CN107420074A - 一种海下可燃冰储层开采方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海下可燃冰储层开采方法和装置，其主要利用激光切割开采可燃冰：在海上开采平台到达指定海域后，释放海下管道钻进模块，该模块所携带的环形钻头工作，对可燃冰储层进行开采，制造出一条开采竖井，再释放多个伸缩型激光开采模块对可燃冰储层进行切割开采，开采出的可燃冰块在海下管道钻进模块内进行分解，将三项分解物经由过滤、分离装置分离出甲烷气体，采空区经由伸缩型激光开采模块释放的水凝胶进行填充，防止采区塌陷。本发明开采方式新颖、安全性高、经济成本低、开采效率高。
Description
技术领域
本发明涉及海下可燃冰开采领域，具体而言涉及一种海下可燃冰储层开采方法和装置。
背景技术
随着传统能源的可开采储量的日益减少，且对环境产生严重影响，不符合国家发展的战略要求。商业开发新型的清洁能源的需求迫在眉睫。可燃冰作为一种甲烷含量高、资源储量大、燃烧后对环境无污染的新型能源引起了世界各地的广泛关注。在我国东海和南海海域都有大量分布，其储量大约为常规油气储量的二倍左右。可燃冰的形成条件有低温、高压、有充足的气源。根据其存在条件，全世界开采方式大致分为三种：①热激法：直接对可燃冰储层进行加热，破坏可燃冰的平衡状态，使可燃冰分解为甲烷和水的开采方法。②降压法：通过降低压力使可燃冰分解的开采方法。③化学试剂法:向可燃冰储层中注入化学试剂破坏其平衡条件，促使可燃冰分解的开采方法。但传统开采方法仍存在诸多不足，海下破坏其原有的稳态环境，可能会造成可燃冰储层不稳定、大面积垮塌，造成地震、海啸等大型灾难，或者产生温室气体泄漏，化学试剂污染等环境影响。除此之外，传统的开采方法经济成本高，开采难度大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海下可燃冰储层开采方法和装置。
一种海下可燃冰储层开采方法，其主要包括如下步骤：
步骤S1，海上开采平台驶至待开采可燃冰储层上方海域。
特别说明，海上开采平台上载有甲烷收集压缩罐、水凝胶存储罐、热流发生装置、高压泵、过滤器、海下管道钻进模块以及伸缩型激光开采模块并由平台电机为各个模块供电。
步骤S2，海上开采平台释放海下管道钻进模块，模块在海上开采平台中工作人员的控制下，利用螺旋桨所提供的动力到达预定可燃冰钻探地点。
特别说明，每个海下管道钻进模块都有外壁带有螺纹的可伸缩管道与海上开采平台相连。
作为优选，管道直径为2-3m。且管壁由韧性材料制成、可伸缩。
特别说明，海下管道钻进模块内集成有热射流喷嘴。
步骤S3，达到钻探条件后，海下管道钻进模块通过固定系统固定，该模块所携带的环形钻头开始工作，对可燃冰储层进行开采，制造出一条开采竖井。与此同时，螺旋升降器带动可伸缩管道外壁上的螺纹控制环形钻的钻探深度。达到预定深度后，再由螺旋升降器控制收回一定长度的管道，此时管道作为可燃冰收集管道。
特别说明，步骤S3中所述的固定系统由海下管道钻进模块四周均布的四个固定射钉组成。
特别说明，步骤S3中所述的环形钻头为特制高强度、耐腐蚀钻头。
作为优选，环形钻头内环直径为2-3m。
步骤S4，海上开采平台释放多个伸缩型激光开采模块，到达可开采可燃冰储层后通过激光切割可燃冰，并通过螺旋桨提供动力进行推进。快速将大面积的可燃冰储层分割成若干可采集尺寸的可燃冰块。
特别说明，伸缩型激光开采模块通过外壁带有螺纹的可伸缩管道内部抵达至开采区域。
特别说明，伸缩型激光开采模块由管线和海上开采平台相连。由管线为激光开采模块提供电力、控制信号以及填充采空区所需的水凝胶。
作为优选，伸缩型激光开采模块展开前边界最长距离在50-60cm。
步骤S5，通过海上开采平台的高压泵提供吸力将开采出的可燃冰块通过管道运回。在经过海下管道钻进模块后，利用海下管道钻进模块内置热流喷嘴喷射热射流对可燃冰块进行二次处理，破坏其稳定状态，使其转化为甲烷气体，进行采集。
作为优选，热流喷嘴喷射的热射流温度控制在65-75C°。
步骤S6，采集的气、液、固三类物质经由海上开采平台的过滤系统过滤掉固体杂质，再经由气液分离装置分离出甲烷气体，最后在海上开采平台上的甲烷搜集压缩罐中存储。
特别说明，分离后的废液经净化处理模块处理后排放回海洋。
步骤S7，伸缩型激光开采模块在完成开采任务后倒退释放水凝胶对可燃冰采空区进行回填，起到对原有地形骨架的支撑保护作用，防止发生采区塌陷等环境灾害。
一种海下可燃冰储层开采装置，所述的一种海下可燃冰储层开采装置主要由海上开采平台、外壁带有螺纹的可伸缩管道、海下管道钻进模块、伸缩型激光开采模块四部分组成。
优选地，所述外壁带有螺纹的可伸缩管道直径控制在2-3m。
优选地，所述海上开采平台载有甲烷收集压缩罐、水凝胶存储罐、热流发生装置、高压泵、过滤器、海下管道钻进模块以及伸缩型激光开采模块并由海上开采平台的电机为各个模块供电。
优选地，所述海下管道钻进模块与外壁带有螺纹的可伸缩管道相连，并装置有环形钻头、螺旋桨、螺旋升降器、固定系统、爬升轮、履带、热流喷嘴。
优选地，所述的环状钻头与外壁带有螺纹的可伸缩管道相连，管道长度由旋升降器控制。
优选地，所述的固定系统由海下管道钻进模块四周均布的四个固定射钉组成。
优选地，所述的热流喷嘴喷射的热射流温度控制在65-75Co。
优选地，所述的一种海下可燃冰储层开采装置，所述伸缩型激光开采模块由激光发射器、支架、水凝胶填充口组成，并通过管线与海上开采平台相连接。
优选地，所述的水凝胶填充口所释放的水凝胶通过水凝胶存储罐提供并由管线运输到释放端。
本发明的有益效果是：
①不同于传统的热激法、减压法、化学试剂法，本发明提出了一种激光开采可燃冰的方法，利用激光能量高、切割速度快的优点对可燃冰进行切割开采，并在模块内进行分解，避免了传统开采方法可能发生不可控制的灾害风险以及化学试剂所导致的环境污染。同时，该方式开采效率高，经济成本低，适用于商业开发。
②在开采结束之后，利用水凝胶对可燃冰采空区进行回填，水凝胶遇水膨胀并且具有一定的抗压能力，代替原有的可燃冰储层起到支撑作用，防止发生开采区垮塌等极端灾害。
③整个开采系统由海上开采平台统一控制，各个模块相互配合，系统过程完整，安全性高、经济成本低、开采效率高。
附图说明
图1为本发明在海域工作时的整体布局图；
图2为本发明海下管道钻进模块的结构示意图；
图3为本发明海下管道钻进模块的俯视图；
图4为本发明海下管道钻进模块工作示意图；
图5为本发明海下管道钻进模块螺旋升降器剖面图；
图6为本发明伸缩型激光开采模块正视图；
图7为本发明伸缩型激光开采模块展开状态正视图；
图8为本发明伸缩型激光开采模块侧视图；
图9为本发明开采海下示意图；
图10为本发明过滤采集示意图。
附图说明：
1-海上开采平台，2-外壁带有螺纹的可伸缩管道，3-环形钻头，4-海下管道钻进模块，
5-螺旋桨，6-螺旋升降器，7-固定系统，8-爬升轮，9-履带，10-热流喷嘴，11-激光发
射器，12-管线，13-支架，14-水凝胶填充口。
具体实施方式
下面结合附图1-4，对本发明的技术方案作进一步说明。所述实施例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，但该描述仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种海下可燃冰储层开采方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，海上开采平台(1)驶至待开采可燃冰储层上方海域；
步骤S2，海上开采平台(1)释放海下管道钻进模块(4)，模块在海上开采平台中工作人员的控制下，利用螺旋桨(5)所提供的动力到达预定可燃冰钻探地点；
步骤S3，达到钻探条件后，海下管道钻进模块(4)通过固定系统(7)固定，该模块所携带的环形钻头(3)开始工作，对可燃冰储层进行开采，制造出一条开采竖井。与此同时，螺旋升降器(6)的带动可伸缩管道管壁(2)上的螺纹控制环形钻的钻探深度。达到预定深度后，再由螺旋升降器(6)控制收回一定长度的管道，此时管道作为可燃冰收集管道；
步骤S4，海上开采平台释放多个伸缩型激光开采模块，到达可开采可燃冰储层后通过激光发射器(10)发射出的激光切割可燃冰，并通过螺旋桨(5)提供动力进行推进，快速将大面积的可燃冰储层分割成若干可采集尺寸的可燃冰块；
步骤S5，通过海上开采平台的高压泵提供吸力将开采出的可燃冰块通过管道运回。在经过海下管道钻进模块后，利用海下管道钻进模块(4)内置热流喷嘴(10)喷射热射流对可燃冰块进行二次处理，破坏其稳定状态，使其转化为甲烷气体，进行采集；
步骤S6，采集的气、液、固三类物质经由海上开采平台的过滤系统过滤掉固体杂质，再经由气液分离装置分离出甲烷气体，最后在海上开采平台上的甲烷搜集压缩罐中存储；
步骤S7，伸缩型激光开采模块在完成开采任务后倒退，通过伸缩型激光开采模块所携带的水凝胶填充口(14)释放水凝胶对可燃冰采空区进行回填，起到对原有地形骨架的支撑保护作用，防止发生采区塌陷等环境灾害。
一种海下可燃冰储层开采装置，其主要由海上开采平台、外壁带有螺纹的可伸缩管道、海下管道钻进模块、伸缩型激光开采模块四部分组成。所述外壁带有螺纹的可伸缩管道直径控制在2-3m。所述海上开采平台载有甲烷收集压缩罐、水凝胶存储罐、热流发生装置、高压泵、过滤器、海下管道钻进模块以及伸缩型激光开采模块并由海上开采平台的电机为各个模块供电。所述海下管道钻进模块与外壁带有螺纹的可伸缩管道相连，并装置有环形钻头、螺旋桨、螺旋升降器、固定系统、爬升轮、履带、热流喷嘴。所述的环状钻头与外壁带有螺纹的可伸缩管道相连，管道长度由旋升降器控制。所述的固定系统由海下管道钻进模块四周均布的四个固定射钉组成。所述的热流喷嘴喷射的热射流温度控制在65-75摄氏度。所述伸缩型激光开采模块由激光发射器、支架、水凝胶填充口组成并通过管线与海上开采平台相连接。所述的水凝胶填充口所释放的水凝胶通过水凝胶存储罐提供并由管线运输到释放端。
Claims (5)
1.一种海下可燃冰储层开采方法，其特征在于：
S1，海上开采平台驶至待开采可燃冰储层上方海域；
S2，海上开采平台释放海下管道钻进模块，模块在海上开采平台中工作人员的控制下，利用螺旋桨所提供的动力到达预定可燃冰钻探地点；
S3，达到钻探条件后，海下管道钻进模块通过固定系统固定，该模块所携带的环形钻头开始工作，对可燃冰储层进行开采，制造出一条开采竖井，与此同时，螺旋升降器带动可伸缩管道管壁上的螺纹控制环形钻的钻探深度，达到预定深度后，再由螺旋升降器控制收回一定长度的管道，此时管道作为可燃冰收集管道；
S4，海上开采平台释放多个伸缩型激光开采模块，到达可开采可燃冰储层后通过激光发射器发射出的激光切割可燃冰，并通过螺旋桨提供动力进行推进，快速将大面积的可燃冰储层分割成若干可采集尺寸的可燃冰块；
S5，通过海上开采平台的高压泵提供吸力将开采出的可燃冰块通过管道运回，在经过海下管道钻进模块后，利用海下管道钻进模块内置热流喷嘴喷射热射流对可燃冰块进行二次处理，破坏其稳定状态，使其转化为甲烷气体，进行采集；
S6，采集的气、液、固三项物质经由海上开采平台的过滤系统过滤掉固体杂质，再经由气液分离装置分离出甲烷气体，最后在海上开采平台上的甲烷搜集压缩罐中存储；
S7，伸缩型激光开采模块在完成开采任务后倒退，通过伸缩型激光开采模块所携带的水凝胶填充口释放水凝胶对可燃冰采空区进行回填，起到对原有地形骨架的支撑保护作用，防止发生采区塌陷。
2.一种海下可燃冰储层开采装置，其特征在于：
所述一种海下可燃冰储层开采方法和装置主要由海上开采平台、外壁带有螺纹的可伸缩管道、海下管道钻进模块、伸缩型激光开采模块四部分组成，其特征在于：
(a)所述海上开采平台，用于过滤净化所开采的可燃冰及甲烷气体、提供吸力、进行气相与液相分离、收集存储甲烷气体、提供水凝胶及热流；所述外壁带有螺纹的可伸缩管道与海上开采平台和海下管道钻进模块相连，用于运送海下管道钻进模块及伸缩型激光开采模块、运输可燃冰及甲烷气体；所述外壁带有螺纹的可伸缩管道直径控制在2-3m，外壁带有外螺纹；所述海下管道钻进模块用于钻探、开采储层中的可燃冰并将其初步分解；所述海下管道钻进模块与外壁带有螺纹的可伸缩管道相连，并装置有环形钻头、螺旋桨、螺旋升降器、固定系统、爬升轮、履带、热流喷嘴；所述海下管道钻进模块，其特征在于，所述履带分为前后2组；所述螺旋升降器可顺时针或逆时针转动，控制外壁带有螺纹的可伸缩管道升降；所述固定系统由海下管道钻进模块四周均布的四个固定射钉组成；所述热流喷嘴的数量为4个且在收集口四周均布；所述热流喷嘴通过管道与海上开采平台的热流发生装置相连接，喷射的热射流温度控制在65-75℃；所述螺旋桨的数量为2个，布置在海下管道钻进模块两侧；所述伸缩型激光开采模块与海上开采平台相连用于切割可燃冰储层并对采空区进行回填；所述伸缩型激光开采模块由激光发射器、支架、螺旋桨、水凝胶填充口组成，并通过管线与海上开采平台相连接；所述伸缩型激光开采模块，其特征在于，左右各有两段伸缩节，激光发射器数量为12个均布在伸缩节上；所述支架数量为2个；所述水凝胶填充口数量为1个，并通过管线与海上开采平台相连接；所述螺旋桨数量为1个用于提供伸缩型激光开采模块前进动力；
(b)所述海上开采平台载有高压泵、过滤系统、气液分离装置、净化装置、甲烷收集压缩罐、水凝胶存储罐、热流发生装置组成并由海上开采平台的发电机组为各个模块供电；所述过滤系统输出端与高压泵和气液分离装置的输入端相连；所述过滤装置用于过滤块状固体杂质避免发生管路堵塞；所述高压泵用于提供运输可燃冰及甲烷的吸力；所述气液分离装置用于分离甲烷气体与海水；所述气液分离装置的输出端与甲烷收集压缩罐和净化装置相连；所述甲烷收集压缩罐用于将分离出的甲烷气体进行压缩存储；所述净化装置用于净化分离出的海水，使其达到排放要求排放回大海；所述水凝胶存储罐、热流发生装置分别与伸缩型激光开采模块和海下管道钻进模块相连；所述水凝胶存储罐用于回填时为伸缩型激光开采模块提供水凝胶；所述热流发生装置用于将可燃冰块进行分解。
3.根据权利要求2中所述的环状钻头与外壁带有螺纹的可伸缩管道相连，钻进深度与管道长度由螺旋升降器控制。
4.根据权利要求2中所述激光发射器用于发射激光切割可燃冰块。
5.根据权利要求2中所述的水凝胶填充口所释放的水凝胶由水凝胶存储罐提供并通过管线运输到释放端。
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