱的儲(chǔ)層為0. 07813萬立方米。加熱分解水合物使儲(chǔ)層溫度上升8攝氏度，水合物分解熱 為53kJ/mol，則估算加熱功率為1. 5麗。據(jù)此，配置的高功率微波發(fā)生裝置2的平均輸出功 率應(yīng)為1. 5麗，頻率可為工業(yè)常用的915MHz，微波傳輸線采用國家標(biāo)準(zhǔn)BJ-9波導(dǎo)。多級(jí)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有無齒輪、運(yùn)行速度低、重量輕、可靠性高及維護(hù)量小等特點(diǎn)，因此 本實(shí)例配備一臺(tái)更適合海上惡劣環(huán)境的直驅(qū)多級(jí)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，額定功率1. 5麗。
采用如圖1所示的裝置，一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)， 包括設(shè)置于海面上的開采平臺(tái)8，設(shè)置在開采平臺(tái)8上的儲(chǔ)氣裝置7，在開采平臺(tái)8上、朝向 海面下設(shè)有井口裝置6，還包括有設(shè)置在開采平臺(tái)8上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1、微波發(fā)生裝置2、 微波轉(zhuǎn)換裝置3、微波檢測(cè)裝置4，微波發(fā)生裝置2 —端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1連接，另一端通過 地面微波傳輸線5依次連接到微波轉(zhuǎn)換裝置3和微波檢測(cè)裝置4，還包括有井下微波傳輸線 9，井下微波傳輸線9 一端與微波檢測(cè)裝置4連接，另一端從井口裝置6伸入后與設(shè)置在海 底天然氣水合物儲(chǔ)層附近的輻射天線12連接；在井下微波傳輸線9旁側(cè)設(shè)有采氣通道11， 該采氣通道11上端與儲(chǔ)氣裝置7連通。 其工作流程為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組l利用海上風(fēng)能發(fā)電，電能供給微波發(fā)生裝置2產(chǎn)生 微波，微波通過微波傳輸線5和微波轉(zhuǎn)換裝置3輸送到井口裝置6，再由井下微波傳輸線9 到達(dá)放置于天然氣水合物儲(chǔ)存的輻射天線12，輻射天線12輻射微波能加熱天然氣水合物 儲(chǔ)層，天然氣水合物儲(chǔ)層中水合物發(fā)生分解，分解得到的天然氣由采氣通道11輸送到井口 裝置6，經(jīng)氣水分離后在儲(chǔ)氣裝置7中儲(chǔ)存。 本實(shí)施例進(jìn)一步在輻射天線12外套設(shè)有透微波天線套管13，在井下微波傳輸線9 外套設(shè)有微波傳輸線套管10，以保護(hù)輻射天線12和井下微波傳輸線9。
在采氣通道11上、靠近天然氣水合物儲(chǔ)層的位置處開設(shè)有多個(gè)進(jìn)氣口 14。該進(jìn)氣 口 14與天然氣水合物儲(chǔ)層相通。 上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā) 明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)，包括設(shè)置于海面上的開采平臺(tái)(8)，設(shè)置在開采平臺(tái)(8)上的儲(chǔ)氣裝置(7)，在開采平臺(tái)(8)上、朝向海面下設(shè)有井口裝置(6)，其特征在于包括有設(shè)置在開采平臺(tái)(8)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)、微波發(fā)生裝置(2)、微波轉(zhuǎn)換裝置(3)、微波檢測(cè)裝置(4)，所述微波發(fā)生裝置(2)一端與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(1)連接，另一端通過地面微波傳輸線(5)依次連接到所述微波轉(zhuǎn)換裝置(3)和微波檢測(cè)裝置(4)，還包括有井下微波傳輸線(9)，所述井下微波傳輸線(9)一端與微波檢測(cè)裝置(4)連接，另一端從井口裝置(6)伸入后與設(shè)置在海底天然氣水合物儲(chǔ)層附近的輻射天線(12)連接；在所述井下微波傳輸線(9)旁側(cè)設(shè)有采氣通道(11)，該采氣通道(11)上端與所述儲(chǔ)氣裝置(7)連通。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)，其特征 在于在所述輻射天線(12)外套設(shè)有透微波天線套管(13)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)，其特征 在于在所述井下微波傳輸線(9)外套設(shè)有微波傳輸線套管(10)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)，其特征 在于在所述采氣通道(11)上、靠近天然氣水合物儲(chǔ)層的位置處開設(shè)有多個(gè)進(jìn)氣口 (14)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用風(fēng)能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)，包括設(shè)置于海面上的開采平臺(tái)，儲(chǔ)氣裝置，在開采平臺(tái)上、朝向海面下設(shè)有井口裝置，包括有設(shè)置在開采平臺(tái)上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、微波發(fā)生裝置，微波發(fā)生裝置一端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接，另一端通過地面微波傳輸線依次連接到微波轉(zhuǎn)換裝置和微波檢測(cè)裝置，還包括有井下微波傳輸線，井下微波傳輸線一端與微波檢測(cè)裝置連接，另一端從井口裝置伸入后與設(shè)置在海底天然氣水合物儲(chǔ)層附近的輻射天線連接；在井下微波傳輸線旁側(cè)設(shè)有采氣通道，該采氣通道上端與儲(chǔ)氣裝置連通。本發(fā)明開發(fā)系統(tǒng)能高效的將可再生能源轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)層中天然氣水合物分解所需要的能量，作用速度快，并且整個(gè)過程中不產(chǎn)生任何污染。
文檔編號(hào)E21B43/01GK101725334SQ20091019433
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者何松, 李棟梁, 梁德青 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州能源研究所