CN111648749A - 一种海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统及开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统及开采方法。所述海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统包括采气船以及设于所述采气船上的海水泵输装置、加热装置、管输装置、喷射装置、收集装置、分离装置和储存装置；海水泵输装置的出口与所述加热装置连接；管输装置包括一内管和套于其外部的外管，内管的一端与加热装置连通，另一端配合喷射装置，外管的一端与分离装置连通，另一端配合收集装置；分离装置的天然气出口与压缩装置连通，压缩装置的出口与储存装置连通。本发明可以解决常规建井开采水合物单井采收率的问题，能够为商业化开采天然气水合物提供一种全新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统及开采方法，属于能源与环境技术领域。
背景技术
天然气水合物是一种新型的高效清洁能源，是世界各国力争的未来能源战略制高点和科技创新前沿，长期以来其高效开采方法没有根本突破和创新。我国南海天然气水合物资源前景广阔，约85万亿方，是全国陆地常规天然气总储量的2.12倍。我国已经获取的海域天然气水合物样品主要分布在海底表层的泥质粉砂泥岩或弱胶结、欠压实的泥岩中。世界天然气水合物开采方法主要是通过降压、注热、注剂等常规油气开采方法将其井下气化后排采，该技术已经在冻土区和海域得到短期科研验证，但均面临防控砂、连续排采困难导致单井采收率极低，商业化、规模化开发难以实现。如何实现海洋浅表层天然气水合物经济高效的开采，是本领域面临的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统及开采方法，旨在为海洋浅表层天然气水合物的开采提供一种经济高效的开发方法。
本发明所提供的海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统，包括采气船以及设于所述采气船上的海水泵输装置、加热装置、管输装置、喷射装置、收集装置、分离装置和储存装置；
所述海水泵输装置的出口与所述加热装置连接；
所述管输装置包括一内管和套于其外部的外管，所述内管的一端与所述加热装置连通，另一端配合所述喷射装置，所述外管的一端与所述分离装置连通，另一端配合所述收集装置；
所述分离装置的天然气出口与压缩装置连通，所述压缩装置的出口与所述储存装置连通。
上述的移动立管式开采系统中，所述加热装置还与所述储存装置连通，以将开采的天然气加热海水，无需额外能量来加热海水。
上述的移动立管式开采系统中，所述管输装置由设于所述采气船上的提升装置固定，以调整所述管输装置的位置和深度。
上述的移动立管式开采系统中，所述内管外包裹有隔热材料，从而减少热量的传递，达到保持温度的作用。
上述的移动立管式开采系统中，所述收集装置的边缘采用船形结构，以减少海底障碍物对于所述收集装置的阻碍。
上述的移动立管式开采系统中，所述收集装置外接于所述外管上，设置为标准重量，以方便设计制造；
所述收集装置可以防止水合物分解后的天然气外泄，导致采气船无法正常运行和污染海洋环境。
基于所述开采系统，本发明还提供了一种海底浅表层天然气水合物开采方法，包括如下步骤：
(1)利用所述移动立管式开采系统中的所述海水泵输装置将海水泵送至所述加热装置中进行加热；
(2)经所述加热装置加热后的热水经所述管输装置的所述内管注入海底，然后利用所述喷射装置喷射至海底浅表层天然气水合物中以分解天然气水合物释放天然气；
(3)释放后的天然气经所述收集装置收集并引导至所述外管中，经所述外管输送至所述分离装置进行分离，分离得到的水相倾倒回海，产生的气体经所述压缩装置压缩后输送至所述储存装置中储存；
经所述收集装置收集后的天然气在封闭的管道(外管)中运输从而形成气举效应，有利于外管内流体的举升回收；
(4)所述采气船缓慢移动以连续收集天然气。
上述的开采方法中，步骤(1)中，当加热海水至所需温度时，向所述加热装置中加注水合物抑制剂，以防止气体在所述收集装置下方进行气体水合物重整。
本发明具有如下有益效果：
(1)安全性能高
本发明避免了常规钻井方式开采天然气水合物需要在海中建井所面临的安全问题，大大提升了开采天然气水合物的安全系数。
(2)经济价值高
本发明可以解决常规建井开采水合物单井采收率的问题，能够为商业化开采天然气水合物提供一种全新的思路。
附图说明
图1是本发明海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统的结构示意图。
图中各标记如下：
1.海平面，2.海水泵输装置，3.加热装置，4.提升装置，5.分离装置，6.压缩装置，7.储气罐，8.排水管道，9.采气船，10.管输装置，11.海底表层水合物，12.内管，13.外管，14.收集装置，15.喷射装置，16.天然气。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明提供的海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统，包括采气船9以及设于采气船9上的海水泵输装置2、加热装置3、管输装置10、喷射装置15、收集装置14、分离装置5和储气罐7。
海水泵输装置2的入口延伸至海平面以下，出口与加热装置3连接，从而将海水泵送至加热装置3中进行加热。管输装置10包由提升装置4固定，以调整其位置和深度。管输装置10包括一内管12和套于其外部的外管13，内管12的一端与加热装置3连通，另一端配合喷射装置15，外管的13一端与分离装置5连通，另一端配合收集装置14。内管12外包裹有隔热材料，从而减少热量的传递，达到保持温度的作用。分离装置5的天然气出口与压缩装置6连通，压缩装置6的出口与储气罐7连通，储气罐7上设置排水管道8，储气罐7还与加热装置3连通，以为加热装置3提供能量加热海水。
上述开采系统中，为了减少海底障碍物对于收集装置14的阻碍，将收集装置14的边缘设置为船形结构。收集装置14外接于外管13上，设置为标准重量，以方便设计制造。收集装置14可以防止水合物分解后的天然气外泄，导致采气船无法正常运行和污染海洋环境。
利用本发明开采系统进行海底浅表层天然气水合物开采时，可按照下述步骤进行：
(1)启动采气船9上的海水泵输装置2，将海水由海平面1输泵送到加热装置2中，在加热装置2中利用采出的部分天然气，将水加热同时加注适量的天然气水合物生成抑制剂。
(2)启动管输装置10从内管12将热水注入海底。
(3)利用喷射装置15，以将水高速喷射到海底表层水合物11中。来自喷嘴的热水分解水合物以释放出天然气16。
(4)通过收集装置14收集释放的天然气16并将其引导到管输装置10的外管13中，天然气16在封闭的外管13中运输从而形成气举效应，有利于天然气16的举升回收。
(5)到达采气船9后，所产生的气-水混合物被分离装置5分离，水相排入海中。启动压缩装置6将分离出的天然气压缩，并输送至储气罐7中，在储气罐7中的一部分气体被引导至加热装置3用来加热海水，剩余的气体被储存。
采气船6缓慢移动以连续收集气体。
Claims (8)
1.一种海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统，包括采气船以及设于所述采气船上的海水泵输装置、加热装置、管输装置、喷射装置、收集装置、分离装置和储存装置；
所述海水泵输装置的出口与所述加热装置连接；
所述管输装置包括一内管和套于其外部的外管，所述内管的一端与所述加热装置连通，另一端配合所述喷射装置，所述外管的一端与所述分离装置连通，另一端配合所述收集装置；
所述分离装置的天然气出口与压缩装置连通，所述压缩装置的出口与所述储存装置连通。
2.根据权利要求1所述的移动立管式开采系统，其特征在于：所述加热装置还与所述储存装置连通。
3.根据权利要求1或2所述的移动立管式开采系统，其特征在于：所述管输装置由设于所述采气船上的提升装置固定，以调整所述管输装置的位置和深度。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的移动立管式开采系统，其特征在于：所述内管外包裹有隔热材料。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的移动立管式开采系统，其特征在于：所述收集装置的边缘采用船形结构。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的移动立管式开采系统，其特征在于：所述收集装置外接于所述外管上。
7.一种海底浅表层天然气水合物开采方法，包括如下步骤：
(1)利用权利要求1-6中任一项所述移动立管式开采系统中的所述海水泵输装置将海水泵送至所述加热装置中进行加热；
(2)经所述加热装置加热后的热水经所述管输装置的所述内管注入海底，然后利用所述喷射装置喷射至海底浅表层天然气水合物中以分解天然气水合物释放天然气；
(3)释放后的天然气经所述收集装置收集并引导至所述外管中，经所述外管输送至所述分离装置进行分离，分离得到的水相倾倒回海，产生的气体经所述压缩装置压缩后输送至所述储存装置中储存；
(4)所述采气船缓慢移动以连续收集天然气。
8.根据权利要求7所述的开采方法，其特征在于：步骤(1)中，当加热海水至所需温度时，向所述加热装置中加注水合物抑制剂。
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