CN105064959B - 一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底非成岩天然气水合物的绿色节能开采方法，属于天然气开采技术领域，所述开采方法包括以下步骤：步骤一、天然气水合物的预处理，步骤二、天然气水合物的预收集，步骤四、天然气水合物的分离，步骤三、天然气水合物的收集，其工作原理不改变天然气水合物地层周围温度压力的情况下，利用海底采矿的方式采掘天然气水合物沉积物固体，通过热海水对天然气水合物进行相变，产生“气力提升”效应，从而将天然气水合物提升至海面进行处理，最终收集天然气，同时气力提升效应作为采掘头的动力源，减少外部能源消耗，避免对海洋造成污染，是一种绿色的天然气采集方法。

Description

一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法

技术领域

本发明涉及海底天然气水合物开采技术领域，尤其是一种海底非成岩天然气水合物的固态流化绿色节能开采方法。

背景技术

天然气水合物又称为可燃冰，是一种由甲烷为主的烃类气体和水在一定的温度压力条件下形成的“笼型化合物”，呈白色晶状结构。天然气水合物储量巨大，超过已知碳化石燃料总和的2倍，主要存在于陆地永冻土以及大洋海底，其中大洋海底天然气水合物的储量远远超过陆地永冻土区域的储量。

美国、日本、俄罗斯等国家分别对天然气水合物进行了试采研究，主要试采方法有注热法、降压法、抑制剂法以及几种方法的综合。这些开采方法并未脱离传统油气开采思路，且试采所选用的天然气水合物藏有良好的盖层，即便如此，也只验证了短期试采的技术可行性，长期开采引起的潜在环境地质灾害仍有待进一步评估。

我国天然气水合物的研究起步晚，但发展较快，目前已在南海进行过两次海底天然气水合物实地取样。从两次取样结果来看，发现我国海底天然气水合物与世界其它地区大多数天然气水合物类似，具有埋深浅、弱胶结的特点。针对这种深海浅层非成岩水合物，有学者提出了“固态流化”的开采方法，该方法是在不改变海底温度和压力的情况下，直接采掘天然气水合物固体，通过密闭管道将天然气水合物颗粒与海水的混合物泵送至海面，而后再进行分离、分解气化等处理。因为该方法不改变海底天然气水合物的温度和压力，从而避免了天然气水合物分解引起的工程地质与环境灾害。

固态流化为深海浅层非成岩天然气水合物的开采提供了新思路。然而应该方法也存在着各种问题，尤其是开采过程中的能耗问题。采掘机械需将胶结成藏的天然气水合物破碎成小颗粒，破碎后的天然气水合物颗粒需要泵送至海面的处理平台，这两方面均需耗费大量的机械能。如不能合理的解决这两方面的能量供给问题，开采成本较高，将不利于天然气水合物的大规模商业开采。减少海底浅层非成岩天然气水合物固态流化开采过程中能耗，探索更为节能的绿色开采方式，将是实现大规模开采所必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，该方法不会改变海底的温度与压力，使开采过程安全便捷，而且采用立管中水合物分解产生的“气力提升”效应作为动力源，节约了能源且不对海洋造成污染，同时也降低了天然气的开采成本，其采用的采集装置设计精妙，采集效率高。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种海底非成岩天然气水合物采集装置,包括水利涡轮，所述水利涡轮与海水引入管道相连接，所述水利涡轮的传动轴与采掘头相连接，所述采掘头附近设置有收集管道，所述收集管道上设有分离器，所述分离器上还设有泥沙排出口，所述水利涡轮的出水管与收集管道汇集，并与引出管相连，在所述汇集处设有掺混器，所述引出管与综合处理平台相连接，所述综合处理平台上还设有海水引入管、天然气排出口，杂质排出口和海水排出口。

一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述开采方法通过海底非成岩天然气水合物的绿色开采专用开采装置实现，所述的开采装置包括：采掘头、分离器、掺混器、输送管道和综合处理平台组成，所述开采方法包括以下步骤：

步骤一、天然气水合物的预处理：在不改变海底温度和压力的情况下，通过采掘头对海底的天然气水合物固体进行破碎；

步骤二、天然气水合物的预收集：将破碎好的天然气水合物固体送入收集管道内，并进入分离器中进行分离，将适宜处理的天然气水合物进行暂存；

步骤三、天然气水合物的收集：通过将天然气水合物破碎物的部分或全部改变成气态，从而产生“气力提升”效应，将天然气水合物破碎物和杂质提升至海面；

步骤四、天然气水合物的分离：将通过“气力提升”效应提升至海面并进入综合处理平台的天然气水合物及杂质进行分离，将天然气水合物进行汽化，将杂质进行分离回填入海底；

本发明的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述采掘头的动力通过与之相连接的水利涡轮提供，所述水利涡轮的动力通过传动轴传递给采掘头，所述水利涡轮的动力通过海面的热海水对涡轮叶片的冲击实现，所述热海水流动的动力由立管中天然气水合物分解产生的“气力提升”效应提供。

本发明的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述传动轴与水利涡轮之间设置有减速器，所述传动轴与采掘头之间设置有万向轴。

本发明的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述天然气水合物的预收集步骤中，进入分离器前还设置有二次破碎装置，所述二次破碎装置与分离器之间还设置有筛网。

本发明的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述天然气水合物的收集步骤中，利用冲击水利涡轮的海面热海水与天然气水合物破碎物的混合从而将天然气水合物的部分或全部改变成气态，所述热海水与天然气水合物破碎物的混合在掺混器中进行，所述掺混器分别与水利涡轮和分离器相连接。

本发明的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述天然气水合物的预收集步骤中，的天然气水合物的预收集通的动力，通过“气力提升”效应对下部管道产生的吸力提供。

本发明的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述水利涡轮的海水引入管道上设置有过滤器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，该方法不会改变海底的温度与压力，使开采过程安全便捷，而且采用天然气水合物在立管中分解产生的“气力提升”作用作为动力源，节约了能源且避免对海洋造成污染，同时也降低了天然气的开采成本，其采用的采集装置设计精妙，采集效率高。

附图说明

图1是本发明一种海底非成岩天然气水合物采集装置；

图2是本发明一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：图1示出了本发明一种海底非成岩天然气水合物采集装置,的实施例，一种海底非成岩天然气水合物采集装置，包括水利涡轮8，所述水利涡轮8与海水引入管道相连接，所述水利涡轮8的传动轴与采掘头1相连接，所述采掘头1附近设置有收集管道，所述收集管道上设有分离器4，所述分离器4上还设有泥沙排出口，所述水利涡轮8的出水管与收集管道汇集，并与引出管相连，在所述汇集处设有掺混器10，所述引出管与综合处理平台11相连接，所述综合处理平台11上还设有海水引入管、天然气排出口，杂质排出口和海水排出口，这样的设置通过海水对水利涡轮8的冲击，产生动力，然后将动力传给采掘头1，采掘头1将天然气水合物破碎，破碎的天然气水合物进入收集管道，经过分离器4，将泥沙从泥沙排出口排出，然后与水利涡轮8出口处的水流汇合，进行热交换然使天然气水合物发生相变，产生向上的升力，从而使混合物上升进入综合处理平台11进行处理。

实施例二

图1-2示出了本发明一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法的实施例，所述开采方法通过海底非成岩天然气水合物的绿色开采专用开采装置实现，所述的开采装置包括：采掘头1、分离器4、掺混器10、输送管道和综合处理平台11组成，所述开采方法包括以下步骤：

步骤一、天然气水合物的预处理：在不改变海底温度和压力的情况下，通过采掘头1对海底的天然气水合物固体进行破碎；

步骤二、天然气水合物的预收集：将破碎好的天然气水合物固体送入收集管道内，并进入分离器4中进行分离，将适宜处理的天然气水合物进行暂存；

步骤三、天然气水合物的收集：通过将天然气水合物破碎物的部分或全部改变成气态，从而产生“气力提升”效应，将天然气水合物破碎物和杂质提升至海面；

步骤四、天然气水合物的分离：将通过“气力提升”效应提升至海面并进入综合处理平台11的天然气水合物及杂质进行分离，将天然气水合物进行汽化，将杂质进行分离回填入海底，其工作原理为：针对海底浅层非成岩的天然气水合物，在不改变天然气水合物周围温度和压力的情况下，直接利用采掘机械对天然气水合物进行机械破碎，由于影响天然气水合物相态稳定的温度压力条件没有变化，所以能够保证破碎后的水合物不发生分解，破碎后的天然气水合物仍为固态颗粒，这样可以将颗粒收集以后，再改变颗粒物的温度，从而可以将固态的天然气转变为气态，在密封的管道内气体会上升，从而形成“气力提升”效应，可以把未分解的天然气水合物及细小的杂质提升，到达海面时，通过与海面热海水进行热交换，从而将天然气水合物全部分解、收集，达到天然气开采的目的，然后将剩下的杂质进行回填，不会对海洋的大环境造成影响，所述采掘头1的动力通过与之相连接的水利涡轮8提供，所述水利涡轮8的动力通过传动轴6传递给采掘头1，所述水利涡轮8的动力通过海面的热海水对涡轮叶片的冲击实现，热海水流动的动力由立管中天然气水合物分解产生的“气力提升”效应提供，这样的设置是为了就地取材，利用立管中天然气水合物分解为气体而膨胀做功作为动力源，将减少其他形式能源的消耗，减少污染，而且热海水在冲击水利涡轮8以后，还会作为天然气水合物颗粒气化的热源，为“气力提升”效应提供基础，所述传动轴6与水利涡轮8之间设置有减速器7，所述的水利涡轮8采用径流式，所述传动轴与采掘头1之间设置有万向轴5，这样的设置可以使水利涡轮8提供的机械能有更加适合的转速利用，而万向轴5的设置则可以使采掘头1可以有更大的采掘覆盖面，可以在一个点采集更多的天然气，所述天然气水合物的预收集步骤中，进入分离器4前还设置有二次破碎装置2，所述二次破碎装置2与分离器4之间还设置有筛网3，这样的设置使天然气水合物固体能够充分的破碎，为后续与海面来的热海水进行充分的热交换提供基础，而筛网3的作用则可以防止过大的颗粒进入后续流程中，对采集设备造成堵赛或损坏，所述天然气水合物的收集步骤中，利用冲击水利涡轮8的海面热海水与天然气水合物破碎物的混合从而将天然气水合物的部分或全部改变成气态，所述热海水与天然气水合物破碎物的混合在掺混器10中进行，所述掺混器10分别与水利涡轮8和分离器4相连接，这样的设置使热海水与天然气水合物破碎物能够充分接触，而且两部分又位于“气力提升”效应的管道下部，可以借助“气力提升”的吸力进行持续的进料，所述天然气水合物的预收集步骤中，的天然气水合物的预收集通的动力，通过“气力提升”效应对下部管道产生的吸力提供，所述水利涡轮8的海水引入管道上设置有过滤器9，这样的设置主要是防止海洋生物进入热海水管道并除去海中的杂质。过滤器的外壳应稍大，进水孔应尽可能多，以防止因为在进水口处产生过大的抽吸力而影响海洋生态安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海底非成岩天然气水合物采集装置,其特征在于：包括水利涡轮（8），所述水利涡轮（8）与海水引入管道相连接，所述水利涡轮（8）的传动轴与采掘头（1）相连接，所述采掘头（1）附近设置有收集管道，所述收集管道上设有分离器（4），所述分离器（4）上还设有泥沙排出口，所述水利涡轮（8）的出水管与收集管道汇集，并与引出管相连，在所述汇集处设有掺混器（10），所述引出管与综合处理平台（11）相连接，所述综合处理平台（11）上还设有海水引入管、天然气排出口、杂质排出口和海水排出口。

2.一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，其特征在于：所述开采方法通过权利要求1所述的一种海底非成岩天然气水合物采集装置实现，所述开采方法包括以下步骤：

步骤一、天然气水合物的预处理：在不改变海底温度和压力的情况下，通过采掘头（1）对海底的天然气水合物固体进行破碎；

步骤二、天然气水合物的预收集：将破碎好的天然气水合物固体送入收集管道内，并进入分离器（4）中进行分离，将适宜处理的天然气水合物进行暂存；

步骤三、天然气水合物的收集：通过将天然气水合物破碎物的部分或全部改变成气态，从而产生“气力提升”效应，将天然气水合物破碎物和杂质提升至海面；

步骤四、天然气水合物的分离：将通过“气力提升”效应提升至海面并进入综合处理平台（11）的天然气水合物及杂质进行分离，将天然气水合物进行汽化，将杂质进行分离回填入海底。

3.根据权利要求2所述的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，其特征在于，所述采掘头（1）的动力通过与之相连接的水利涡轮（8）提供，所述水利涡轮（8）的动力通过传动轴（6）传递给采掘头（1），所述水利涡轮（8）的动力通过海面的热海水对涡轮叶片的冲击实现，所述热海水流动的动力由立管中天然气水合物分解产生的“气力提升”效应提供。

4.根据权利要求3所述的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，其特征在于，所述传动轴（6）与水利涡轮（8）之间设置有减速器（7），所述传动轴与采掘头（1）之间设置有万向轴（5）。

5.根据权利要求4所述的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，其特征在于，所述天然气水合物的预收集步骤中，进入分离器（4）前还设置有二次破碎装置（2），所述二次破碎装置（2）与分离器（4）之间还设置有筛网（3）。

6.根据权利要求5所述的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，其特征在于，所述天然气水合物的收集步骤中，利用冲击水利涡轮（8）的海面热海水与天然气水合物破碎物的混合从而将天然气水合物的部分或全部改变成气态，所述热海水与天然气水合物破碎物的混合在掺混器（10）中进行，所述掺混器（10）分别与水利涡轮（8）和分离器（4）相连接。

7.根据权利要求6所述的一种海底非成岩天然气水合物的绿色开采方法，其特征在于，所述海水引入管道上设置有过滤器（9）。