CN108071370A - 采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划 - Google Patents

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Abstract

一种采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划,有:由上至下可燃冰矿藏夹在其中的地质概况:海水、上岩层、可燃冰层与下岩层;其特征在于:在上岩层洞孔内设置上刚性长管(4)并向上伸出海平面(输出甲烷),在下岩层洞孔设置了其底部包围了潜水泵(7)的下刚性短管(6),潜水泵(7),是依靠自重通过自身底部的倒锥形基础(8)与相吻合的设置在下岩层洞孔底部的倒锥形洞孔进行定位的;潜水泵(7)通过专用的对外排水管道(2)的排水进行对于可燃冰层进行局部表面减压并促其分解成甲烷与水,其矿区绝大多数工程环节可以采用无人力现场协助的简单施工或安装方式来完成。——本发明的关键在于:已经设计出符合可燃冰开采的特种潜水泵,正等待合作伙伴一起去实施。

Description

采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划
技术领域
本发明涉及采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划。
背景技术
随着尤其资源的巨大消耗,人类在21世纪开始已经面临着尤其资源的巨大危机,作为能源消耗的大国,中国年原油进口已经超过一亿吨,国内陆上油气田的产量勉强保持稳定,专家们估计短期内很难再会有重大突破。而天然气水合物,即可燃冰,作为一种替代能源,正在被世界各国,尤其被发达国家所青睐。
以在海底形成的天然气水合物为例:在1℃至20℃的环境温度时,只要水深在300米,即达到30个大气压力,就会形成天然气水合物,即可燃冰矿藏;而环境高于上述温度或/和环境低于上述压力,就会促使该天然气水合物分解成甲烷与水。
——世界上可燃冰矿藏的蕴藏量是如石油等可燃矿物蕴藏量的2倍,够全球人口使用1000年;理论计算,1m3的饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164m3的甲烷气体,而天然气水合物燃烧只产生CO2和H2O,属于一种难得的绿色洁净能源。
中国的南海海底蕴藏了极其丰富的可燃冰矿藏,然而,与世界上其他的海域一样,可燃冰矿藏均未被开采出来,其主要原因是,可燃冰的开采成本很高,约200美元/m3
目前为止,人们研究出来的“实验室”方法很多,但是,均处于探索阶段,难以进入实用的可以成规模的商业开采阶段。
从具体的技术层面来看:开采水下可燃冰,不少开采方法中需要分解天然气水合物时必须要的高深度潜水泵尚未问世,即高潜水深度(例如:几百米甚至上千米)的潜水泵由于多种技术问题的牵制(尚未解决)而难以问世。
——现有的潜水泵由于没有解决好其防水密封的关键问题,一般只能在离开水面几米远的水下使用才会收到最好的效果,而且,还必须定期吊拉上岸拆机进行排除泵内的渗水维护(不是坏损后的维修)才行,其“定期上岸维护”间隔时间,多则几个月而少则几周甚至几天,潜水泵的潜水深度越大,则上述“定期上岸维护”的周期就越短;就因为需要“定期上岸维护”这一点,人们就不敢奢望使用特大功率(例如:上百万瓦)的潜水泵用于水下工程,因为,特大功率的潜水泵的单机重量不可能很轻,难以经常性地“吊拉上岸进行排除渗水的维护”。
发明内容
本发明之目的或关键点的在于:
主要是从解决上述最辣手的潜水泵问题着手,提出一种可以成功地进入实用阶段,对于可燃冰,即天然气水合物分解成甲烷与水的减压特殊开采方案,最终获取人们所需要的廉价甲烷。
本发明的特点:
由于本发明能够解决或实现上述“本发明之目的”或“本发明的关键点”中诸多所述的问题,这就为能够让可燃冰,即天然气水合物进入成规模开采阶段,同时还可以达到商业化开采的程度(有利润)创造了条件。
附图说明
图1示意了在常见的埋藏在海底岩层下面的可燃冰矿藏在垂直方向上的分布情况以及开采设施布局方案,即右主(设置有潜水泵动力设施)、左辅(无动力设施)的多矿井垂向并联群体型分布方案。
1:排气管道;2:高于海平面的排水管道;2’:高于上岩层的排水管道出口;3:密封的甲烷集散室(兼顾:人携带氧气瓶进入的临时工作室);4:上井通道;5:可燃冰融化分离成甲烷与水之后的冰层壁;6:下井通道;7:变频潜水泵;8:配用水泵的锥形底基础;9:配用变频潜水泵锥形底基础底部用于盛接碎杂石的底洞穴;10:可燃冰隧道(连接形成群体的各个辅助矿井);11:开采过程中用于非可燃冰的碎石块接收网;虚线箭头示意了甲烷(气体)的流向;实线箭头示意了水的流向。
具体实施方式
为了实现上述本发明目的,拟采用以下的技术方案:
有:蕴藏量非常丰富的水下可燃冰矿藏,即非常丰富的天然气水合物在海洋中由上至下夹在其中的一种常见的地质分布概况如下:
海水、上岩层、可燃冰层与下岩层;
其特征在于,有以下的一个A种矿井与至少一个B种所组合的矿井设置方案,或者,仅有以下的一个A种矿井设置方案:
A、有潜水泵7动力设施的矿井设置方案:
a、涉及到的水下地质钻井工程:
在探明有可燃冰层的海域底部,在上岩层向下钻出直径大于潜水泵7外径的洞孔,穿过可燃冰层后,直达下岩层表面,再在下岩层钻出与水泵7底部倒锥形基础8吻合的锥形洞穴,并且还在该锥形洞穴底部再钻出个用于存放碎杂石的小洞穴9;
b、涉及到的开采工程设置的细节:
在上岩层洞孔内设置上刚性长管4并向上伸出海平面,与密闭的甲烷收集器3接通,并由排气管道1对外输出供人们使用。
在下岩层洞孔设置了其底部包围了潜水泵7的下刚性短管6。
所述的潜水泵7,是依靠自重通过自身底部的倒锥形基础8与相吻合的设置在下岩层洞孔底部的倒锥形洞孔进行定位的。
潜水泵7连接有专用的排水管道2,它能够从离开上岩层表面很近的排水管道出口2’直接对外部海底排出清洁的废水,或者通过伸出海平面的排水管道2对外直接排出清洁的废水。
在潜水泵7的顶部上方,设置有能够从上部海平面位置能够通过吊拉提取的碎石块接收网盘11;
B、简易型矿井设置方案:
在探明有可燃冰层的海域底部,在上岩层向下钻通可燃冰层直到抵达下岩层上表面位置,并将上刚性长管4伸出海平面处与密闭的甲烷收集器3接通,并在该位置放置了能够从上部海平面位置通过吊拉提取的碎石块接收网盘11)
所述的两种矿井井底是通过水平隧道10来接通的;
所述的甲烷收集器3除了专用于收集上刚性长管4中从海底可燃冰中分解出来的甲烷气体,同时,也兼顾让人携带氧气瓶进入作为密封工作室来使用,即兼顾让人在此清除上述的碎石块等作业的工作室来使用;
所述的潜水泵7具有超越现有技术的功能。
——所述的采用仅有潜水泵7动力设施的矿井,即不需要简易矿井了,就可省略矿井井底的水平隧道10。
以下,再进一步对于本发明涉及的相关具体问题作出说明。
一、本发明开采可燃冰的动态过程:
1)首先(处于初始阶段),通过计算基本上确准了可燃冰层的矿藏井壁总面积能够确保:当潜水泵7将整个的可燃冰矿藏的井壁总面积在初始阶段(上刚性长管4的周长与所在的可燃冰层的厚度之积),就能够让:通过潜水泵7(此时潜水泵7受到的外界水体的对内渗透压力是极大的——现有技术的防水密封方法绝对是难以胜任的)将整个矿井的海水全部排出去之后,使得:矿井的可燃冰层处于接近于1至几个大气压力的环境中,就会迫使可燃冰分解为甲烷与水;之后:甲烷气体向上移动至甲烷收集器3内,紧接着就从海面以上的排气管1中被输处并送往用户使用,而水就会自然地从排水管道2中对外排出。
2)然后(处于正常运行阶段),当可燃冰矿井内的水位由于潜水泵7的不断抽水而降至图1中所示意的高于潜水泵7顶部的“控制的井底隧道水平面”时,水泵即停止向上排水。——……之后,就通过潜水泵7的开机与停机,维持在“控制的井底隧道水平面”的位置上。——显然,必须要求:潜水泵7的排水量应该高于可燃冰层的矿藏井壁初始阶段总面积的若干倍才行;因为,当可燃冰被不断地分解成甲烷与水的过程中,该可燃冰在矿井与隧道的部位就会被逐步地掏空,即可分解甲烷与水的内表面积会越来越大,也就是必须考虑到该内表面积会越来越大时,其分解甲烷与水的速度也会越来越大,为了维持住上述的“控制的井底隧道水平面”的高度,就必须增大潜水泵7的排水功率才行。
二、根据本发明上述开采可燃冰的动态过程中,其特征在于:所述的潜水泵7必须具有远远超越现有技术的液泵功能,该超越是指该潜水泵7的防水密封程度能够达到的要求应该是:
a、能够持续潜入任何深度的水下工作或闲置的累积时间在15年以上;
b、在15年以上的持续潜水时间段中不需要上岸拆机进行排除泵内渗水的维护工作。
——以上的“15年”主要是指配用潜水泵7中的拖动电机的一次性的使用寿命,而变革后的潜水泵7中的防水密封效果的使用期限是无穷大。
——根据本发明的开采过程可知,如此高要求的潜水泵7尚未问世,为此,该“未问世”也是造成了可燃冰开采成本的代价是相当可观的原因之一;中国计量大学方面已经设计出了能够适合如此高要求的潜水泵7结构,正等待与合伙人一起共同让它问世,其技术详见“发明专利”申请号“201610915144.9”的内容。
三、本发明涉及单位时间内开采可燃冰的数量事宜:
本发明主要是在好几百米甚至上千米的水压力下,通过设置在矿井内最底部的潜水泵7,将可燃冰形成的矿井部分与隧道部分内的海水排离出去,让矿井的顶部直接与陆地上的一个大气压力的空间接触时,上述的矿井部分与隧道部分的表面接触到的压力就能够达到一个压力或以上一些(大幅度地低于原来与底部海水接触时的压力),这就必然会促使接触到低压力的可燃冰表面分解为甲烷与水,分解后该两者的重量比例约为2∶8;水必然会向着最低处流去,最后流入到潜水泵7下部的进水口后再被排出去,而甲烷的流向必然会向着海面的方向流去,最后又被输送到人们需要的地方。
以上开采可燃冰的过程,也就是以低的压力促使可燃冰分解成甲烷与水的过程,其速度,由于仅仅靠减低压力而没有外来热量的协助,不可能很快,为了维持一定量生成甲烷的速度,显然,多设置几个并联垂直的矿井来增加最终人们获取的甲烷速度也是未尝不可的。——通过实验与计算是不难获得人们从海平面以上在单位时间内得到矿井中提供甲烷的数量的。
若欲通过加热(例如:微波加热等举措)来加速获取甲烷的开采数量,也是一种增加开采产品的技术举措,然而,必须从开采该产品的“性价比”来考虑其舍取。——除非就在可燃冰矿藏附近就有天然地热资源可供利用。

Claims (3)

1.一种采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划,有:由上至下可燃冰矿藏夹在其中最常见分布的地质概况:海水、上岩层、可燃冰层与下岩层;
其特征在于,有以下的一个A种矿井与至少一个B种所组合的矿井设置方案,或者,仅有以下的一个A种矿井设置方案:
A、有潜水泵(7)动力设施的矿井设置方案:
a、涉及到的水下地质钻井工程:
在探明有可燃冰层的海域底部,在上岩层向下钻出直径大于潜水泵(7)外径的洞孔,穿过可燃冰层后,直达下岩层表面,再在下岩层钻出与水泵(7)底部倒锥形基础(8)吻合的锥形洞穴,并且还在该锥形洞穴底部再钻出个用于存放碎杂石的小洞穴(9);
b、涉及到的开采工程设置方案的细节:
在上岩层洞孔内设置上刚性长管(4)并向上伸出海平面,与密闭的甲烷收集器(3)接通,并由排气管道(1)对外输出供人们使用。
在下岩层洞孔设置了其底部包围了潜水泵(7)的下刚性短管(6)。
所述的潜水泵(7),是依靠自重通过自身底部的倒锥形基础(8)与相吻合的设置在下岩层洞孔底部的倒锥形洞孔进行定位的。
潜水泵(7)连接有专用的排水管道(2),它能够从离开上岩层表面很近的排水管道出口(2’)直接对外部海底排出清洁的废水,或者通过伸出海平面的排水管道(2)对外直接排出清洁的废水。
在潜水泵(7)的顶部上方,设置有能够从上部海平面位置能够通过吊拉提取的碎石块接收网盘(11);
B、简易型矿井设置方案:
在探明有可燃冰层的海域底部,在上岩层向下钻通可燃冰层直到抵达下岩层上表面位置,并将上刚性长管(4)伸出海平面处与密闭的甲烷收集器(3)接通,并在该位置放置了能够从上部海平面位置通过吊拉提取的碎石块接收网盘(11);
所述的两种矿井井底是通过水平隧道(10)来接通的;
所述的甲烷收集器(3)除了专用于收集上刚性长管(4)中从海底可燃冰中分解出来的甲烷气体,同时,也兼顾让人携带氧气瓶进入作为密封工作室来使用,即兼顾让人在此清除上述的碎石块作业的工作室来使用;
所述的潜水泵(7)具有超越现有技术的功能。
2.一种如权利要求1所述的采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划,其特征在于,所述的采用仅有潜水泵(7)动力设施的矿井,即不需要简易矿井了,就可省略矿井井底的水平隧道(10)。
3.一种如权利要求1所述的采用减压法开采常见海底可燃冰矿藏的规划,其特征在于,所述的潜水泵(7)具有超越现有技术液泵的功能是指该潜水泵(7)的防水密封程度能够达到的要求是:
a、能够持续潜入任何深度的水下工作或闲置的累积时间在15年以上;
b、在15年以上的持续潜水时间中不需要上岸拆机排除泵内渗水的维护工作。
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