CN109707348A - 基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统及开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统及开采方法，所述开采系统包括表层沉积物剥离单元、块状水合物采掘单元、动力举升单元和水面支撑单元等组成，具体实施时，首先，采用海底采矿/挖掘多用车将海底表层沉积物剥离，露出可燃冰矿体；接着用采矿车采掘块状水合物，经过脱泥、破碎，同时用强力吸取技术将水合物浆体通过软管输送到海底中继仓里；在中继仓里水合物浆体经过搅拌、静置后，浆体中的泥沙与纯水合物分层，将纯化后的水合物浆体通过输送管道中由高压泵将其提升到海面的采矿船甲板的水合物分解仓中分解，通过三相分离装置，实现气、液、固的三相分离，液、固经处理后达到环保要求排放，气体通过干燥、液化后收集与储存。总之，本发明从技术手段上克服了块状水合物开采技术难题，可实现海洋浅表层块状水合物大规模的连续开采。

Description

基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统及开采方法

技术领域

本发明涉及海域天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统及开采方法。

背景技术

海洋天然气水合物从赋存形态看主要有两种，一种是孔隙填充型水合物，即水合物填充在沉积物的孔隙中，分布较为均匀，一般埋藏较深(>100米)，也叫扩散型水合物；另一种为裂隙型水合物，即水合物填充在沉积物的裂隙中，形成结核状、透镜状或层状等肉眼可见的块状水合物，也叫渗漏型水合物。

渗漏型水合物主要由富含烃类流体沿断层或构造薄弱带向上运移至浅表层，在合适的温压和成藏圈闭条件下，形成肉眼可见的块状水合物。由于这类水合物埋藏浅，主要在海底0-60米赋存，饱和度为35％-100％，因此被称为浅表层天然气水合物，常赋存于泥火山、泥底辟或麻坑等特殊地质体的浅表层沉积物中，水深500-1300米，地热梯度9.2-20℃/100米。

近年来调查显示，浅表层天然气水合物资源比重正在大幅提升。国际上，在美国俄勒冈边缘水合物脊、俄罗斯鄂霍次克海、贝加尔湖、日本东部边缘海、里海、黑海、巴伦支海、安哥拉近海等多处发现了浅表层水合物；中国海域也获取了浅表层水合物的实物样品，证实了该种类型的天然气水合物在海域内广泛存在，表明该类型水合物的资源量巨大。

然而，目前为止，日本和中国分别开展的3次海域天然气水合物试采都聚焦在埋深200米左右的扩散型水合物层，该类水合物在地层中分布较为均匀，适合采用降压法开采。通过抽取开采井中的流体而使水合物沉积层降压，水合物分解后气体由开采井产出，同时产出的还有水及细沙。该法经实践证明可行、可持续开采，但由于扩散型水合物在地层中的饱和度低，一般为20％～40％，且降压法开采还受水合物储层传质传热效率的影响，产气效率较低，与投入的巨大资金量相比，经济效益极低，要实现产业化开采还有一段很长的路要走。而且，降压法开采极易造成地层出砂，堵塞产气管道，日本的两次海域水合物试采都由于砂堵塞了管道而被迫终止。

与扩散型水合物相比，浅表层水合物则有其独特的资源优势。其能量密度更高，饱和度为35％～100％，如果找到大片的块状水合物，厚度可达20米以上，类似海底冰山，有巨大的资源量和开采价值。然而，由于受开采技术制约，国际上尚未进行过任何浅表层块状水合物试采尝试，开采基础理论尚不清楚，技术装备仍是空白。

浅表层块状水合物埋层浅、局部纯度高但矿体不连续的特点，其开采技术与扩散型水合物完全不同，单纯的降压法并不适合块状水合物的开采。从目前的深海科技水平看，块状水合物最有效的开采方法是机械采掘法，但该法涉及到一系列的技术难点，如：水合物覆盖层(通常5～20米)快速剥离问题、块状水合物的破碎问题、水合物浆体(含砂、水)抽吸技术、提升过程管道中有相变的气液固多相流动问题、气-水-砂泥的三相分离和砂泥的回填问题、气体快速收集与存储问题、排采区回填问题等，都是急需解决的关键技术问题。

发明内容

本发明针对海洋浅表层块状水合物开采存在的水合物覆盖层快速剥离、破碎以及抽吸的技术难题，提出一套完整的基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，可实现海洋浅表层块状水合物大规模的连续开采。

本发明是采用以下的技术方案实现的：基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，包括表层沉积物剥离单元、块状水合物采掘单元、水下中继站、动力举升单元和水面支持单元；

所述表层沉积物剥离单元用以实现在可控条件下对浅层水合物上覆泥质层的高效清除或转移，采用铰吸式剥离机剥离表层沉积物，剥离后的区域为碗状矿坑；

所述块状水合物采掘单元包括海底智能采矿机，所述海底智能采矿机包括抽吸装置及套设在采矿机破碎头上的导流罩；所述导流罩用以收集破碎后漂浮的水合物块体，导流罩为向下开口的喇叭口状；所述抽吸装置设置在导流罩内，采用旋转式涡轮风扇抽吸，通过涡轮风扇的扇叶旋转将破碎头导流罩内混合物抽入海底智能采矿机内部，该工作方式一方面起到收集破碎后水合物块体的作用，一方面也能通过涡轮旋转破碎部分大块水合物，起到初级破碎的作用；

所述水下中继站设置在海底，通过柔性软管与海底智能采矿车相连，水下中继站包括泥砂分离舱和水合物分解舱，海底智能采矿车处理破碎后的含泥砂水合物浆体首先通过柔性软管泵入泥砂分离舱，泥砂分离舱的入口端设置有进料阀；由于粗砂、水合物块和水的密度存在明显差异，利用离心机的原理，在泥砂分离舱内设置有一旋流除砂器，旋流除砂器的外侧设置有一储砂罐，泥砂水合物浆体在旋流除砂器内旋转时泥砂被甩至除砂器外侧，进入储砂罐，水合物块体和部分海水进入水合物分解舱，准备下一步操作。

所述水下中继站通过动力举升单元与水面支持单元相连，所述水面支持单元包括水合物开采工程船和液化天然气制备与储运船；所述水合物开采工程船为大型工程船并具有水合物开采配套装备，且在水合物开采工程船上设置有月池和A架收放系统，所述水合物开采配套装备包括复合集成缆及收放缆车、软管收放绞车、硬管连接与收放机架、气液固二次处理装置、泥砂暂存料斗以及天然气中转站；

所述动力举升单元包括举升硬管，所述举升硬管的下端与水下中继站相连，举升硬管的上端与平台月池上部的提升装置相连，与举升硬管同步连接有动力通信电缆，动力通信电缆通过卡子固定在举升硬管外壁上，通过动力通信电缆给水下中继站提供动力，水下中继站上端通过硬管与采矿船甲板的水合物三相分离装置连接，所述举升硬管下端与中继站水合物分解舱的出口连接，上端与水面支持系统的提升装置连接固定，与油嘴相连排出水合物分解产生的气体；

所述举升硬管由内外两层结构构成，包括外层隔水管和内层油管及连接管，所述油管与连接管上下连接，连接管外径小于油管内径，连接管与油管之间通过一带孔锥面相连，所述隔水管与油管同心安装形成的环空为水相流通通道，油管内部为气相流动通道。为了实现从水下中继站流出的气水两相的高效分离，本方案做如下特殊设计：所述举升硬管下端安装有电泵电机，在电泵一级入口上方与外层隔水管之间的环空安装下封隔器，在油管下端与隔水管形成的环空之间安装上封隔器，所述上封隔器为油管穿越封隔器，安装有单流阀的液体二次分离管路穿越上封隔器进入上封隔器上部的油管-隔水管环空，电泵电机上端螺纹外径与连接管的内径一致并采用螺纹连接，所述电泵电机向下深入水下中继站的水合物分解舱内部，电泵一级入口与水合物分解舱出口对接，电泵二级入口位于下封隔器上方，进入电泵一级入口的气-水两相经过电泵电机的分离，水相进入油管与隔水管形成的环空中，气体进入电泵电机上部的连接管，且在连接管内部设置有螺旋叶轮转子，下部来的气流推动螺旋叶轮转子高速旋转，将气流甩向四周，当气流进入大内径的油管时，气流中裹挟的水相会在离心力作用下甩向油管周围，沿着油管向下流动并穿过带孔锥面，进入电泵二级入口。

进一步的，为尽量降低分解能耗，提升分解效率，利用水合物块体密度低的特点，所述水合物分解舱内部上侧设置有一层电加热网，以激发水合物分解，水合物分解舱内还安装有一用以检测舱内进水量的液位传感器，当舱内进水量达到上限时关闭进料阀，开启电加热网，漂浮在上层的水合物块体逐渐受热分解，分解气通过单向进气阀进入储气舱，剩余海水排入储砂罐，可与分离后的泥砂一同回注地层。

进一步的，所述气液固二次处理装置包括旋流除砂器和二次水气分离器，旋流除砂器的入口与月池的气管路油嘴连接，实现气管路中泥砂的二次分离；旋流除砂器上出口与二次水气分离器的入口连接，二次水气分离器用于将气体中的剩余水分分离，二次水气分离器的上出口与天然气中转站入口连接，将经过处理的天然气输送到天然气中转站；旋流除砂器下出口与泥砂暂存料斗连接，将经过二次分离的泥砂排出至泥砂暂存料斗。

进一步的，所述矿坑的坡面角度α小于45°，以保证矿坑斜坡的稳定性。

本发明另外还提出一种基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采方法，包括以下步骤：

(1)通过水面支持单元下放表层沉积物剥离单元，设置表层沉积物剥离工作参数，根据水合物埋藏深度确定矿坑半径，抽离表层沉积物；

(2)安装块状水合物采掘单元，下方采掘机械，掘进的同时吸取从块状水合物破碎的水合物颗粒，防止破碎水合物颗粒的逸散；在采掘机械内部安装粉碎机，将吸取到采掘单元内部的天然气水合物颗粒粉碎；

(3)通过下部举升软管，将水合物浆体进行提升，提升到水下中继站，在水下中继站实现水合物-泥砂-冷海水的分离；

(4)利用上部举升硬管将水合物浆体向上举升，举升过程中水合物逐步发生分解，部分未在举升管路中分解的水合物在平台甲板进行分解；

(5)在步骤(3)同时，经水下中继站分离的泥砂通过水下中继站出口回注到水合物采掘边坡位置；

(6)当所剥离的矿坑处的水合物采掘完成后，从矿坑的边坡一侧继续步骤(1)～(5)，实现水合物的连续开采和开挖区的回填与修复。

进一步的，所述步骤(1)中，所形成矿坑的坡角不大于45°。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1.特别适合于埋藏深度小于60m的浅表层块状水合物，开采效率高，是符合块状水合物非连续分布特点的有利开采方案；

2.无需大面积剥离全部水合物矿体上部的覆盖层，一次开采仅需剥离能够满足采掘机械运动的碗状矿坑，因此第一次碗状矿坑开采完毕后，后续开采直接回填，减少了大面积剥离上覆盖层的环境风险；

3.动力举升管路与中继站的特殊配合关系以及动力举升管路的两次分离设计，从提高水合物分解效率和举升效率两方面做出考虑，充分保证水合物开采流程顺利进行。

附图说明

图1为本发明实施例所述开采系统的整体布局结构示意图；

图2为本发明实施例所述的导流罩的结构示意图；

图3为本发明实施例所述中继站与举升管路连接原理示意图；

其中，1、块状水合物采掘单元；2、水下中继站；3、动力举升单元；4、水面支持单元；5、水合物储层；6、矿坑。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1，基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，如图1所示，包括表层沉积物剥离单元、块状水合物采掘单元1、水下中继站2、动力举升单元3和水面支持单元4；

所述表层沉积物剥离单元用以实现在可控条件下对浅层水合物上覆泥质层的高效清除或转移，采用铰吸式剥离机剥离表层沉积物(<20米)，并利用抽砂泵的抽泥沙能力，将泥沙与水的混合物通过管线输送至指定位置，为保持剥离后沉积物坑洞的边坡稳定，剥离后的区域为碗状矿坑6，矿坑6的坡面角度α小于45°，铰吸式剥离机(或者称之为海底沉积物挖掘机)可以在海底行进，能够监控自己的位置和工作状态，能够识别泥质和水合物层，且具有喷冲能力强劲的特点，配合高功率抽砂泵同时工作，通过配套软管和作业船上管道结合，实现对海底泥沙的喷冲、抽吸、排放一体作业，从而高效地完成表层沉积物剥离作业；

所述块状水合物采掘单元1包括海底智能采矿机，所述海底智能采矿机包括抽吸装置及套设在采矿机破碎头7上的导流罩9，海底智能采矿机能自动行走，机动性好，能够适应海底复杂的地面状态，强度高、耐高压、耐腐蚀；所述导流罩9用以收集破碎后漂浮的水合物块体，如图2所示，导流罩9为向下开口的喇叭口状，远离采矿机的一侧直径大、倾角小，靠近采矿机的直径小、倾角大，以便于采矿机一边前进一边收集漂浮物；所述抽吸装置8设置在导流罩9内，采用旋转式涡轮风扇抽吸，通过涡轮风扇的扇叶旋转将破碎头导流罩内混合物抽入海底智能采矿机内部，该工作方式一方面起到收集破碎后水合物块体的作用，一方面也能通过涡轮旋转破碎部分大块水合物，起到初级破碎的作用；

具体在实施时，所述海底智能采矿机可采用切削螺旋滚筒截齿轧削、盘刀切削、拖刀耙削等机械式破碎剥离方法，先通过铣挖头将水合物矿体初步破碎，一方面通过导流罩阻止破碎的水合物块体上浮，另一方面，采用强力水合物浆体吸取技术及时吸入到海底智能采矿机内部仓内清洗脱泥，随后破碎的矿体经螺旋集料输送至采矿机内的破碎机进行二次破碎后，经软管输送到海底的水下中继站。

所述水下中继站设置在海底，通过柔性软管与海底智能采矿车相连，水下中继站包括泥砂分离舱和水合物分解舱，海底智能采矿车处理破碎后的含泥砂水合物浆体首先通过柔性软管泵入泥砂分离舱，泥砂分离舱的入口端设置有进料阀；由于粗砂、水合物块和水的密度存在明显差异，利用离心机的原理，在泥砂分离舱内设置有一旋流除砂器，旋流除砂器的外侧设置有一储砂罐，泥砂水合物浆体在旋流除砂器内旋转时泥砂被甩至除砂器外侧，进入储砂罐，水合物块体和部分海水进入水合物分解舱，准备下一步操作。

其中，水下中继站与海底采掘单元之间采用软管举升，软管为柔性材料，能够补偿由于采掘车运动或地形变化造成的采掘车至船体底部间距，以方便采掘车灵活移动和持续挖掘，提高采掘车的的机动性和平稳性。

另外，为尽量降低分解能耗，提升分解效率，利用水合物块体密度低的特点，如图3所示，所述水合物分解舱10内部上侧设置有一层电加热网11，以激发水合物分解，水合物分解舱10内还安装有一用以检测舱内进水量的液位传感器12，当舱内进水量达到上限时关闭进料阀，开启电加热网11，漂浮在上层的水合物块体逐渐受热分解，分解气通过中继站出口进入泵一级入口，剩余海水排入储砂罐，可与分离后的泥砂一同回注地层；

本设计具有以下优点：(1)对采矿机处理后的浆体，只需要进行中粗砂分离，粉砂粘土级的沉积物可直接在分解舱处理，并最终回注入储砂罐，降低排砂难度；(2)水合物分解舱只在上层布设电加热网，集中对浮在表面的水合物块体加热分解，既节省了加热舱内海水的能量，也有利于控制分解速度；

所述水下中继站2通过动力举升单元3与水面支持单元4相连，所述水面支持单元4包括水合物开采工程船(或平台，以下略)和液化天然气制备与储运船；所述水合物开采工程船为大型工程船并具有水合物开采配套装备，且在水合物开采工程船上设置有月池和A架收放系统，所述水合物开采配套装备包括复合集成缆及收放缆车、软管收放绞车、硬管连接与收放机架、气液固二次处理装置、泥砂暂存料斗以及天然气中转站；

其中，所述气液固二次处理装置包括旋流除砂器和二次水气分离器，旋流除砂器的入口与月池的气管路油嘴连接，实现气管路中泥砂的二次分离；旋流除砂器上出口与二次水气分离器的入口相连，二次水气分离器用于将气体中的剩余水分分离，二次水气分离器的上出口与天然气中转站入口连接，将经过处理的天然气输送到天然气中转站；旋流除砂器下出口与泥砂暂存料斗连接，将经过二次分离的泥砂排出至泥砂暂存料斗。

所述水合物开采工程船用以实现以下功能：(1)在预定海况条件下，从水面将表层沉积物剥离单元、块状水合物采掘单元、水下中继站和动力举升单元及辅助设施安全地布放到海底水合物开采作业点；(2)实现对海底机械工作状况的监控及远程操作；(3)作业完成后能够将海底装备安全地回收到水面水合物开采工程船上来；(4)实现采出天然气的二级处理，给液化天然气制备与储运船供气；(5)实现少量天然气暂存；所述液化天然气制备与储运船实现以下功能：(1)快速将采出天然气液化并储存；(2)间断轮流向陆地运输液化天然气。

所述动力举升单元包括举升硬管，所述举升硬管的下端与水下中继站相连，举升硬管的上端与平台月池上部的提升装置相连，与举升硬管同步连接有动力通信电缆，动力通信电缆通过卡子固定在举升硬管外壁上，通过动力通信电缆给水下中继站提供动力，水下中继站上端通过举升硬管与采矿船甲板的提升装置连接。

所述举升硬管由内外两层结构构成，如图3所示，包括外层隔水管13和内层油管14及连接管15，所述油管14与连接管15上下连接，连接管15外径小于油管14内径，连接管15与油管14之间通过一带孔锥面20相连，所述隔水管13与油管14同心安装形成的环空为水相流通通道，油管14内部为气相流动通道；为了实现从水下中继站流出的气水两相的高效分离，本方案做如下特殊设计：所述举升硬管下端安装有电泵电机16，电泵电机16出口与连接管15螺纹连接，所述电泵电机16向下深入水下中继站的水合物分解舱10内部，电泵一级入口17与水合物分解舱出口22对接，在电泵一级入口17上方与隔水管13之间的环空安装有下封隔器19，在油管14下端与隔水管13形成的环空之间安装有上封隔器23，所述上封隔器23为油管穿越封隔器，安装有单流阀24的液体二次分离管路25穿越上封隔器23进入上封隔器上部的水相流通通道，电泵二级入口18位于下封隔器19上方，进入电泵一级入口17的气-水两相经过电泵电机16的分离，水相进入油管与隔水管形成的环空中，气体进入电泵电机上部的连接管15，且在连接管15内部设置有螺旋叶轮转子，下部来的气流推动螺旋叶轮转子高速旋转，将气流甩向四周，当气流进入大内径的油管时，气流中裹挟的水相会在离心力作用下甩向油管周围，沿着油管向下流动并穿过带孔锥面，进入电泵二级入口。

动力举升单元特殊的设计方式，具有以下优势：(1)电泵电机深入中继站水合物分解舱内部，一方面电机发热助于水合物分解，实现废物利用，另一方面水合物分解冷却电机，防止电机温度过高，实现水合物分解举升过程的良性循环；(2)电泵电机气液分离与连接管-油管特殊设计作用下的二次气液分离，有助于提高气液分离效率。

实施例2，基于实施例1所述的基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统的开采方法，其基本原来为：(1)首先采用海底采矿/挖掘多用车将海底表层沉积物剥离，露出可燃冰矿体；(2)接着用采矿车采掘块状水合物，经过脱泥、破碎，同时用强力吸取技术将水合物浆体通过软管输送到海底中继仓里；(3)在中继仓里水合物浆体经过搅拌、静置后，浆体中的泥沙与纯水合物分层，将纯化后的水合物浆体通过输送管道中由高压泵将其提升到海面的采矿船甲板的水合物分解仓中分解；(4)通过三相分离装置，实现气液固(残余的黏土级悬浮体)的三相分离，液固经处理后达到环保要求排放，气体通过干燥、液化后收集与存储。

具体包括以下步骤：

(1)通过水面支持单元下放表层沉积物剥离单元，设置表层沉积物剥离工作参数，根据水合物埋藏深度确定矿坑半径，抽离表层沉积物；

(2)安装块状水合物采掘单元，下方采掘机械，掘进的同时吸取从块状水合物破碎的水合物颗粒，防止破碎水合物颗粒的逸散；在采掘机械内部安装粉碎机，将吸取到采掘单元内部的天然气水合物颗粒粉碎；

(3)通过下部举升软管，将水合物浆体进行提升，提升到水下中继站，在水下中继站实现水合物-泥砂-冷海水的分离；

(4)利用上部举升硬管将水合物浆体向上举升，举升过程中水合物逐步发生分解，部分未在举升管路中分解的水合物在平台甲板进行分解；

(5)在步骤(3)同时，经水下中继站分离的泥砂通过水下中继站出口回注到水合物采掘边坡位置；

(6)当所剥离的矿坑处的水合物采掘完成后，从矿坑的边坡一侧继续步骤(1)～(5)，实现水合物的连续开采和开挖区的回填与修复。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，其特征在于，包括表层沉积物剥离单元、块状水合物采掘单元(1)、水下中继站(2)、动力举升单元(3)和水面支持单元(4)；

所述表层沉积物剥离单元用以实现在可控条件下对浅层水合物上覆泥质层的高效清除或转移，采用铰吸式剥离机剥离表层沉积物，剥离后的区域为碗状矿坑(6)；

所述块状水合物采掘单元(1)包括海底智能采矿机，所述海底智能采矿机包括抽吸装置及套设在采矿机破碎头(7)上的导流罩(9)，所述导流罩(9)用以收集破碎后漂浮的水合物块体，导流罩(9)为向下开口的喇叭口状；所述抽吸装置(8)设置在导流罩(9)内，采用旋转式涡轮风扇抽吸，通过涡轮风扇的扇叶旋转将破碎头导流罩内混合物抽入海底智能采矿机内部；

所述水下中继站设置在海底，通过柔性软管与海底智能采矿车相连，水下中继站包括泥砂分离舱和水合物分解舱，海底智能采矿车处理破碎后的含泥砂水合物浆体首先通过柔性软管泵入泥砂分离舱，泥砂分离舱的入口端设置有进料阀；在泥砂分离舱内设置有一旋流除砂器，旋流除砂器的外侧设置有一储砂罐，泥砂水合物浆体在旋流除砂器内旋转时泥砂被甩至除砂器外侧，进入储砂罐，水合物块体和部分海水进入水合物分解舱；

所述水下中继站(2)通过动力举升单元(3)与水面支持单元(4)相连，所述水面支持单元(4)包括水合物开采工程船和液化天然气制备与储运船；所述水合物开采工程船为大型工程船并具有水合物开采配套装备，且在水合物开采工程船上设置有月池和A架收放系统，所述水合物开采配套装备包括复合集成缆及收放缆车、软管收放绞车、硬管连接与收放机架、气液固二次处理装置、泥砂暂存料斗以及天然气中转站；

所述动力举升单元包括举升硬管，所述举升硬管的下端与水下中继站相连，举升硬管的上端与平台月池上部的提升装置相连，与举升硬管同步连接有动力通信电缆，通过动力通信电缆给水下中继站提供动力，水下中继站上端通过硬管与采矿船甲板的水合物三相分离装置连接，所述举升硬管下端与中继站水合物分解舱的出口连接，上端与水面支持系统的提升装置连接固定，并与月池的气管路油嘴相连排出水合物分解产生的气体；

所述举升硬管由内外两层结构构成，包括外层隔水管(13)和内层油管(14)及连接管(15)，所述油管(14)与连接管(15)上下连接，连接管(15)外径小于油管(14)内径，连接管(15)与油管(14)之间通过一带孔锥面(20)相连，所述隔水管(13)与油管(14)同心安装形成的环空为水相流通通道，油管(14)内部为气相流动通道；所述举升硬管下端安装有电泵电机(16)，电泵电机(16)出口与连接管(15)螺纹连接，所述电泵电机(16)向下深入水下中继站的水合物分解舱(10)内部，电泵一级入口(17)与水合物分解舱出口(22)对接，在电泵一级入口(17)上方与隔水管(13)之间的环空安装有下封隔器(19)，在油管(14)下端与隔水管(13)形成的环空之间安装有上封隔器(23)，所述上封隔器(23)为油管穿越封隔器，安装有单流阀(24)的液体二次分离管路(25)穿越上封隔器(23)进入上封隔器上部的水相流通通道，电泵二级入口(18)位于下封隔器(19)上方，进入电泵一级入口(17)的气-水两相经过电泵电机(16)的分离，水相进入油管与隔水管形成的环空中，气体进入电泵电机上部的连接管(15)，且在连接管(15)内部设置有螺旋叶轮转子。

2.根据权利要求1所述的基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，其特征在于：所述水合物分解舱(10)内部上侧设置有一层电加热网(11)，以激发水合物分解，水合物分解舱(10)内还安装有一用以检测舱内进水量的液位传感器(12)，当舱内进水量达到上限时关闭进料阀，开启电加热网(11)，漂浮在上层的水合物块体逐渐受热分解。

3.根据权利要求1所述的基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，其特征在于：所述气液固二次处理装置包括旋流除砂器和二次水气分离器，旋流除砂器的入口与月池的气管路油嘴连接，实现气管路中泥砂的二次分离；旋流除砂器上出口与二次水气分离器的入口连接，二次水气分离器用于将气体中的剩余水分分离，二次水气分离器的上出口与天然气中转站入口连接，将经过处理的天然气输送到天然气中转站；旋流除砂器下出口与泥砂暂存料斗连接，将经过二次分离的泥砂排出至泥砂暂存料斗。

4.根据权利要求1所述的基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采系统，其特征在于：所述矿坑(6)的坡面角度α小于45°。

5.基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过水面支持单元下放表层沉积物剥离单元，设置表层沉积物剥离工作参数，根据水合物埋藏深度确定矿坑半径，抽离表层沉积物；

(2)安装块状水合物采掘单元，下方采掘机械，掘进的同时吸取从块状水合物破碎的水合物颗粒，防止破碎水合物颗粒的逸散；在采掘机械内部安装粉碎机，将吸取到采掘单元内部的天然气水合物颗粒粉碎；

(3)通过下部举升软管，将水合物浆体进行提升，提升到水下中继站，在水下中继站实现水合物-泥砂-冷海水的分离；

(4)利用上部举升硬管将水合物浆体向上举升，举升过程中水合物逐步发生分解，部分未在举升管路中分解的水合物在平台甲板进行分解；

(5)在步骤(3)同时，经水下中继站分离的泥砂通过水下中继站出口回注到水合物采掘边坡位置；

(6)当所剥离的矿坑处的水合物采掘完成后，从矿坑的边坡一侧继续步骤(1)～(5)，实现水合物的连续开采和开挖区的回填与修复。

6.根据权利要求1所述的基于海洋浅表层块状水合物固体采掘的开采方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所形成矿坑的坡角不大于45°。