CN102392646A - 海底天然气水合物电喷泵组合开采方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海底天然气水合物电喷泵组合开采方法及装置，多相分离与储存系统通过采气管道连接海底天然气水合物与泥沙混合层，采气管道上串有海面下的喷射泵；电动离心泵通过动力液管道连接喷射泵且动力液管道空套在采气管道中；由电动离心泵从动力液管道注入加压后的海水作为动力液，动力液从喷射泵的喷嘴入口进入，在喷嘴出口造成低压区；天然气水合物、海水及泥沙的混合物被吸入，经过采气管道到喷射泵被吸入喷嘴出口的低压区与动力液混合形成混合液体，混合液体经喷射泵的出液口进入采气管道并沿采气管道与动力液管之间的环形空腔向上流动直至多相分离与储存系统，能提高海底水合物分解的效率、节约分解天然气水合物所需的能量。

Description

海底天然气水合物电喷泵组合开采方法及装置

技术领域

本发明涉及海底天然气水合物的开采方法及装置，用于开采海底天然气水合物。

背景技术

海底天然气水合物的蕴藏量巨大，极有可能成为今后重要的化石能量来源。目前对海底散布的低丰度的天然气水合物的开采技术主要包括固体开采法、水力提升法、热激发开采法、微波开采法等。例如：中国专利号为200710168759.0、名称为“一种海底天然气水合物开采方法及装置”公开的固体开采法，用海底软管吸入固体形式的天然气水合物，并通过海底中转站将泥浆输送到海面，然后利用高温海水分解采集到的天然气水合物。水力提升法是开采海底浅层天然气水合物，使用海底中转泵提升多相混合流动的水合物，然后再用热水分解水合物，要将电流输入海底驱动中转泵，需要消耗大量能量，且对电缆连接头的绝缘性要求较高。海底设备结构复杂、运转部件多、产液不稳定、设备可靠性低。中国专利申请号为200910235236.2、名称为“一种海底天然气水合物开采方法” 公开一种热激发开采法，该方法主要的开采对象为海底岩层中的天然气水合物，需要钻两口井，成本高、工艺流程复杂、经济性差，热利用效率低、加热区域小。此外，中国专利申请号为200910194333.1、名称为“一种利用风能供电的天然气水合物微波原位开发系统”公开了利用风能供电的微波开采方法，利用风力发电机的电流，在井下采用微波进行加热。该方法加热区域小，微波穿透率低，设备寿命较短。   

综上所述，现有的天然气水合物的开采方法和设备均未考虑到天然气水合物储藏丰度低、分布面积广、分布厚度薄的特点，也未考虑如何充分利用自然的能量将海底表面的天然气水合物收集到海面，开采中需要建设海底中转站、下入微波发生器或钻分支井等，工艺流程复杂。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术不足，基于陆上石油开采中较为成熟的气举技术和天然气的相变理论而提出一种结构简单、流道内活动部件少、天然气水合物采出物相态可调、开采成本低廉、占地面积小、适用于深水的海底天然气水合物电喷泵组合开采方法，同时提出一种排量大、吸入能力强、适用于任意角度和深海、占地面积小、海下活动部件少的海底天然气水合物电喷泵组合开采装置。

本发明海底天然气水合物电喷泵组合开采方法采用的技术方案是：先是海面采气平台或船舶上的电动离心泵从动力液管道注入加压后的海水作为动力液，动力液从喷射泵的喷嘴入口进入，在喷嘴出口造成低压区；接着，海底天然气水合物与泥沙混合层中的天然气水合物、海水及泥沙的混合物被吸入采气管道入口，经过采气管道到喷射泵被吸入喷嘴出口的低压区与所述动力液混合形成混合液体，最后，混合液体经过喷射泵的出液口进入采气管道，沿采气管道与动力液管之间的环形空腔向上流动，直至海面采气平台或船舶上的多相分离与储存系统，完成多相分离及储存。

本发明海底天然气水合物电喷泵组合开采装置采用的技术方案是：海面采气平台或船舶上设有电动离心泵和天然气的多相分离与储存系统，其特征是：多相分离与储存系统通过采气管道连接海底天然气水合物与泥沙混合层，采气管道串接海面下的喷射泵；电动离心泵通过动力液管道连接喷射泵且动力液管道空套在采气管道中；采气管道的下端连接采气管道入口；所述喷射泵具有喷嘴和出液口。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用海面船舶上安装的大排量电动离心泵将海水注入采气管道中的动力液管道出口安装的喷射泵的喷嘴，利用喷射泵在采气管道入口处形成吸入水流，将海床上的天然气水合物颗粒和沙粒等一起携带到海面，天然气外输，泥沙返排海底。能提高海底水合物分解的效率、节约分解天然气水合物所需的能量。

2、开采装置排量大，喷射泵不受海床深度和管道倾斜角度的影响，吸入能力强，尤其适合开采散布于海床上的低丰度天然气水合物；能连续生产，不易发生沙埋和水合物堵塞；无需增加井下加热装置或向海床注入热介质，节约能量；海面下井筒内没有活动部件和电热部件，地面流程和全部生产结构简单、工作状态稳定；开采位置的海床深度不受限制，尤其适用于深海开采天然气水合物。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明；

图1是本发明装置的组成示意图；

图2是图1中采气管道入口7的结构放大示意图；

图3是图1中喷射泵6的结构放大剖视图及工作原理示意图；

图中：1.海面采气平台或船舶；2.电动离心泵；3.动力液管道；4.多相分离与储存系统；5.采气管道；6.喷射泵；7.采气管道入口；8.海水；9.海底天然气水合物与泥沙混合层；10.喇叭口，11.筛管；12.喷嘴；13.喷射泵内壁，14.增压腔到外腔体出口；15.阀球；17.阀座；18.泵腔；19.增压腔；20.上连接螺纹；21.下连接螺纹；22.出液口。

具体实施方式

参见图1，海面采气平台或船舶1在海水8的海面上，在海面采气平台或船舶1上安装有电动离心泵2和天然气的多相分离与储存系统4。多相分离与储存系统4通过采气管道5连接海水8下的海底天然气水合物与泥沙混合层9，在采气管道5上串接喷射泵6，喷射泵6位于海面下，喷射泵6成为采气管道5的一部分，将采气管道5分为上下两段。电动离心泵2通过动力液管道3连接喷射泵6，动力液管道3空套在采气管道5中。将电动离心泵2连接动力液管道3的上端，动力液管道3向下伸进采气管道5中，下端连接喷射泵6。采气管道5的下端连接采气管道入口7，采气管道入口7伸入海底天然气水合物与泥沙混合层9中。采气管道5由若干根金属或非金属或复合管道通过接箍连接而成，也可使用连续油管，根据工程需要可在采气管道5上安装若干阀门。

参见图2，采气管道入口7可以根据需要采用喇叭口10与筛管11 连接组成的结构，采气管道入口7的前端是喇叭口10，可增加过流断面的面积，采气管道入口7的后端是筛管11，筛管11与喇叭口10可通过螺纹形式连接。在筛管11边壁上开有若干孔眼，目的是过滤掉水草和各种尺寸较大的海底杂物。筛管11的外径与采气管道5的接箍内径相匹配。

参见图3的喷射泵6结构及工作原理图，喷射泵6包括内腔体和外腔体，外腔体的上、下端各有上连接螺纹20和下连接螺纹21，通过上连接螺纹20和下连接螺纹21将喷射泵6与采气管道5固定连接并密封。内腔体具有喷嘴12、增压腔19、泵腔18、阀座17和阀球15从上到下布置，喷嘴12的入口以螺纹连接动力液管道12，喷嘴12的出口连通增压腔19，增压腔19通过增压腔到外腔体出口14连通外腔体。喷嘴12与喷射泵内壁13之间的空腔连通泵腔18，泵腔18底部安装阀座17和阀球15。外腔体和内腔体之间有排液通道，排液通道的上端是出液口22，喷射泵6的出液口22连通增压腔到外腔体出口14和采气管道5。

开采海底天然气水合物时，海面采气平台或船舶1上安装的电动离心泵从２动力液管道3注入加压后的海水作为动力液，加压后的海水从喷射泵6的喷嘴12进入喷射泵6，在喷嘴12的出口造成低压区。此时，海底天然气水合物与泥沙混合层9中的天然气水合物、海水及泥沙的混合物在喷嘴12的出口低压与动力液管道3的管外海水压力的压差作用下被吸入采气管道入口7，经过采气管道5中的流动，通过喷射泵6的阀球15和阀座17进入泵腔18中，并被吸入喷嘴12的出口的低压区与动力液混合，形成混合液体。混合液体经过增压腔19后，通过增压腔到外腔体出口14进入喷射泵6的排液通道，并由喷射泵6的出液口22进入采气管道5。进入采气管道5的混合液体继续沿采气管道5与动力液管3之间的环形空腔向上流动，直至海面采气平台或船舶1上安装的天然气的多相分离与储存系统4，完成多相分离及储存，分离出的泥沙重新排放回海底，天然气水合物、天然气和水分离后的天然气可外输。根据开采目的和后续工艺的要求，可通过调节电动离心泵2的排量及喷射泵6的型号来调整天然气水合物产量。

本发明采气管道5和动力液管道3分别是海底天然气水合物、水等多相混合物流动到海面的和加压后的海水从海面流动到喷射泵6的通道，喷射泵6可根据天然气水合物矿藏在海下的深度和开采工艺要求而连接在动力液管道3末端下并进入采气管道5的任意位置，其两端有螺纹，可与动力液管道3的接箍相连。采气管道5可从海面的船舶或海洋平台上按任意指定方位、向海床下进入一定长度，根据平台或船舶对海底天然气水合物开采的范围要求，在强度允许的条件下，采气管道5可以任意长，并可以有一部分平躺于海底。

Claims (3)

1.一种海底天然气水合物电喷泵组合开采方法，其特征是：先由海面采气平台或船舶（1）上的电动离心泵（２）从动力液管道（3）注入加压后的海水作为动力液，动力液从喷射泵（6）的喷嘴（12）入口进入，在喷嘴（12）出口造成低压区；接着，海底天然气水合物与泥沙混合层（9）中的天然气水合物、海水及泥沙的混合物被吸入采气管道入口（7），经过采气管道（5）到喷射泵（6）被吸入喷嘴（12）出口的低压区与所述动力液混合形成混合液体，最后，混合液体经过喷射泵（6）的出液口（22）进入采气管道（5），沿采气管道（5）与动力液管（3）之间的环形空腔向上流动，直至海面采气平台或船舶（1）上的多相分离与储存系统（4），完成多相分离及储存。

2.一种实现权利要求1所述方法的组合开采装置，海面采气平台或船舶（1）上设有电动离心泵（2）和天然气的多相分离与储存系统（4），其特征是：多相分离与储存系统（4）通过采气管道（5）连接海底天然气水合物与泥沙混合层（9），采气管道（5）上串接有位于海面下的喷射泵（6）；电动离心泵（2）通过动力液管道（3）连接喷射泵（6）且动力液管道（3）空套在采气管道（5）中；采气管道（5）的下端连接采气管道入口（7）；所述喷射泵（6）具有喷嘴（12）和出液口（22）。

3.根据权利要求2所述的组合开采装置，其特征是：采气管道入口（7）由喇叭口（10）与筛管（11）通过螺纹连接组成，采气管道入口（7）的前端是喇叭口（10），后端是筛管（11），筛管（11）边壁上开有若干个孔。

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