专利摘要

本发明属于海洋油气资源开发技术领域，提供一种基于太阳能‑烟气余热双热源热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法。该装置包括水合物开采系统、太阳能‑烟气余热混合热源集热系统、海水源热汇集热散热系统和热泵循环系统，四个系统相互配合，海水源热汇集热散热系统将热泵循环系统产生的热量输送到水合物开采系统，太阳能‑烟气余热混合热源集热系统为热泵循环系统提供热源。本发明实现了海洋区域太阳能和烟气余热的高效利用，结合热泵技术，为海洋天然气水合物的开采提供了一种高效可行的方法。

权利要求

1.一种基于太阳能-烟气余热双热源热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，该热激法天然气水合物开采装置包括水合物开采系统、太阳能-烟气余热混合热源集热系统、海水源热汇集热散热系统和热泵循环系统；四个系统相互配合，海水源热汇集热散热系统将热泵循环系统产生的热量输送到水合物开采系统，太阳能-烟气余热混合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(37)、注入井(32)、高压泵(30)、保温层(29)、球形喷头(35)、气液分离器(23)、天然气储集罐(22)、污水储集罐(24)、液位警示器(25)和海水吸入泵(26)组成；所述的开采井(37)为L型井，开采井竖直段(33)出口端连接气液分离器(23)，开采井竖直段(33)穿过海水层(31)到达天然气水合物储层(34)，开采井水平段(36)位于天然气水合物储层(34)中；所述的天然气储集罐(22)、气液分离器(23)、污水储集罐(24)依次连接；所述的保温层(29)采用真空绝热；所述的注入井(32)入口连接高压泵(30)，其出口端位于天然气水合物储层(34)，所述的高压泵(30)位于保温层(29)中，注入井(32)下端设有球形喷头(35)；所述的液位警示器(25)将实时液位反馈给海水吸入泵(26)；

所述的太阳能-烟气余热混合热源集热系统主要由直接接触式换热塔(2)、冷空气排管(1)、热源水排管(3)、汽轮机(6)、发动机(7)、压缩机(8)、第一热源水泵(4)、太阳能集热板(5)、第二热源水泵(9)、热源水保温箱(15)、温度探测仪(16)、蒸发换热器(17)、信号反馈器(20)和阀门组成；所述的冷空气排管(1)和热源水排管(3)均与直接接触式换热塔(2)密封焊接；所述的热源水排管(3)入口端通过第一热源水泵(4)与蒸发换热器(17)热源水出口端相连接；热源水排管(3)出口端与蒸发换热器(17)热源水入口端相连接；所述的太阳能集热板(5)入口端通过第二热源水泵(9)与蒸发换热器(17)热源水出口端相连接；太阳能集热板(5)出口端与蒸发换热器(17)热源水入口端相连接；太阳能集热板(5)和热源水排管(3)并联；所述的热源水保温箱(15)通过入口阀门(V1)和出口阀门(V2)分别连接在蒸发换热器(17)的热源水入口和出口；所述的冷空气排管(1)的入口端接入冷空气，出口端依次连接汽轮机(6)、发动机(7)和压缩机(8)；所述的温度探测仪(16)和信号反馈器(20)均与入口阀门(V1)和出口阀门(V2)依次连接；

所述的海水源热汇集热散热系统主要由冷凝器(13)、虹吸罐(11)、虹吸管(18)、污水储集罐(24)、液位警示器(25)、第一热汇水泵(10)、第二热汇水泵(21)、热源水保温箱(15)和温度探测仪(16)组成；所述的冷凝器(13)的热汇水出口端通过虹吸管(18)与虹吸罐(11)的上虹吸入口端相连接，冷凝器(13)的热汇水入口端通过虹吸管(18)与虹吸罐(11)的下虹吸出口端相连接；蒸发器(14)制冷剂蒸气出口端与压缩机(8)的吸气口相连接，压缩机(8)的排气口与所述的冷凝器(13)制冷剂入口端连接；所述的冷凝器(13)制冷剂出口端通过节流阀(19)与蒸发器(14)制冷剂入口端相连接；所述的虹吸罐(11)的热汇水出口端通过第一热汇水泵(10)与热水储集罐(27)的热汇水入口端相连接；虹吸罐(11)的热汇水入口端通过第二热汇水泵(21)与污水储集罐(24)的热汇水出口端相连接；温度报警器(28)设置在热水储集罐(27)上，用于实时监测热水储集罐(27)的温度；所述的热水储集罐(27)与高压泵(30)相连接。

2.一种基于权利要求1所述的热激法天然气水合物开采装置进行开采的方法，其特征在于，该方法包括热源水循环，热汇水循环和热泵循环三个循环；

所述的热源水循环：分为烟气余热和太阳能集热板两个热源并联供热；第一热源水泵(4)将冷水供入热源水排管(3)加热；第二热源水泵(9)将冷水供入太阳能集热板(5)加热；所述的信号反馈器(20)根据温度探测仪(16)测得蒸发换热器(17)温度控制入口阀门(V1)和出口阀门(V2)的开闭；当蒸发换热器(17)温度到达设定温度时，打开入口阀门(V1)关闭出口阀门(V2)，来自两个热源的一部分热水流入热源水保温箱(15)暂存；当蒸发换热器(17)温度低于设定温度时，关闭入口阀门(V1)打开出口阀门(V2)，热源水保温箱(15)和来自双热源的热水一起向冷凝换热器(12)供水，以保证蒸发换热器(17)温度；

所述的热汇水循环：所述的第二热汇水泵(21)将污水储集罐(24)中的热汇水吸入虹吸罐(11)内部，然后通过虹吸管(18)进行对流换热，温度升高；升温后通过第一热汇水泵(10)进入热水储集罐(27)，进行保温储存；所述的温度报警器(28)监测热水储集罐(27)中水的实时温度，并反馈给热水储集罐(27)，当检测到热水储集罐(27)中的水温度下降时，热水储集罐(27)会将其加热到初始温度；所述的水合物开采系统运行时，热水储集罐(27)中的水流入保温层(29)中，由高压泵(30)增压进入注入井(32)，经球形喷头(35)到达天然气水合物储层(34)中，天然气水合物受热分解；分解产物经开采井水平段(36)和开采井竖直段(33)收回至海面，经过气液分离器(23)后得到较纯的天然气，储存到天然气储集罐(22)中；污水进入污水储集罐(24)，循环利用；污水储集罐(24)上的液位警示器(25)将实时液位反馈给海水吸入泵，当污水储集罐(24)中水量短缺时，海水吸入泵(26)开始工作，将海水吸入来使污水储集罐(24)中液位正常。

说明书

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，将海上油田燃气透平发电机的烟气余热搭配海上丰富的太阳能，通过热泵技术提高品位，用于热激法开采天然气水合物，提供了一种基于太阳能-烟气余热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。

而热泵是热能和机械能为补偿实现从低温到高温输送热量的设备，可以将提升能量品味。同时太阳能是可再生能源，取之不尽、清洁无污染。虽然太阳光到达地球表面的辐射总量很大，但能流密度很低，在热激法开采水合物的系统中，太阳能具有不稳定性，受昼夜变化、天气、地域差异等因素影响较大，由海上油田燃气透平发电机烟气余热作为补充，可以利用好这些余热，

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和太阳能作为吸收式热泵的低温双热源，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：

一种基于太阳能-烟气余热双热源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、太阳能-烟气余热混合热源集热系统、海水源热汇集热散热系统和热泵循环系统；四个系统相互配合，海水源热汇集热散热系统将热泵循环系统产生的热量输送到水合物开采系统，太阳能-烟气余热混合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37、注入井32、高压泵30、保温层29、球形喷头35、气液分离器23、天然气储气罐22、污水储集罐24、液位警示器25和海水吸入泵26组成；所述的开采井37为L型井，开采井竖直段33出口端连接气液分离器23，开采井竖直段33穿过海水层31到达天然气水合物储层34，开采井水平段36位于天然气水合物储层34中；所述的天然气储集罐22、气液分离器23、污水储气罐24依次连接；所述的保温层29采用真空绝热；所述的注入井32入口连接高压泵30，其出口端位于天然气水合物储层34，所述的高压泵30位于保温层29中，注入井32下端设有球形喷头35；所述的液位警示器25将实时液位反馈给海水吸入泵26；

所述的太阳能-烟气余热混合热源集热系统主要由直接接触式换热塔2、冷空气排管1、热源水排管3、汽轮机6、发动机7、压缩机8、第一热源水泵4、太阳能集热板5、第二热源水泵9、热源水保温箱15、温度探测仪16、蒸发换热器17、信号反馈器20和阀门组成；所述的冷空气排管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3入口端通过第一热源水泵4与蒸发换热器17热源水出口端相连接；热源水排管3出口端与蒸发换热器17热源水入口端相连接；所述的太阳能集热板5入口端通过第二热源水泵9与蒸发换热器17热源水出口端相连接；太阳能集热板5出口端与蒸发换热器17热源水入口端相连接；太阳能集热板5和热源水排管3并联；所述的热源水保温箱15通过入口阀门V1和出口阀门V2分别连接在蒸发换热器17的热源水入口和出口；所述的冷空气排管1的入口端接入冷空气，出口端依次连接汽轮机6、发动机7和压缩机8；所述的温度探测仪16和信号反馈器20均与入口阀门V1和出口阀门V2依次连接；

所述的海水源热汇集热散热系统主要由冷凝器13、虹吸罐11、虹吸管18、污水储集罐24、液位警示器25、第一热汇水泵10、第二热汇水泵21、热源水保温箱15和温度探测仪16组成；所述的冷凝器13的热汇水出口端通过虹吸管18与虹吸罐11的上虹吸入口端相连接，冷凝器13的热汇水入口端通过虹吸管18与虹吸罐11的下虹吸出口端相连接；所述的蒸发器14制冷剂蒸气出口端与压缩机8的排气口吸气口相连接，压缩机8的排气口与所述的冷凝器13制冷剂入口端连接；所述的冷凝器13制冷剂出口端通过节流阀19与蒸发器14制冷剂入口端相连接；所述的虹吸罐11的热汇水出口端通过第一热汇水泵10与热水储集罐27的热汇水入口端相连接；虹吸罐11的热汇水入口端通过第二热汇水泵21与污水储集罐24的热汇水出口端相连接；所述的温度报警器28设置在热水储集罐27上，用于实时监测热水储集罐27的温度；所述的热水储集罐27与高压泵30相连接。

一种基于吸收式热泵的太阳能热激法水合物开采的方法，该方法包括热源水循环，热汇水循环和热泵循环三个循环；

所述的热源水循环：分为烟气余热和太阳能集热板两个热源并联供热；第一热源水泵4将冷水供入热源水排管3加热；第二热源水泵9将冷水供入太阳能集热板5加热；所述的信号反馈器20根据温度探测仪16测得蒸发换热器17温度控制入口阀门V1和出口阀门V2的开闭；当蒸发换热器17温度到达设定温度时，打开入口阀门V1关闭出口阀门V2，来自两个热源的一部分热水流入热源水保温箱15暂存；当蒸发换热器17温度低于设定温度时，关闭入口阀门V1打开出口阀门V2，热源水保温箱15和来自双热源的热水一起向冷凝换热器12供水，以保证蒸发换热器17温度；

所述的热汇水循环：所述的第二热汇水泵21将污水储集罐24中的热汇水吸入虹吸罐11内部，然后通过虹吸管18进行对流换热，温度升高；升温后通过第一热汇水泵10进入热水储集罐27，进行保温储存；所述的温度报警器28监测热水储集罐27中水的实时温度，并反馈给热水储集罐27，当检测到热水储集罐27中的水温度下降时，热水储集罐27回将其加热到初始温度；所述的水合物开采系统运行时，热水储集罐27中的水流入保温层29中，由高压泵30增压进入注水井32，经球形喷头35到达天然气水合物储层34中，天然气水合物受热分解；分解产物经开采井水平段36和开采井竖直段33收回至海面，经过气液分离器23后得到较纯的天然气，储存到天然气储集罐22中；污水进入污水储集罐24，循环利用；污水储集罐24上的液位警示器25将实时液位反馈给海水吸入泵，当污水储集罐24中水量短缺时，海水吸入泵26开始工作，将海水吸入来使污水储集罐24中液位正常。

本发明的有益效果：本发明提出一种基于太阳能-烟气余热双热源热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法，解决了天然气水合物开采过程中的能耗问题，充分利用了太阳能及烟气余热，为实现天然气水合物大规模开采提供了可行的方法，对于天然气水合物开采方法后续研究具有重要意义。

附图说明

图1是基于太阳能-烟气余热双热源热泵的热激法天然气水合物开采装置的示意图。

图2是基于吸收式热泵的太阳能热激法水合物开采装置的球型喷头喷口示意图。

图中：1冷空气排管；2直接接触换热塔；3热源水排管；4第一热源水泵；5太阳能集热板；6汽轮机；7发动机；8压缩机；9第二热源水泵；10第一热汇水泵；11虹吸罐；12冷凝换热器；13冷凝器；14蒸发器；15热源水保温箱；16温度探测仪；17蒸发换热器；18虹吸管；19节流阀；20信号反馈器；21第二热汇水泵；22天然气储集罐；23气液分离器；24污水储集罐；25液位警示器；26海水吸入泵；27热水储集罐；28温度报警器；29真空层；30高压泵；31海水层；32注入井；33开采井竖直段；33天然气水合物储层；35球形喷头；36开采井水平段；37开采井；V1入口阀门；V2出口阀门。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图对本发明的具体实施方式详细说明。

图1所示为一种基于太阳能-烟气余热双热源热泵的热激法天然气水合物开采装置示意图：按如图所示装置连接，使用该装置进行天然气水合物开采。

所述的热源水排管3和太阳能集热板5并联在热源水保温箱两端，热源水泵14将冷水供入热源水排管加热；热源水泵29将冷水供入太阳能集热板加热；所述的信号反馈器20可以根据温度探测仪16测得蒸发换热器17温度数据控制入口阀门V1和出口阀门V2的开闭；当蒸发换热器17温度到达设定温度时，打开入口阀门V1关闭出口阀门V2，来自双热源的一部分热水流入热源水保温箱15暂存；当蒸发换热器17温度低于设定温度时，关闭入口阀门V1打开出口阀门V2，热源水保温箱15和来自双热源的热水一起向冷凝换热器供水，以保证蒸发换热器17温度；通过热泵循环系统，热汇水蒸发器14吸收热源水的热能，冷凝器13加热热汇水；所述的热汇水泵221将海水污水暂存罐19中的热汇水吸入虹吸罐11内部，然后通过虹吸管18进行对流换热，温度升高；升温后通过热汇水泵110进入热水储集保温器27，进行保温储存；所述的温度监测报警器28监测热水储集器中水的实时温度，并反馈给热水储集保温器27，当检测到热水储集保温器27中的水温度下降时，热水储集保温器27回将其加热到原先温度；所述的水合物开采系统运行时，热水储集保温器27中的水流入保温层29，由高压泵30增压进入注水井32，经球形喷头35到达天然气水合物储层34中，天然气水合物受热分解；分解产物经开采井水平段36和开采井竖直段33收回至海面，经过气液分离器23后得到较纯的天然气，储存到天然气储集罐22中；污水进入海水污水暂存罐24，循环利用；海水污水暂存罐24上的液位指示器25将实时液位反馈给海水吸入泵，当海水污水暂存罐24中水量短缺时，海水吸入泵26开始工作，将海水吸入来使海水污水暂存罐24中液位正常。

一种基于太阳能-烟气余热双热源热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。