一种微波加热的集成控制系统及方法与流程

本发明涉及天然气水合物微波加热的，特别是涉及一种微波加热的集成控制系统及方法。

背景技术：

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2、可燃冰是由天然气和水在高压低温的条件下形成的类冰状的结晶化合物，预测资源量相当于已发现煤、石油、天然气等化石能源的两倍以上，是世界公认的一种清洁高效的未来替代能源。可燃冰绝大部分埋藏于海底，所以开采难度十分巨大。目前，日本、加拿大等国都在加紧对这种未来能源进行试开采尝试，但都因种种原因未能实现或未达到连续产气的预定目标。

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4、目前，世界各国对天然气水合物开采还没有形成一套完整的理论和技术体系，距商业实用价值还有很大一段距离。传统的天然气水合物开采方法主要有降压法、热激法和化学抑制剂注入法。随着对天然气水合物研究的不断深入，传统方法得到改善的同时，新型的开采方法如co2置换法和固体开采法也引起了国内外学者的广泛关注。

5、热激法是保持天然气水合物稳定带的压力不变，通过提高水合物地层的温度，破坏其氢键，使天然气水合物分解成水和天然气，最后利用集气井收集被分解的天然气。目前，提出的加热方式主要有：利用采气管道注入温度较高的热水或盐水，利用海底地热、电磁加热技术、微波加热、太阳能供热等。2002年，加拿大、日本、美国等多国联合在加拿大西北部麦肯齐地区5l-38井进行了小范围的水合物注热开采试验，在钻井907～920m区间内注入80℃的热流体，持续5d，共产生468m3天然气。同时对注热时的压力、温度、气体流量等参数进行测量，证实了该方法的可行性。

6、目前，热开采技术作为一种强化措施可以弥补自然开采效率低的缺点，其中微波加热开采水合物是其中的一种重要方法。该方法对水合物储层进行微波加热进一步促进水合物分解，充分发挥微波加热效率高、速度快、清洁无污染等的独特优势，达到增产和补充地层能量的目的。

7、综上所述，现有技术存在的问题是：目前的天然气水合物开采过程中单井产量过低，产量呈现周期性波动。

8、解决上述技术问题的难度和意义：通过对天然气水合物的成功开采实现了我国天然气水合物勘查试采技术、工程的历史性跨越，对保障我国能源安全、优化能源结构具有重要意义。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种有效提高了天然气水合物开采过程中的单井产量，提高了产量的平稳性的微波加热的集成控制系统及方法。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微波加热的集成控制系统，包括集成控制系统，所述集成控制系统包括微波工具控制模块、监测模块、无线传输模块、智能调整模块以及安全模块，所述微波工具控制模块负责直接控制微波发生器的工作状态，启动、停止、调节微波输出功率，通过接收所述智能调整模块的指令以及监测模块反馈的微波参数，精确控制微波能量的产生与传输，所述监测模块用于实时监测微波加热过程中的关键参数，所述无线传输模块将监测模块采集的数据以及微波工具的运行状态信息传输至地面控制中心，所述智能调整模块基于所述监测模块获取的数据，利用预设的控制算法、模型或专家系统，对微波加热过程进行实时分析与优化，所述智能调整模块根据当前工作状态、目标加热要求、环境变化因素，自动调整所述微波工具控制模块的设置，所述安全模块当监测到潜在危险状况时，所述安全模块迅速响应，采取必要措施，防止事故的发生。

5、进一步的，本发明改进有，所述安全模块包括过温保护模块、过压保护模块、短路保护模块以及接地保护模块。

6、进一步的，本发明改进有，所述集成控制系统还包括信息对接模块。

7、进一步的，本发明改进有，所述信息对接模块包括监测数据对接模块以及云平台传输模块。

8、进一步的，本发明改进有，所述智能调整模块基于人工神经网络运行。

9、本发明还提供了一种微波加热的集成控制方法，包括以下步骤：

10、步骤1：将微波工具安放于井底；

11、步骤2：确定水合物中可传输微波的最优频段；

12、步骤3：对微波发生器的微波管和微波管电源进行优选，对封装技术进行优化，减小装置的空间体积，并完成对微波加热仪器本体形状、表面处理工艺，以及材料组成的改进；

13、步骤4：通过集成控制系统的监测模块实时监测微波功率、温度、压力关键参数的传感器，无线传输模块与地面控制中心通信，实现远程监控，通过智能调整模块智能化调整加热策略；

14、步骤5：集成控制系统通过安全模块的安全措施以及故障自诊断功能，确保作业安全并及时发现并处理潜在问题；

15、步骤6：微波加热装置在地面回收后被快速拆解、组装。

16、进一步的，本发明改进有，步骤2中确定微波最优频段时，还确定微波的穿透深度，介质微波穿透深度计算公式为：

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18、进一步的，本发明改进有，上述步骤6中微波加热装置采用模块化设计。

19、(三)有益效果

20、与现有技术相比，本发明提供了一种微波加热的集成控制系统及方法，具备以下有益效果：

21、该微波加热的集成控制系统及方法，本发明提供的微波加热系统集成控制方法不仅可有效提高井筒内、近井筒温度，降低近井带水合物二次生成堵塞生产通道的几率，还可持续补给地层能量，减少水合物持续分解吸收地层热量导致地层能量降低情况，从而提高天然气水合物开采过程中的单井产量，提高产量的平稳性和持续性。

技术特征：

1.一种微波加热的集成控制系统，其特征在于，包括集成控制系统，所述集成控制系统包括微波工具控制模块、监测模块、无线传输模块、智能调整模块以及安全模块，所述微波工具控制模块负责直接控制微波发生器的工作状态，启动、停止、调节微波输出功率，通过接收所述智能调整模块的指令以及监测模块反馈的微波参数，精确控制微波能量的产生与传输，所述监测模块用于实时监测微波加热过程中的关键参数，所述无线传输模块将监测模块采集的数据以及微波工具的运行状态信息传输至地面控制中心，所述智能调整模块基于所述监测模块获取的数据，利用预设的控制算法、模型或专家系统，对微波加热过程进行实时分析与优化，所述智能调整模块根据当前工作状态、目标加热要求、环境变化因素，自动调整所述微波工具控制模块的设置，所述安全模块当监测到潜在危险状况时，所述安全模块迅速响应，采取必要措施，防止事故的发生。

2.根据权利要求1所述的一种微波加热的集成控制系统，其特征在于，所述安全模块包括过温保护模块、过压保护模块、短路保护模块以及接地保护模块。

3.根据权利要求1所述的一种微波加热的集成控制系统，其特征在于，所述集成控制系统还包括信息对接模块。

4.根据权利要求3所述的一种微波加热的集成控制系统，其特征在于，所述信息对接模块包括监测数据对接模块以及云平台传输模块。

5.根据权利要求1所述的一种微波加热的集成控制系统，其特征在于，所述智能调整模块基于人工神经网络运行。

6.一种微波加热的集成控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种微波加热的集成控制方法，其特征在于，步骤2中确定微波最优频段时，还确定微波的穿透深度，介质微波穿透深度计算公式为：

8.根据权利要求6所述的一种微波加热的集成控制方法，其特征在于，上述步骤6中微波加热装置采用模块化设计。

技术总结本发明涉及天然气水合物微波加热的技术领域，特别是涉及一种微波加热的集成控制系统及方法，包括集成控制系统，所述集成控制系统包括微波工具控制模块、监测模块、无线传输模块、智能调整模块以及安全模块，所述微波工具控制模块负责直接控制微波发生器的工作状态，启动、停止、调节微波输出功率，通过接收所述智能调整模块的指令以及监测模块反馈的微波参数，精确控制微波能量的产生与传输，所述监测模块用于实时监测微波加热过程中的关键参数，所述无线传输模块将监测模块采集的数据以及微波工具的运行状态信息传输至地面控制中心，其有效提高了天然气水合物开采过程中的单井产量，提高了产量的平稳性。技术研发人员：寇贝贝,李博,陈靓,李彬,李晶,卢秋平受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局技术研发日：技术公布日：2024/7/18