CN103823252B - 在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置 - Google Patents
在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置，涉及海洋清洁能源勘探技术领域。从工作母船上的升降缆绳绞机放下升降缆绳将海底轻型钻探机降到海底用钻探机支撑架撑稳，由钻探动力供电间通过供电线向海底轻型钻探机供电，驱动钻探杆钻入海底地壳，搅动海底生物浮动进入周围环境，海底电视摄像机和海底生物传感器搜集周围环境中的生物信息通过海底生物信息搜集中心将生物信息输入生物信息分析室进行分析，分析结果通过计算机信息传输线输入计算机进行计算和分析、计算机同时将分析结果通过计算机信息传输线输入无线发射台并由无线发射天线发送出去。根据冷泉区周围环境中的生物信息分析结果可以勘察出可燃冰矿的位置和规模。
Description
技术领域
本发明涉及在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置，涉及海洋清洁能源勘探技术领域。
背景技术
中国东部出现的雾霾天气与燃烧煤炭过多、机动车排放量大等能源结构不合理等原因有关，2014年2月20日至26日中国京津冀地区发生的大面积污染波及15个省，其中较重的面积达98万平方公里，持续时间长达7天，主要污染物是PM2.5，污染程度重，北京等城市的小时浓度值超过500微克，要解决如此面广量大的污染问题，必须勘探和开发大量的清洁能源，使中国的能源结构趋向合理。中国南海和东海的海底有大量的可燃冰矿，勘探、开发、使用可燃冰矿，从海洋向中国东部地区来个‘东气西输’，向工业生产和居民生活供应大量的海底天然气，是消除中国东部雾霾天气的极好办法。
本项专利的发明人缪同春在2013年9月3日至5日应邀到上海国际展览中心参加中国（上海）国际海洋技术与工程设备展览会，观看了多个国家海洋公司的海底录像和海洋能源勘探开发微缩模型，与多个国家的海洋专家进行了技术交流。在海洋的底部存在冷泉区，冷泉区的温度与海底周围环境的温度差不多，由于溢出的可燃冰流体富含甲烷等组分，可给一些化能自养的微生物（细菌和古菌）提供丰富的养分。冷泉区是深海海底生命活跃的地区，冷泉区的丰富生物群落以化能自养微生物作为初级生产者的食物链。海底冷泉区生物圈是海底可燃冰矿的窗口。无锡702研究所制造的‘蛟龙号’在南海北部冷泉区下潜时发现蜘蛛蟹、毛瓷蟹、贻贝和底栖有孔虫，这些海洋动物都是通过共生古菌从甲烷获得能量，但由于这类海洋动物和微生物聚集在海洋底部，全面观察和研究这些海洋生物，通过海洋生物的活动勘察可燃冰矿周围的环境为带缆水下钻探装置钻探可燃冰矿提供科学根据。
全世界海底区域的可燃冰分布面积达4000万平方公里，占地球海洋总面积的四分之一，世界上已发现可燃冰分布区多达116处，海底可燃冰的储量非常大，足够人类使用一千年。由于人类勘探可燃冰的工作刚才开始，有一部分可燃冰资源在海底蕴藏得并不深，曾有潜水员在海洋底部的地壳表面上发现可燃冰资源，有一部分可燃冰矿的蕴藏深度在海底地壳下只有数米深或数十米深，勘探这一部分可燃冰矿如果建造大型海洋钻井平台会消耗昂贵的勘探费用，不利于加快可燃冰矿的勘探速度和节省勘探费用。目前缺少在海洋冷泉区通过生物信息勘察可燃冰矿周围环境的带缆轻型水下钻探装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置。
在海洋冷泉区的海底存在的可燃冰在地质上称为天然气水合物，其分子结构式为CH4·8H2O，从海底到海底之下1000米的范围内均有分布可燃冰的可能，在1000米以下由于地温升高可燃冰难以固体状态存在。可燃冰的宝贵之处不仅因为在海底储藏量大，其燃烧产生的能量比煤、石油高数十倍，更是因为可燃冰燃烧后不产生任何残渣和废气，不会造成环境污染,所以说可燃冰是上等的清洁能源。中国能源结构中的百分之七十如果不使用煤炭而是使用由可燃冰制取的海底天然气，用上1—2年，就可以明显减少中国东部的雾霾天数，大量用上3—5年，就能明显消除中国东部的雾霾。
工作母船的甲板上方的前部设置有升降缆绳绞机，升降缆绳绞机将升降缆绳放入海水，在升降缆绳下端安装的海底轻型钻探机降落到海底地壳表层后，三只钻探机支撑架自动张开，将海底轻型钻探机支撑稳定在海底地壳的表面上，从工作母船上的钻探动力供电间输出的电流通过供电线输入海底轻型钻探机，驱动钻探杆旋转钻入海底地壳，搅动地壳表层上下的海洋生物浮动进入海水的底层，工作母船上的钻探调控指挥间通过钻探指令传输线传递指令指挥海底轻型钻探机的钻探，并将钻探信息通过钻探信息传输线输入计算机，进行计算和分析，从海底生物信息搜集中心放入海水中的信息传输电缆的下端连接有海底电视摄像机和海底生物传感器，能搜集钻探杆在钻探过程中搅动出来的生物活动图像信息和其他生物信息通过信息传输电缆上传到海底生物信息搜集中心进行储存和整理，接着通过生物信息传输线将经过整理的生物信息输入生物信息分析室，分析可燃冰矿周围环境中的生物信息与可燃冰矿的位置和规模之间的关系，分析结果通过计算机信息传输线输入计算机，在计算机内将生物信息和钻探信息进行综合处理，进一步确定可燃冰矿的位置和规模，计算机的综合处理结果通过计算机信息传输线输入无线发射台，并由无线发射天线发射信息到接受信息的单位。安装在工作母船上甲板后部的锂动力电池供电装置通过导电线向电动机供电，驱动电动机带动电动螺旋桨旋转，产生推动工作母船在海面上航行的动力。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
由在海水1的海面上的工作母船2、升降缆绳绞机3、升降缆绳4、海底轻型钻探机5、钻探机支撑架6、钻探杆7、钻探动力供电间8、钻探调控指挥间9、钻探信息传输线10、钻探指令传输线11、供电线12、海底生物信息搜集中心13、信息传输电缆14、海底电视摄像机15、海底生物传感器16、生物信息传输线17、生物信息分析室18、计算机19、第一和第二计算机信息传输线、无线发射台21、无线发射天线22、锂离子电池供电装置23、导电线24、电动机25、电动螺旋桨26共同组成在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置，用于钻探海底地壳下方的可燃冰矿27；
在工作母船2的甲板上方的前部安装升降缆绳绞机3，在升降缆绳绞机3后方的甲板上安装钻探动力供电间8和钻探调控指挥间9，在钻探动力供电间8和钻探调控指挥间9后方的甲板上安装海底生物信息搜集中心13，在工作母船2的甲板上方的中部安装生物信息分析室18，在生物信息分析室18的上面安装有内置计算机19的计算机室，在计算机室的上面安装无线发射台21，在无线发射台21的上面安装无线发射天线22，在工作母船2的甲板上方的后部安装锂离子电池供电装置23；在升降缆绳绞机3的下方安装升降缆绳4，在升降缆绳4的下方安装海底轻型钻探机5、钻探机支撑架6、钻探杆7，在钻探动力供电间8的下方安装供电线12，在钻探调控指挥间9的下方安装钻探指令传输线11；在海底生物信息搜集中心13的下方安装信息传输电缆14，在信息传输电缆14的下方安装海底生物传感器16和海底电视摄像机15；在锂离子电池供电装置23的下方安装导电线24、电动机25和电动螺旋桨26；
升降缆绳绞机3通过升降缆绳4与海底轻型钻探机5连接，钻探动力供电间8通过供电线12与海底轻型钻探机5连接，钻探调控指挥间9通过钻探指令传输线11与海底轻型钻探机5连接，钻探调控指挥间9通过钻探信息传输线10与计算机19连接，海底生物信息搜集中心13通过信息传输电缆14与海底电视摄像机15和海底生物传感器16连接，海底生物信息搜集中心13通过生物信息传输线17与生物信息分析室18连接，生物信息分析室18通过第一计算机信息传输线与计算机19连接，计算机19通过第二计算机信息传输线与无线发射台21连接，锂离子电池供电装置23通过导电线24与电动机25连接。
海底生物传感器16是海底热敏生物传感器或海底压电生物传感器或海底光学生物传感器或海底声波道生物传感器或海底介体生物传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：①勘探成本低，勘探效果好。搜集并运用可燃冰矿周围环境中的生物信息来寻找可燃冰矿是经济可行的技术方案，因为海底的生命活动与可燃冰矿的存在是紧密联系在一起的。②钻探成本低，钻探效果好。可燃冰矿在海底地层中的深度有限，使用海底轻型钻探机贴近海底地壳进行有限深度的钻探的钻探成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
从工作母船上的升降缆绳绞机放下升降缆绳将海底轻型钻探机降到海底用钻探机支撑架撑稳，由钻探动力供电间通过供电线向海底轻型钻探机供电，驱动钻探杆钻入海底地壳，搅动海底生物浮动进入周围环境，海底电视摄像机和海底生物传感器搜集周围环境中的生物信息通过海底生物信息搜集中心将生物信息输入生物信息分析室进行分析，分析结果通过计算机信息传输线输入计算机进行计算和分析、计算机同时将分析结果通过计算机信息传输线输入无线发射台并由无线发射天线发送出去。根据冷泉区周围环境中的生物信息分析结果可以勘察出可燃冰矿的位置和规模。
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
由在海水1的海面上的工作母船2、升降缆绳绞机3、升降缆绳4、海底轻型钻探机5、钻探机支撑架6、钻探杆7、钻探动力供电间8、钻探调控指挥间9、钻探信息传输线10、钻探指令传输线11、供电线12、海底生物信息搜集中心13、信息传输电缆14、海底电视摄像机15、海底生物传感器16、生物信息传输线17、生物信息分析室18、计算机19、第一和第二计算机信息传输线、无线发射台21、无线发射天线22、锂离子电池供电装置23、导电线24、电动机25、电动螺旋桨26共同组成在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置，用于钻探海底地壳下方的可燃冰矿27；
在工作母船2的甲板上方的前部安装升降缆绳绞机3，在升降缆绳绞机3后方的甲板上安装钻探动力供电间8和钻探调控指挥间9，在钻探动力供电间8和钻探调控指挥间9后方的甲板上安装海底生物信息搜集中心13，在工作母船2的甲板上方的中部安装生物信息分析室18，在生物信息分析室18的上面安装有内置计算机19的计算机室，在计算机室的上面安装无线发射台21，在无线发射台21的上面安装无线发射天线22，在工作母船2的甲板上方的后部安装锂离子电池供电装置23；在升降缆绳绞机3的下方安装升降缆绳4，在升降缆绳4的下方安装海底轻型钻探机5、钻探机支撑架6、钻探杆7，在钻探动力供电间8的下方安装供电线12，在钻探调控指挥间9的下方安装钻探指令传输线11；在海底生物信息搜集中心13的下方安装信息传输电缆14，在信息传输电缆14的下方安装海底生物传感器16和海底电视摄像机15；在锂离子电池供电装置23的下方安装导电线24、电动机25和电动螺旋桨26；
升降缆绳绞机3通过升降缆绳4与海底轻型钻探机5连接，钻探动力供电间8通过供电线12与海底轻型钻探机5连接，钻探调控指挥间9通过钻探指令传输线11与海底轻型钻探机5连接，钻探调控指挥间9通过钻探信息传输线10与计算机19连接，海底生物信息搜集中心13通过信息传输电缆14与海底电视摄像机15和海底生物传感器16连接，海底生物信息搜集中心13通过生物信息传输线17与生物信息分析室18连接，生物信息分析室18通过第一计算机信息传输线与计算机19连接，计算机19通过第二计算机信息传输线与无线发射台21连接，锂离子电池供电装置23通过导电线24与电动机25连接。
海底生物传感器16是海底热敏生物传感器或海底压电生物传感器或海底光学生物传感器或海底声波道生物传感器或海底介体生物传感器。
在海洋的底部存在生物活动十分活跃的冷泉区，海底冷泉区是海洋能源和生物资源同时富集的地区。生物资源的丰富完全依赖海洋能源的存在。海底甲烷冷泉区中存在冷泉化能自养生态系统，冷泉环境中有许多轻小型底栖动物和有孔虫，甲烷是含碳元素的最简单的有机物，可燃冰的存在使海底冷泉区化能自养微生物得以大量繁殖，为藻类、贝类、蟹类生物的食物链的构成奠定了基础。搜集并运用冷泉区周围环境中的生物信息，通过生物信息线索去发现可燃冰矿是经济可行的好办法。
从海面上的工作母船上的升降缆绳绞机放入海洋中的升降缆绳的下端吊装有海底轻型钻探机，工作母船上的钻探动力供电间通过供电线向海底轻型钻探机供电，驱动钻探杆旋转，钻进冷泉区海底地壳，如果钻进深度达到数米、数十米、一百多米就发现可燃冰矿是十分可喜的，如果钻探杆钻进海底地壳一定深度后没有直接发现可燃冰，而是将聚集在冷泉区海底地壳上下的海洋生物搅动浮起到海水底层，被工作母船上的海底生物信息搜集中心放入海水中的信息传输电缆下端吊装的海底电视摄像机拍摄到电视录像实物图景或是海底生物传感器感知到多种生物信息，全部生物信息通过信息传输电缆输入海底生物信息搜集中心进行储存和整理，接着通过生物信息传输线输入生物信息分析室对钻探杆在海底搅起来的海底生物的种类和数量进行统计和分析，以便确定在该冷泉区钻探发现可燃冰矿的前景，从生物信息分析室输出的分析结果信息通过计算机信息传输线输入计算机内，与从钻探调控指挥间通过钻探信息传输线输入计算机的钻探信息一起进行综合分析，进一步明确在该冷泉区通过钻探发现可燃冰矿的前景。
现举出实施例如下：
实施例一：
从工作母船上的升降缆绳绞机放下升降缆绳将海底轻型钻探机降到海底、用钻探机支撑架加以支撑稳定，由钻探动力供电间通过供电线向海底轻型钻探机供电，驱动钻探杆旋转钻入海底地壳，搅动海底地壳生物浮动进入周围环境，海底电视摄像机和海底热敏生物传感器搜集周围环境中的生物信息通过海底生物信息搜集中心将生物信息输入生物信息分析室进行分析，分析结果通过计算机信息传输线输入计算机进行计算和分析、计算机同时将分析结果通过计算机信息传输线输入无线发射台并由无线发射天线发送出去。根据冷泉区周围环境中的生物信息分析结果可以勘察出可燃冰矿的位置和规模。
实施例二：
从工作母船上的升降缆绳绞机放下升降缆绳将海底轻型钻探机降到海底、用钻探机支撑架加以支撑稳定，由钻探动力供电间通过供电线向海底轻型钻探机供电，驱动钻探杆旋转钻入海底地壳，搅动海底地壳生物浮动进入周围环境，海底电视摄像机和海底光学生物传感器搜集周围环境中的生物信息通过海底生物信息搜集中心将生物信息输入生物信息分析室进行分析，分析结果通过计算机信息传输线输入计算机进行计算和分析、计算机同时将分析结果通过计算机信息传输线输入无线发射台并由无线发射天线发送出去。根据冷泉区周围环境中的生物信息分析结果可以勘察出可燃冰矿的位置和规模。
Claims (2)
1.在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置,其特征是，由在海水（1）的海面上的工作母船（2）、升降缆绳绞机（3）、升降缆绳（4）、海底轻型钻探机（5）、钻探机支撑架（6）、钻探杆（7）、钻探动力供电间（8）、钻探调控指挥间（9）、钻探信息传输线（10）、钻探指令传输线（11）、供电线（12）、海底生物信息搜集中心（13）、信息传输电缆（14）、海底电视摄像机（15）、海底生物传感器（16）、生物信息传输线（17）、生物信息分析室（18）、计算机（19）、第一和第二计算机信息传输线、无线发射台（21）、无线发射天线（22）、锂离子电池供电装置（23）、导电线（24）、电动机（25）、电动螺旋桨（26）共同组成在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置，用于钻探海底地壳下方的可燃冰矿（27）；
在工作母船（2）的甲板上方的前部安装升降缆绳绞机（3），在升降缆绳绞机（3）后方的甲板上安装钻探动力供电间（8）和钻探调控指挥间（9），在钻探动力供电间（8）和钻探调控指挥间（9）后方的甲板上安装海底生物信息搜集中心（13），在工作母船（2）的甲板上方的中部安装生物信息分析室（18），在生物信息分析室（18）的上面安装有内置计算机（19）的计算机室，在计算机室的上面安装无线发射台（21），在无线发射台（21）的上面安装无线发射天线（22），在工作母船（2）的甲板上方的后部安装锂离子电池供电装置（23）；在升降缆绳绞机（3）的下方安装升降缆绳（4），在升降缆绳（4）的下方安装海底轻型钻探机（5）、钻探机支撑架（6）、钻探杆（7），在钻探动力供电间（8）的下方安装供电线（12），在钻探调控指挥间（9）的下方安装钻探指令传输线（11）；在海底生物信息搜集中心（13）的下方安装信息传输电缆（14），在信息传输电缆（14）的下方安装海底生物传感器（16）和海底电视摄像机（15）；在锂离子电池供电装置（23）的下方安装导电线（24）、电动机（25）和电动螺旋桨（26）；
升降缆绳绞机（3）通过升降缆绳（4）与海底轻型钻探机（5）连接，钻探动力供电间（8）通过供电线（12）与海底轻型钻探机（5）连接，钻探调控指挥间（9）通过钻探指令传输线（11）与海底轻型钻探机（5）连接，钻探调控指挥间（9）通过钻探信息传输线（10）与计算机（19）连接，海底生物信息搜集中心（13）通过信息传输电缆（14）与海底电视摄像机（15）和海底生物传感器（16）连接，海底生物信息搜集中心（13）通过生物信息传输线（17）与生物信息分析室（18）连接，生物信息分析室（18）通过第一计算机信息传输线与计算机（19）连接，计算机（19）通过第二计算机信息传输线与无线发射台（21）连接，锂离子电池供电装置（23）通过导电线（24）与电动机（25）连接。
2.根据权利要求1所述的在海洋冷泉区勘察可燃冰矿周围环境的带缆水下钻探装置，其特征是，所述的海底生物传感器（16）是海底热敏生物传感器或海底压电生物传感器或海底光学生物传感器或海底声波道生物传感器或海底介体生物传感器。
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