CN102308059B - 用于将埋藏于水底中的水合物转化成能销售的烃组分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于将埋藏于水底中的水合物转化成能销售的烃组分的方法，该方法包括：通过水下挖掘机(1)从水底(14)挖掘出含有水合物的浆料；引入浆料提升组件，以将浆料通过立管管道(3)提升至在漂浮的水上船(7)，该浆料提升组件包括由尾浆流(8)驱动的浆料泵(2)；在水上船(7)处或附近的浆料分离组件(4)中将浆料分离成尾浆流和能输送的含有甲烷(CH4)的中间产品；以及将能输送的含有甲烷的中间产品输送到一设备中，中间产品在该设备中被转化成能销售的烃组分。由尾浆流(8)驱动的浆料泵(2)的使用容许以经济可靠的方式将浆料提升至水上船(7)，这是因为将水合物浆料提升至水面(13)所需要的能量和压力中的至少部分被再循环回到返回水底(14)的尾浆流(8)中。

Description

用于将埋藏于水底中的水合物转化成能销售的烃组分的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将埋藏于水底中的水合物转化成能销售的烃组分的方法。
背景技术
从美国专利申请US2008/0088171得知了这样一种方法。在该已知的方法中，甲烷水合物与泥浆的混合物通过水下采矿组件来制备，然后通过附连至一对旋转链条上的一系列桶传送到水面附近的甲烷罩中。甲烷水合物在甲烷罩中被收集并且被允许分解成甲烷和水，从甲烷罩处，甲烷被移出以生产出液化天然气或者合成液态燃料。
该已知方法的缺点在于：甲烷水合物通常存在于大于1千米的水深处，从而需要很长的链条和大量的桶来将甲烷水合物与泥浆的混合物提升至水面，使得该已知方法需要昂贵且重型的设备，这使得已知的桶挖掘方法对于深水深的应用来说不合适而且不经济。
其它的水下水合物挖掘方法从美国专利6,209,965、美国专利申请US2003/0136585、国际专利申请WO98/44078以及中国专利申请CN101182771中得知。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于从埋藏于水底中的水合物沉积物生产出能销售的烃组分的改进方法，该方法对于在深水深的应用来说是经济的且合适的。
根据本发明提供了一种用于将埋藏于水底中的水合物转化成能销售的烃组分的方法，该方法包括：
-引入水下挖掘机以便从水合物沉积物挖掘出水合物碎屑，并且将挖掘出的水合物碎屑与水和/或水底颗粒混合以形成能由管线输送的含有水合物浆料；
-引入与挖掘机连接的浆料提升组件，以将浆料通过立管管道提升至漂浮在水面处的水上船；
-在水上船处或附近的浆料分离组件中将浆料分离成尾浆流和能输送的含有甲烷的中间产品；
-将能输送的含有甲烷的中间产品传送到一设备中，中间产品在该设备中被转化成能销售的烃组分；以及
-其中，浆料提升组件包括浆料泵，该浆料泵由尾浆流驱动。
通过尾浆流驱动浆料泵的优点在于：较大密度的尾浆流用来驱动浆料泵，这减少了将浆料提升到水上船和/或将尾浆流从浆料分离组件泵送回到浆料提升组件所需要的动力量，尤其是如果浆料提升组件位于水面下数百米或数千米的水深处时，减小了上述动力量。
优选的是：
-由位于水上设备处的尾浆注入泵将尾浆流向下泵送通过尾浆返回管道至浆料提升组件；
-浆料泵由液压马达驱动，该液压马达由尾浆流驱动；以及
-尾浆流经由连接到液压马达的出口端口的柔性的尾浆处理管排放到水底处的尾浆处理站中。
液压马达可以是正排量马达，浆料泵可以是正排量泵，该浆料泵将浆料在充分湍流的状态下泵送通过立管管道。
正排量泵和马达可包括隔膜泵和马达组件，该隔膜泵和马达组件包括柔性隔膜，该柔性隔膜在壳体中布置成大致竖直方向，以使得该柔性隔膜将壳体分成水合物浆料容纳腔和尾浆流容纳腔。
优选的是，水合物浆料容纳腔和/或尾浆流容纳腔包括设置在腔下端部附近的至少一个流体流入和/或流出端口，以便防止水合物浆料和/或尾浆流中的固体颗粒堵塞腔。
附图说明
在所附的权利要求、摘要以及对附图中所示的非限制性实施例的下述详细说明中来说明根据本发明的方法的这些和其它特征、实施方式和优点，说明书中使用的附图标记涉及附图中所示的相应附图标记。
图1是应用了根据本发明的方法的水合物浆料提升和处理组件的第一优选实施例的示意性竖直剖视图；
图2是应用了根据本发明的方法的水合物碎屑提升和处理组件的第二优选实施例的示意性竖直剖视图；
图3是应用了根据本发明的方法的水合物浆料提升和处理组件的另一个优选实施例的示意性三维图；
图4是根据本发明的浆料挖掘、提升和分离方案的流程图；以及
图5是根据本发明的浆料挖掘、提升和分离方案的示意图，其中液压泵和马达组件包括隔膜泵和马达。
具体实施方式
在图1-5中所示的组件能够提升埋藏在离岸深水区域中的浅层沉淀物中的水合物沉积物并且将该水合物沉积物转化成能输送的中间产品，该能输送的中间产品然后通过穿梭油轮或者管线输送到用于将中间产品转化成能销售的燃料和/或其它烃组分的岸上设备或者离岸设备。
根据本发明水合物是使用研制用于其它产品的深海开采的一种海底挖掘机从海底中的水下水合物沉积物开采出来的。这将生产出由水合物、水和沉淀物组成的浆料，如下所述，该浆料进入中间生产设备中，中间产品在该中间生产设备中被分离并且输送到水面。
在图1所示的实施例中，海底挖掘机1从水合物沉积物10中挖掘出水合物并且通过柔性软管11将由甲烷水合物、颗粒沉淀物和海水组成的浆料17传送到浆料立管管道3中。在某一深度处，浆料通过泵送站2，该泵送站升高立管内浆料17的压力并且使它以一速度在大致湍流的状态下通过浆料立管管道3向上运动，以使得固体的沉降最小。在海面处、在浆料立管管道3的顶部处，浆料以由泵送站2提供的高压力进入浆料分离组件4中。温暖的表面海水通过海水入口5也被引入到位于连续基台上的分离装置4内的热交换管，以使得甲烷水合物被加热，从而在高压力下导致分裂成水和甲烷气体(CH4)。在准备从Spar型中间生产船12输出之前，甲烷气体(CH4)被从分离组件4的顶部6抽出并且经过干燥阶段和进一步增压阶段，该Spar型中间生产船12漂浮在水面13上并且通过系泊缆15系泊到海底14，该系泊缆连接至穿入水底14的吸力锚16。包含残余的水和沉积物的尾浆流从浆料分离组件4的底部7被抽出，并且进入尾浆返回管道8中，以将它向下输送回到适于尾浆处理9的水底14区域。
图2示出了应用了根据本发明的方法的水合物碎屑提升和处理组件的一个可替代实施例。
在这个实施方式中，甲烷水合物在油基浆料内的低温度下、在水上以其固态生产出。这种中间产品的主要优点在于：处于低温度下的水合物表现出自保存效应因而保持亚稳态以便作为方便海运阶段的固体物质，而浆料可直接泵送到船上而不需要复杂的固体处理设备。
在这个方案中，海底挖掘机21从海底31中的水合物沉积物30中挖掘出水合物并且经由柔性软管32将由甲烷水合物、颗粒沉淀物和海水组成的浆料传送到水合物浆料分离组件22中。在分离组件22内，沉淀物浮游地下沉并且从分离组件22的底部23抽出，作为尾浆33被排放在合适的地点。
在分离组件22内，水合物碎片向上漂浮并且从分离组件22的顶部抽出而作为水/水合物浆料进入立管24中，该水/水合物浆料然后进入水-油浆料单元25，该水-油浆料单元包括传送带35和冷却油注入管道36，并且被定位成在海面34以下足够深处，以便位于气态水合物稳定区(GSHZ)内-可能在与分离组件22附接的水底31上。水合物利用载体(是合适的烃(例如汽油))被运动成冷却至接近-20℃的浆料，该浆料然后沿着立管26向上传送至漂浮的水上设备27。在水上设备27处，浆料可通过软管28被泵送到穿梭油轮29，在该穿梭油轮处，油从浆料中分离出来以用于再利用。然后，穿梭油轮29将冷却的固态水合物输送到岸，以用于销售。
图3示出了根据本发明的方法的另一个实施例，其中挖掘机40从埋藏在水底42中的水合物沉积物41挖掘出水合物浆料，并且通过柔性立管44将含有挖掘出的水合物、泥土和水的浆料43注入到海底浆料泵45中。海底浆料泵45经由浆料立管管道56将浆料泵送到漂浮在水面47上的水面生产平台46。安装在平台46上的甲烷和尾浆分离组件48将浆料分离成尾浆流49和含有甲烷的可泵送产品(诸如天然气组分或液化天然气(LNG))。尾浆流通过高压泵50被泵送到与液压马达52连接的尾浆返回管道51。液压马达52驱动海底泵45，例如通过将泵45和马达52安装在公共轴53上来驱动海底泵。泵45和马达52可包括诸如涡轮或者离心装置的转子动力组件，或者可以是正排量装置，诸如活塞泵和马达、双螺杆泵和马达、单螺杆泵(moineaupump)和马达。
由液压马达52排出的尾浆流49流经柔性的尾浆处理管54而流到水底42处的尾浆处理站55中。
图4是图3所示组件的流程图，其中，相似的部件由与图3相似的参考标记来标记。如箭头57所示的，图4还示出了来自水面57的较温暖的海水可用来在甲烷-尾浆分离组件48中加热的挖掘出的水合物浆料43。
图5示出了用于根据本发明的方法中的海底泵站60的另一个优选实施例，其中泵站包括3个隔膜泵和马达组件61A-61C。
每个组件61A-61C包括球形壳体，大致竖直的柔性隔膜62A-62C设置在该球形壳体中，该柔性隔膜将壳体的内部分成水合物浆料容纳腔63A-63C和尾浆流容纳腔64A-64C。
每个水合物浆料容纳腔63A-63C经由第一阀65A-65C可连接到与安装在挖掘机68上的泵67连接的柔性立管66，以及经由第二阀68A-68C连接到浆料立管管道69。
浆料立管管道69从生产船70悬垂下来，该生产船漂浮在水面71上，并且承载浆料分离组件72，浆料立管管道69将水合物浆料73排放到浆料分离组件中，在该浆料分离组件中，浆料73被分离成甲烷(CH4)流74和尾浆流75。
尾浆流75通过高压多相泵76泵送到尾浆返回管道77中，尾浆返回管道经由第三阀78A-78C可连接到每个尾浆流容纳腔64A-64C。
每个尾浆流容纳腔64A-64C还经由第四阀80A-80C可连接至柔性的尾浆处理管79。
第一阀至第四阀连接到流体流入端口81A-81C和流出端口82A-82C，这些流体入口端和出口端口布置在隔膜泵和马达组件61A-61C的球形壳体的下端部附近，以抑制固体碎片在壳体中的积聚。
如所示出的，只有最上面的隔膜泵和马达组件61A的第二阀68A和第三阀78A是打开的，这允许由高压泵76泵送的尾浆流如箭头85所示地将隔膜62A挤压到右边，从而将水合物浆料从水合物浆料容纳腔63A泵送到浆料立管管道69中。
在两个最下面的隔膜泵和马达组件61B-61C中，只有第一阀65B-65C和第四阀80B-80C是打开的，这允许由挖掘机上的泵67泵送的水合物浆料75如箭头87B-87C所示地将隔膜63B-63C挤压到左边，从而将尾浆流75从尾浆流容纳腔64B-64C经由尾浆处理管79泵送到位于水底89处的尾浆处理站88。
尤其是如果海底泵送站60位于从数百米到数千米的深水深处时，则使用尾浆流向隔膜泵和马达组件61A-61C提供动力是有益的，这是因为尾浆流具有比周围海水高的密度，以使得较低功率的高压泵76可用来将尾浆流泵送到尾浆返回管道77中，其随后由于尾浆返回管道77中的尾浆流的静水压头而在隔膜泵和马达组件61A-61C中产生高得多的压力。
隔膜泵和马达组件61A-61C紧凑坚固并且能够显著地将水合物浆料75的压力提高至如此高的压力，以使得浆料75被以湍流状态提升通过浆料立管管道69到达位于水面71处的生产船70，从而抑制水合物和/或泥土沉积物对立管管道69的堵塞。隔膜泵和马达组件61A-61C应用于采矿工业，并且能够在长时间周期泵送具有高固体含量的泥土浆料。
由返回到水底89的尾浆流75驱动的隔膜泵和马达组件61A-61C和/或其它浆料泵的使用允许以经济可靠的方式将水合物浆料73提升至水面船70，这是因为提升水合物浆料所需要的能量和压力中的至少部分被再循环到返回的尾浆流75中，由此，在尾浆返回管道77中的尾浆流75的液压压头显著地减少了要由位于浮式船70处的高压泵76产生的动力和静水压头，尤其是如果泵和马达组件61A-61C布置在可能在水面71以下数百米至数千米的深水深范围内时，显著减小了上述动力和液压压头。

Claims (17)

1.一种用于将埋藏于水底中的水合物转化成能销售的烃组分的方法，该方法包括：
-引入水下挖掘机以便从水底挖掘出水合物碎屑，并且将挖掘出的水合物碎屑与水和/或水底颗粒混合以形成能由管线输送的含有水合物的浆料；
-引入与所述挖掘机连接的浆料提升组件，以将浆料通过立管管道提升至漂浮在水面处的水上船；
-在所述水上船处或附近的浆料分离组件中将浆料分离成尾浆流和能输送的含有甲烷的中间产品；
-将所述能输送的含有甲烷的中间产品输送到一设备中，所述中间产品在所述设备中被转化成能销售的烃组分；以及
-其中，所述浆料提升组件包括浆料泵，所述浆料泵由尾浆流驱动；
其中，所述浆料提升组件包括水下混合腔，在所述水下混合腔中，冷却的烃载液被添加到浆料中，以便将含有水合物的浆料转化成具有0摄氏度以下的温度的冷却的能输送的含有甲烷的中间产品；
其中：
-所述立管管道包括下部部段、中部部段和上部部段；
-在所述立管管道的下部部段与中部部段之间布置有分离腔；
-所述水下混合腔连接在所述立管管道的中部部段与上部部段之间；
-所述立管管道的上部部段设置有隔热层；以及
-冷却的能输送的含有甲烷的中间产品通过所述立管管道的隔热的上部部段输送到水上船，由此，冷却的中间产品的温度保持在环绕水上船的表面水的环境温度以下。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
-由位于水上设备处的尾浆注入泵将尾浆流向下泵送通过尾浆返回管道至浆料提升组件；
-所述浆料泵由液压马达驱动，所述液压马达由所述尾浆流驱动；以及
-所述尾浆流经由连接到液压马达的出口端口的柔性的尾浆处理管排放到水底处的尾浆处理站中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述液压马达是正排量马达，所述浆料泵是正排量泵，所述浆料泵将浆料在充分湍流的状态下泵送通过立管管道。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述正排量泵和正排量马达包括隔膜泵和马达组件。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述隔膜泵和马达组件包括柔性隔膜，所述柔性隔膜在壳体中布置成大致竖直方向，以使得所述柔性隔膜将壳体分成水合物浆料容纳腔和尾浆流容纳腔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述水合物浆料容纳腔和/或所述尾浆流容纳腔包括设置在腔下端部附近的至少一个流体流入和/或流出端口。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述尾浆返回管道和所述立管管道：
-相对于彼此共轴地布置；
-从漂浮在水面处的水上船悬垂下来；以及
-支承所述浆料提升组件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料分离组件配备有加热器，所述加热器加热水合物碎屑并且将水合物碎屑转化成富含有甲烷和尾浆的流体部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述加热器包括热交换器，表面水被泵送通过所述热交换器，与混合有在水底附近的水下挖掘机中的挖掘出的水合物碎屑的水相比，所述表面水具有更高的温度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述浆料分离组件中的压力保持在大气压以上，腔配置有水分离装置而且连接到输出管道，以便将富含有甲烷的流体部分作为能输送的含有甲烷的中间产品输送到用于将能输送的含有甲烷的中间产品转化成含有甲烷的燃料和/或其它能销售的烃组分的岸上设备。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述浆料分离组件中的压力保持在大气压以上，腔配置有水分离装置而且连接到输出管道，以便将富含有甲烷的流体部分作为能输送的含有甲烷的中间产品输送到用于将能输送的含有甲烷的中间产品转化成含有甲烷的燃料和/或其它能销售的烃组分的岸上设备。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述输出管道被构造成连接到液化天然气油轮，所述液化天然气油轮用于将能输送的含有甲烷的中间产品输送到用于将能输送的含有甲烷的中间产品转化成含有甲烷的燃料和/或其它能销售的烃组分的岸上设备。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述输出管道被构造成连接到液化天然气油轮，所述液化天然气油轮用于将能输送的含有甲烷的中间产品输送到用于将能输送的含有甲烷的中间产品转化成含有甲烷的燃料和/或其它能销售的烃组分的岸上设备。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冷却的烃载液为汽油或柴油。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水上船设置有：
-隔热的储存罐，所述储存罐用于储存冷却的中间产品；以及
-隔热的浆料输出管道，所述浆料输出管道用于将冷却的中间产品传送到穿梭油轮的隔热罐中，所述穿梭油轮被构造成将冷却的中间产品海运到用于将中间产品转化成含有甲烷的燃料和/或其它能销售的烃组分的岸上设备。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，
-所述挖掘机是设置有履带的远程控制履带式车；和/或
-用于将能输送的含有甲烷的中间产品转化成含有甲烷的燃料和/或其它能销售的烃组分的岸上设备是一种用于生产净化天然气和/或用于生产液化天然气和/或用于生产天然气制成的组分的离岸设备或者岸上设备，所述净化天然气适于用作家庭燃料、运输燃料和/或工业燃料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述天然气制成的组分是合成润滑油、天然气制合成油燃料和/或天然气制石蜡。
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