阅读说明：本技术 一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置和方法 (Device and method for inhibiting generation of hydrate in shaft by automatic early warning and heating ) 是由 陈晨 马英瑞 孟奕龙 聂帅帅 刘昆岩 钟秀平 李曦桐 翟梁皓 陈勇 朱颖 潘栋彬 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置和方法,属于天然气水合物开采技术领域,本发明中油管的外表面上沿轴向每隔预定距离设有由电阻丝紧密螺旋缠绕形成的电阻丝绕组,电阻丝两头分别焊接在两个导电金属片上,任意相邻两个电阻丝绕组中间位置设有温压传感器；在隔水管的内侧壁上沿隔水管轴向对称开设有两道作为电极移动通道的滑槽,滑槽上设有卡槽,在卡槽处,电极与导电金属片接触连接；第一电缆的输入端与电机连接,输出端分别连接两个电极。本发明能够实现针对特定的时间特定的区域进行局部加热避免天然气水合物的生成,和传统方法相比更节能,且安全环保。发热装置一般处于关闭状态,可保证系统长期有效运行。(The invention discloses a device and a method for inhibiting generation of a shaft hydrate by automatic early warning and heating, belonging to the technical field of natural gas hydrate exploitation, wherein resistance wire windings formed by tightly and spirally winding resistance wires are arranged on the outer surface of an oil pipe at intervals of a preset distance along the axial direction, two ends of each resistance wire are respectively welded on two conductive metal sheets, and a temperature and pressure sensor is arranged in the middle position of any two adjacent resistance wire windings; two chutes which are used as electrode moving channels are symmetrically arranged on the inner side wall of the marine riser along the axial direction of the marine riser, clamping grooves are arranged on the chutes, and the electrodes are in contact connection with the conductive metal sheets at the clamping grooves; the input end of the first cable is connected with the motor, and the output end of the first cable is respectively connected with the two electrodes. The method can realize local heating aiming at a specific area at a specific time to avoid the generation of the natural gas hydrate, and is more energy-saving, safe and environment-friendly compared with the traditional method. The heating device is normally in a closed state, and long-term effective operation of the system can be ensured.)

一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置和方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，尤其是涉及一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置和方法。

背景技术

天然气水合物是由天然气与水在低温高压条件下形成的一种具有笼型结构的似冰状结晶化合物，其主要赋存于陆地冻土区和海洋沉积物中。天然气水合物储量巨大，被认为是21世纪理想的替代能源。

2020年3月26日，我国海域天然气水合物第二轮试采累计产气86.14万立方米，日均产气2.87万立方米，创造了“产气总量、日均产气量”两项新的世界纪录，为天然气水合物商业开采奠定了坚实的基础。

在海域天然气水合物开采过程中，储层水合物分解产生的天然气和水共同流入井底，以气水两相流的状态在井筒中运移。受海水温度、节流效应、井口压力等方面的影响，井筒内温度、压力随井深不断变化。易在其内壁上二次生成水合物，堵塞管柱，严重时会形成憋压导致管柱破裂，造成巨大的经济损失。

目前，常用的防止气井井筒天然气水合物生成的方法主要有化学抑制剂注入法和井下节流方法。化学抑制剂注入法是定期从地面向井筒中注入化学剂，该方法打断了生产的连续性，且存在成本大、不够安全环保等缺点。井下节流技术是依靠地层热能加热气体，以防止水合物生成，但对于低温深水海洋环境，热量散失速度快，地层提供的热源不足以抑制井筒二次水合物的生成。

还有一些其他的措施，详见专利文献，文献号CN201910128714.3公布了一种用于海底可燃冰开采的电磁加热装置及方法，在潜油电泵入口端安装一定长电磁发热装置，对井底加热，不适用深水泥线以上井筒。文献号CN201810345979.4公布了一种利用套管式加热器开采天然气水合物的方法，套管式加热器放置于开采层段，对于低温海洋环境，井筒热量散失速度快，不能解决深水泥线以上井筒二次水合物堵塞问题。文献号CN201510183801.0公布了采气井井筒水合物堵塞的解除方法，利用酸性溶液与氧化钙反应释放热量解除冰堵，但该方法不能用于预防二次水合物生成。文献号CN201110313048.4公布了自发热式天然气水合物防治装置，依靠地层气工作，不适用于气水同产井。

因此，针对海域天然气水合物开采过程中由于低温环境下井筒中水合物二次形成的问题，需要一种行之有效的预防方法。

发明内容

本发明的目的是针对海域天然气水合物开采过程中由于低温环境下井筒中天然气水合物二次形成的问题，而提出了一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置和方法，能够有效的预防二次形成天然气水合物。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出了一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置，其特征在于，包括：第一电缆、电极、隔水管、油管、滑槽、卡槽、导电金属片、温压传感器、温度压力指示仪表、第二电缆、电阻丝及电机，在所述油管的外表面上沿轴向每隔预定距离设有电阻丝绕组，电阻丝绕组由电阻丝紧密螺旋缠绕形成，电阻丝两头分别焊接在两个导电金属片上，两个导电金属片分布于油管4的两侧，任意相邻两个电阻丝绕组中间位置设有温压传感器；所述温压传感器嵌设在油管的内壁上，同时温压传感器通过第二电缆与位于地面的温度压力指示仪表连接；所述隔水管套设在油管外部，在所述隔水管的内侧壁上沿隔水管轴向对称开设有两道滑槽，滑槽呈轴向贯通，滑槽作为电极的移动通道，在滑槽上设有卡槽，卡槽所在位置对应电阻丝连接导电金属片的位置处，在卡槽处，电极与导电金属片接触连接；所述第一电缆采用预分支电缆，预分支电缆包括主电缆、分支接头和分支电缆，主电缆的输入端与电机连接，主电缆的输出端通过分支接头与分支电缆的输入端相连，分支电缆的数量为两个，两个分支电缆的输出端分别连接两个电极；所述电机分别与第一电缆和温度压力指示仪表连接。

作为本发明的优选方案，所述预定距离为100m。

进一步，所述电阻丝直径大于5mm且小于10mm，电阻丝缠绕匝数为N，N大于大等于20。

本发明还提出了一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的方法，其特征在于：该方法采用所述的自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置进行自动预警加热抑制井筒水合物生成，具体包括如下步骤：

步骤1、通过温压传感器测量井筒内温度和压力，所述温度和压力测量结果表明满足天然气水合物二次形成的温压条件时，通过第一电缆将两个电极投放在井筒内；

步骤2、两个电极通过自身重力带动第一电缆沿两个滑槽移动；

步骤3、两个电极到达天然气水合物二次形成区域，两个电极卡在对应的卡槽上，两个电极分别与两个导电金属片接触连接；

步骤4、启动电机，电极与导电金属片导通，对天然气水合物二次形成区域内的电阻丝进行加热，随着温度升高，天然气水合物分解；

步骤5、天然气水合物分解完成，将电极脱离卡槽，关闭电机，回收电极至地面。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出了一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置和方法，针对特定的时间特定的区域进行局部加热避免天然气水合物的生成，和传统方法相比更节能，且安全环保。发热装置一般处于关闭状态，可保证系统长期有效运行。

附图说明

此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为现有技术中天然气水合物相平衡曲线图。

图中各标记如下：1-第一电缆；2-电极；3-隔水管；4-油管；5-滑槽；6-卡槽；7-导电金属片；8-温压传感器；9-温度压力指示仪表；10-第二电缆；11-电阻丝；12-电机。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有进行详尽的说明。

如图1和图2所示，一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置，包括第一电缆1、电极2、隔水管3、油管4、滑槽5、卡槽6、导电金属片7、温压传感器8、温度压力指示仪表9、第二电缆10、电阻丝11及电机12。

图中，a代表海水，b代表海底地层。

在所述油管4的外表面上沿轴向每隔预定距离设有电阻丝绕组，所述预定距离为100m，由于距离太密集导致需要更多电阻丝11及温压传感器8，浪费材料，距离太大导致热量不可辐射到所控制区域所以取适中距离100m，电阻丝绕组由电阻丝11紧密螺旋缠绕形成，电阻丝11直径大于5mm且小于10mm，电阻丝11直径大于5mm防止直径过小扯断，小于10mm防止直径过大导致重力引起下垂，电阻丝11缠绕匝数为N，N大于大等于20；电阻丝11两头分别焊接在两个导电金属片7上，两个导电金属片7分布于油管4的两侧，任意相邻两个电阻丝绕组中间位置设有温压传感器8，即本实施例中相邻两个温压传感器8之间的距离为100m。

所述温压传感器8嵌设在油管4的内壁上，同时温压传感器8通过第二电缆10与位于地面的温度压力指示仪表9连接，温压传感器8用于测量井筒内温度和压力，并将测量到的温度和压力信号通过第二电缆10传输至温度压力指示仪表9进行显示，其中温压传感器8包括温度传感器、压力传感器及用于容置温度传感器和压力传感器的保护壳，温度压力指示仪表9采用目前常用的显示控制仪，如：1100系列显示控制仪，温度压力指示仪表9用以指示、记录来自温压传感器8的温度和压力测量结果。

所述隔水管3套设在油管4外部，在所述隔水管3的内侧壁上沿隔水管3轴向对称开设有两道滑槽5，滑槽5呈轴向贯通，滑槽5作为电极2的移动通道，在滑槽5上对应电阻丝11连接导电金属片7的位置处设有卡槽6，卡槽6的作用是将电极2精确定位到对应导电金属片7所在位置，实现电极2与导电金属片7接触连接。

所述第一电缆1采用预分支电缆，预分支电缆包括主电缆、分支接头和分支电缆，主电缆的输入端与电机12连接，主电缆的输出端通过分支接头与分支电缆的输入端相连，分支电缆的数量为两个，两个分支电缆的输出端分别连接两个电极2，第一电缆1带动电极2沿着滑槽5投放到井下。

所述电机12分别与第一电缆1和温度压力指示仪表9连接，电机12作为温度压力指示仪表9和第一电缆1的供电电源，电机12通过第一电缆1向电极2供电；在通常情况下两电极2无法闭合形成回路，电路断开，在电极2连通导电金属片7情况下电极2与电阻丝11形成闭合回路，起到电加热的作用。

结合图3示出的天然气水合物相平衡曲线，所述自动预警加热抑制井筒水合物生成的装置在井筒局部温度和压力条件可生成天然气水合物的情况下，启动该区域的发热装置进行加热，预防天然气水合物的二次生成，所述发热装置即电阻丝绕组。

一种自动预警加热抑制井筒水合物生成的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、温度压力指示仪表9不断接收位于井下的温压传感器8经第二电缆10传回的温度和压力信号，并显示温压传感器8测量到的井筒温度和压力实时值；

S2、当某相邻两处温压传感器8测量到的温度和压力表明此处可二次生成天然气水合物时，启动加热此两处温压传感8之间的电阻丝11，通过第一电缆1向井筒中投放电极2，电极2通过滑槽5经重力作用下放到井底对应导电金属片7处，电极2进入卡槽6后，电极2与导电金属片7配合连接，此时电阻丝绕组、导电金属片7、电极2、第一电缆1及电机12发电电路闭合，电阻丝11进行加热，温度升高对应井段二次天然气水合物分解；

S3、温压传感器8测量到井筒的温度和压力值返回正常值时，停止加热；

S4、回收电极2至地面。

更为具体的：

(a)当温压传感器8测量的温度和压力值符合天然气水合物二次形成的温压条件；

(b)两电极2通过自身重力带动第一电缆1分别进入井筒两侧；

(c)电极2定位连接到所需加热层电阻丝11两侧，通过卡槽6卡在对应位置；

(d)电极2与导电金属片7连接，电机12发电，对应段电阻丝11加热；

(e)由于温度上升，天然气水合物平衡条件被打破，再次分解；

(f)天然气水合物分解完成，将电极2脱离卡槽6，断电，回收电极2；

(g)由于生产完毕，该装置可取出并且应用于其他井的生产；

进一步地，为保证井筒温度始终大于天然气水合物的生成温度，且热量传递具有损失，可适当增加发热装置启动温度，建议温度30℃以上。