DE10141896A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung und Förderung von Gashydraten und Gasen aus Gashydraten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung und Förderung von Gashydraten und Gasen aus Gashydraten

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DE10141896A1
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Juergen Graen-Heedfeld
Adam Hadulla
Stefan Schlueter
Heyko Juergen Schultz
Tim Schulzke
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und Förderung von in Gashydraten enthaltenen Gasen und Gashydraten aus Lagerstätten, die unter der Erd- oder Wasseroberfläche angeordnet sind, wobei DOLLAR A a) ein Fluid mittels mindestens einer Abströmvorrichtung, die von oberhalb der Erd- oder Wasseroberfläche bis in die Lagerstätte hineinreicht, eingeführt wird, DOLLAR A b) das Fluid das Gashydrat mindestens teilweise destabilisiert, so daß das Gas entweicht und DOLLAR A c) das entweichende Gas und/oder das Gashydrat über mindestens einen Aufströmer, der von der Lagerstätte bis über die Erd- oder Wasseroberfläche führt, abgeführt wird.

Description

  • Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung und Förderung von brennbarem, kohlenwasserstoffhaltigem Gas und Gashydrat aus Gashydratlagerstätten aller Art zwecks stofflicher und energetischer Nutzung. Hauptsächlicher Einsatzzweck ist dabei der Tiefseeabbau von Methangas aus submarinen Gashydratlagerstätten sowie Permafrostgebieten. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die zugehörige Vorrichtung. Das Verfahren arbeitet unter Nutzung des Mammut-Pumpen-Prinzips. Zudem kann eine präventive Entfernung von instabilem oder metastabilem Gashydrat aus ökologischen und sicherheitstechnischen Gründen mit der Erfindung durchgeführt werden.
  • Gashydrate sind feste, eisförmige Käfigstrukturen, in denen Gasmoleküle von einem "Käfig" aus Wassermolekülen eingeschlossen sind. Diese Verbindungen werden chemisch zu den Clathraten gezählt. Die Palette der möglichen eingeschlossenen Gasmoleküle ist breit, CO2, H2S, einfache Kohlenwasserstoffe wie Methan, wobei Methanhydrat den größten Anteil an den Gashydraten (90%) stellt und ökonomisch und ökologisch am interessantesten ist. In einem Kubikmeter Methanhydrat sind unter Standardbedingungen ca. 164 Normkubikmeter gasförmigen Methans und ca. 0,8 Normkubikmeter flüssigen Wassers enthalten. Die Schätzungen der weltweiten Gashydratvorkommen schwanken zwischen 3 und 7600 Billiarden m3. Bisher vorliegende grobe Abschätzungen sprechen dafür, dass weltweit ungefähr doppelt so viel Kohlenstoff in Gashydraten vorhanden ist, wie in allen bekannten Lagerstätten fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) zusammen.
  • Gashydrate bilden sich, wenn gleichzeitig hoher Druck, niedrige Temperaturen, Gasvorkommen in ausreichender Menge sowie Wasser vorliegen. Zur Gewinnung von Gas aus Gashydraten sind grundsätzlich die folgenden Möglichkeiten geeignet:
    • 1. Absenkung des Druckes;
    • 2. Erhöhung der Temperatur;
    • 3. Zugabe von Chemikalien/Inhibitoren (Methanol, Glykol, NaCl, Spezialpolymere, etc.);
    • 4. als vierte Gewinnungsmethode ist der "bergmännische" Abbau denkbar.
  • Die Gasgewinnung kann dabei direkt vor Ort erfolgen. Alternativ hierzu ist ein bergmännischer Abbau der Gashydrate und die anschließende Gasgewinnung in einer separaten Anlage vorstellbar.
  • Man findet Gashydrate in und auf den Sedimenten des Ozeanbodens in Wassertiefen von mehr als ca. 300-500 m, je nach Breitengrad. Die untere Grenze der Gashydratstabilitätszone ist dabei durch die aus dem Erdkern aufsteigende Wärme festgelegt, welche die Clathrate destabilisiert bzw. eine Bildung verhindert. Stellenweise haben sich am Meeresgrund mehrere Meter dicke Gashydratschichten gebildet. Die Gashydrate dienen, wie aus Bohrungen bekannt ist, als Zement in den Porenräumen des Sediments, treten aber auch in Lagen oder Knollen auf. Die Sedimentschicht, die von ihnen durchdrungen ist, kann bis etwa 1000 m dick sein. Weiter findet man Gashydratvorkommen im Permafrostboden Sibiriens, Kanadas, Alaskas, etc. Die Vorkommen im Permafrost entstanden in früheren Weltmeeren und sind seither gut konserviert.
  • Neben einem enormen Energieinhalt bergen Gashydrate, speziell die unterseeischen Vorkommen ein Gefahrenpotenzial. Durch warme Untergrundströmungen können z. B. Gashydratvorkommen am und im Meeresboden destabilisiert werden. Durch eine plötzliche Freisetzung großer Mengen des in Clathraten gebundenen Gases können Erdrutsche auf dem Meeresboden und unterseeische Schlammlawinen hervorgerufen werden. Kraterfelder am Meeresgrund geben Hinweise auf die Instabilität von Gashydratadern. Diese Krater, auch "Pockmarks" genannt, können 100 bis 200 m breit und bis zu 20 m tief sein. Durch Rutschungen und explosionsartige Gasfreisetzungen könnten in Küstengebieten Tsunamis (Riesenwellen) entstehen. Die Rutschungen stellen auch für Tiefseekabel und Bohrplattformen eine Gefahr dar. Die Kommunikationsleitungen können durchtrennt und Bohrinseln durch Tsunamis zum Kentern gebracht werden. Zudem kann es durch Methangasfreisetzungen zu nachhaltig negativen ökologischen Auswirkungen kommen, da Methan als Treibhausgas starken Einfluss auf das Weltklima hat. Methan ist zwischen 20 und 60 mal klimaaktiver als CO2. Eine vermehrte Einbringung in die Atmosphäre verstärkt den Treibhauseffekt.
  • Es wird deutlich, dass die Entnahme bzw. Förderung von Gashydraten und Gas aus Gashydraten energiewirtschaftlich sehr interessant ist, ein sicherheitstechnisch anspruchsvolles Unterfangen darstellt und sowohl ökonomische als auch ökologische Belange betrifft.
  • Bisherige Ansätze zur Förderung von Gashydraten oder Gas aus Gashydraten betrachten vornehmlich den Zweck der energetischen Nutzung. Viele Verfahrensvorschläge zur Förderung sind in Bezug auf Sicherheit und Umweltschutz bedenklich.
  • Verfahren zur Gewinnung von Gashydrat oder Gas aus Gashydrat werden beispielsweise beschrieben in der WO/00 47832. Hierbei sollen Methanhydratbrocken mittels Druckluft vom Meeresboden abgerissen und durch ein sich nach oben erweiterndes Rohr zur Meeresoberfläche gefördert werden.
  • Die DE 198 49 337 A1 schlägt ein Förderverfahren vor, bei dem Methanol oder ein methanolhaltiges Gemisch in die Gashydratlagerstätte eingeleitet wird, wodurch das Hydrat aufgelöst und das in ihm gebundene Gas freigesetzt wird. Das entstehende Methanol-Gas- Wasser-Gemisch soll daraufhin gefördert werden.
  • Die JP 91 58662 empfiehlt die Einbringung von erwärmtem Meerwasser (durch die Abwärme eines am Meeresboden plazierten Kernreaktors) in eine Gashydratlagerstätte, wobei das durch Schmelzen des Gashydrats gewonnene Gas über ein zweites Bohrloch der Lagerstätte entzogen wird.
  • Aus der WO/98 44078 ist ein Verfahren bekannt zum Abbau von Oberflächengashydraten am Meeresboden, wobei verschiedene Kollektoranordnungen auf den Meeresboden aufgebracht werden können, weiche Gashydratbrocken und freigesetztes Gas aufsammeln und mit einer aufgeprägten Strömung in einer rohrartigen Anordnung an die Meeresoberfläche bringen, wo das gewonnene Gas vor Ort zum besseren Transport in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.
  • Die US 4 424 858 beschreibt eine Vorrichtung, die zwei ineinander angeordnete Rohre enthält, wovon das obere Ende des inneren Rohres unter dem Meeresspiegel liegt und Meerwasser ansaugt, welches in eine Lagerstätte gefördert wird, um dort Gashydrat aufzulösen. Das entstandene Gas wird durch das äußere Rohr an die Meeresoberfläche gefördert. Das innere Rohr kann tiefer in die Lagerstätte hineinreichen als das äußere und ist evtl. perforiert, um Gas aus verschiedenen Tiefen einsammeln zu können. Das äußere Rohr enthält noch einen unter dem Meeresspiegel liegenden für den Anfahrvorgang verschließbaren Seitenarm, um mit dem Gas emporgestiegenes abgekühltes Meerwasser wieder abzuführen.
  • Die US 4 007 787 schlägt vor, leichte, unter Lagerstättenbedingungen kein Hydrat bildende Kohlenwasserstoffe in die Lagerstätte zu fördern, um dadurch das Gas aus den Hydraten zu lösen. Eine gefrierpunkterniedrigende Zusatzsubstanz kann ebenfalls in die Lagerstätte injiziert werden, um die Gasproduktion zu beschleunigen.
  • Weiter zeigt die US 3 969 834 eine Möglichkeit auf, mittels des Airlift-Prinzips Flüssigkeiten, Suspensionen und Breie von Meeresböden und Flussbetten zu fördern. Bei der Methode wird ein Rohr von der Wasseroberfläche bis an den Grund geführt. Am unteren Ende des Rohres ist ein Sammler angebracht, der auf das zu fördernde Medium gesetzt wird und einen Seitenarm hat, wodurch Umgebungswasser angesaugt werden kann. Über ein zweites Rohr und einen Mischer wird Luft in das erste Rohr geblasen. Diese Luft steigt im Rohr auf und saugt am Boden liegendes Material mit sich.
  • Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, Gashydrate und Gase aus Gashydratschichten, vor allem Methangas wirtschaftlich und technisch wie auch ökologisch sicher und kontrolliert zu fördern. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens anzugeben.
  • Die Aufgabe wird in bezug auf das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, in bezug auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruches 14. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung sind weitreichende Vorteile verbunden.
  • Die Gewinnung von Gasen aus Gashydraten bildet eine zukunftssichere Alternative zur Nutzung herkömmlicher fossiler Rohstoffe. Die kontrollierte Destabilisierung und Nutzung von in natürlichen Gashydraten enthaltenen Methans kann die weltweite Energieversorgung langfristig stabilisieren und durch die Ersetzung anderer fossiler Brennstoffe und CO2-Minderung die globalen Klimaveränderungen verringern.
  • Die stoffliche Nutzung von kontrolliert destabilisiertem Methan aus Gashydraten kann zu einer massiven Ressourceneinsparung im Bereich der klassischen fossilen Rohstoffe wie Steinkohle und vor allem Erdöl führen.
  • Des weiteren kann mit der vorgeschlagenen Erfindung Methan präventiv aus instabilen Lagerstätten entfernt und genutzt werden und durch die Nutzung in höchst effektiven Gas und-Dampf-Kraftwerken mit Wirkungsgraden η > 50% zu einem geringeren Klimapotenzial umgewandelt werden, bevor es unkontrolliert in die Atmosphäre eintritt und womöglich Umwelt- oder Klimakatastrophen auslöst.
  • Weiter besteht die Möglichkeit, das in die Lagerstätte zu fördernde Meerwasser mit Substanzen, insbesondere CO2, anzureichern, die thermodynamisch betrachtet leichter in der Lage sind Gashydrate zu bilden als Methan und in die Methanhydratlagerstätte zu fördern. Hierdurch wird einerseits die Destabilisierung von Methanhydrat begünstigt, da sich aus thermodynamischen Gründen beispielsweise eher Kohlendioxidhydrat als Methanhydrat bildet und sich andererseits eine gleichzeitige Möglichkeit zur Verbringung und Deponierung klimaaktiver Substanzen wie insbesondere CO2 eröffnet.
  • Die Erfindung erlaubt die Gewinnung und Förderung von Gashydraten und Gas aus Gashydraten aus Gashydratlagerstätten aller Art. Auch die Förderung von ebenfalls in den Lagerstätten vorhandenen freien Gases und flüssigen Kohlenwasserstoffen kann durch die vorgeschlagene Apparatur realisiert werden.
  • Die Erfindung stellt ein konstruktiv einfaches, wirtschaftliches, sicheres, kontrollierbares und umweltfreundliches Verfahren zur Gewinnung von Gashydraten und Gas aus Gashydraten dar. Der Prozess verläuft weitgehend selbsterhaltend, ein Teil des gewonnenen Methangases kann zur Aufheizung des Umlaufwassers genutzt werden.
  • Mit der vorgeschlagenen Erfindung können nicht nur die direkt auf dem Meeresboden liegenden Vorkommen erschlossen werden, sondern ebenfalls die in tieferen Sediment- und Bodenbereichen liegenden Gashydratschichten. Auch der Abbau von Gashydrat in Permafrostgebieten ist möglich.
  • Die bei dem Abbau der im Meeresboden lagernden Gashydrate entstehende Kaverne wird mit Wasser gefüllt und deshalb mechanisch stabilisiert. Seitlich aus der Kaverne ausströmendes Lagerstättengas (Verluststrom) wird auf dem Weg durch das Sediment abgekühlt und bildet erneut Gashydrat, wodurch der Lagerstättenbereich zusätzlich zementiert und verfestigt wird. Durch die Neubildung des Gashydrats gelangt kein Verluststrom in die Atmosphäre. Die den Meeresboden bedeckenden Ökosysteme werden im Gegensatz zum Oberflächenabbau erhalten.
  • Auf die Einbringung von Chemikalien, Additiven, Inhibitoren, etc. kann verzichtet werden, der Auflösungsvorgang kann über die Nutzung anderer physikalischer Phänomene (Temperaturerhöhung, Druckabsenkung) erfolgen. Das in die Lagerstätte geförderte Meerwasser enthält gelöstes NaCl als natürlichen Hydratinhibitor, was die Destabilisierung des Gashydrats unterstützt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Abströmer koaxial im Aufströmer angeordnet ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1, bei der zusätzlich im Auffangbehälter eine spezifische Trennvorrichtung und ein Ölabscheider vorgesehen ist.
  • Fig. 3 zeigt die Ausführungsform, bei der der Auf- und Abströmer beabstandet zueinander angeordnet ist.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere Alternative der erfindungsgemäßen Lösung, bei der der Aufströmer koaxial im Abströmer angeordnet ist.
  • In Fig. 1 wird das Grundprinzip der Erfindung dargestellt. Eine Rohranordnung, hier durch eine Doppelrohranordnung 1, 2 dargestellt, wird in den Meeresboden 8 bis in die Gashydratlagerstätte 3 eingebracht. Das innere Rohr 2 kann dabei sowohl genauso lang sein wie das äußere 1 als auch länger. Es kann daher auch tiefer in den Meeresboden eingelassen sein. In Anlehnung an den Aufbau des Airlift-Schlaufenreaktors bilden die beiden Rohre den Auf- und Abströmbereich.
  • In den Fig. 1 und 2 ist das innere Rohr 2 der Abströmer, das äußere Rohr 1 der Aufströmer. Vorteile dieses Aufbaus sind die größere Auffangfläche (äußeres Rohr = Aufströmer) für das kontrolliert destabilisierte Gas 16 und ein geringerer Wärmeverlust an das umgebende Meerwasser 6, da das warme Wasser durch das innere Rohr in die Lagerstätte geführt wird und somit vom umgebenden Aufströmer gegenüber dem kälteren Meerwasser isoliert ist.
  • Die umgekehrte Strömungsführung wird in Fig. 4 dargestellt. Hier ist das äußere Rohr der Abströmer 32 und das innere Rohr der Aufströmer 33.
  • Den Boden bzw. Umlenkbereich des Airlift-Schlaufenreaktors bildet der Lagerstättenbereich 3. Den Kopf des Reaktors bildet der Gasauffangbehälter 4, welcher sowohl Bohrinsel als auch ein mobiles Bohrschiff sein kann und im folgenden auch als "Seefahrzeug" beschrieben wird.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise näher beschrieben.
  • Durch einen Wärmetauscher 24 erwärmtes Wasser (Meerwasser) wird durch den Abströmbereich in die Lagerstätte gefördert. Dort wird durch die eingebrachte Energie die Temperatur erhöht und somit das feststoffförmige Gashydrat kontrolliert destabilisiert und entgast/verdampft. Das freigesetzte Gas 16 steigt im Aufströmer auf und wird im Seefahrzeug aufgefangen und vom Wasser abgetrennt. Das gewonnene Gas kann einer direkten Verwertung, einer chemischen Umwandlung oder einer Transportvorrichtung zugeführt werden, das abgetrennte Wasser kann im Kreis gefahren und erneut in die Lagerstätte gefördert werden, wodurch weniger Heizenergie als bei der Verwendung von "frischem" Meerwasser notwendig ist. Der Prozess ist nach der Anfahrphase selbsterhaltend, da durch die entstehende Dichtedifferenz die Kreislaufströmung induziert wird. Das Ausmaß der Gasfreisetzung kann sicher über die in die Lagerstätte gebrachte Energie geregelt werden.
  • Die in Fig. 1 gezeigten zusätzlichen Details geben nähere Auskunft über den Kopfbereich 4. Ein Teil des in die Lagerstätte geförderten Wassers verbleibt dort und füllt die gebildete Kaverne auf und trägt damit zur mechanischen Stabilisierung bei. Es kommt deshalb zu einem Verlustwasserstrom, der durch einen über die Pumpe 23 in den Kopf 4 geführten Frischwasserstrom 9 ausgeglichen werden kann. Das gewonnene Produkt Gas 11 kann über das Ventil 25 einer direkten Verwertung, einer chemischen Umwandlung oder einer Transportvorrichtung zugeführt werden, ein Teilstrom des Gases 12 kann über das Ventil 26 wie hier beispielsweise in einen Brenner 13 oder anderen Energieerzeuger geleitet werden. Das heiße Verbrennungsgas 14 wird direkt oder indirekt zur Beheizung des abströmenden Wassers eingesetzt. Die alternative Erwärmung des abströmenden Wassers durch andere Beheizungsarten und Energiequellen ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung, beispielsweise ist eine Nutzung des gewonnenen Gases auch mittels einer Brennstoffzelle oder eines Gasmotors zur Erzeugung elektrischen Stroms und Wärme denkbar. Ein Flüssigkeitsüberlauf 10 bei Ventil 27 verhindert ein Volllaufen des Kopfsammeltanks 4 mit Wasser.
  • In Fig. 2 wird eine Ausführungsform gezeigt, in der der Aufbau des Seefahrzeuges verändert wurde. Fig. 2 zeigt die große Variabilität des Verfahrens und der Vorrichtung.
  • Ebenso wird in der in Fig. 2 dargestellten Variante eine mit dem gelösten Gas und Kreislaufwasser aufsteigende Feststoffphase 17 berücksichtigt, die aus mit hochgerissenem festen Gashydrat und/oder Gestein und Sediment besteht. Die Feststoffteilchen treten mit Gas und Kreislaufwasser in den Sammeltank 4 des Seefahrzeugs ein und können dort durch verschiedene Trennvorrichtungen 19 abgetrennt werden. Die möglichen Trennvorrichtungen werden in Fig. 2 beispielhaft durch Trennbleche repräsentiert, die über Sedimentationsvorgänge die Feststoffpartikel sammeln und abtrennen. Der Einsatz von anderen Apparaten wie Hydrozyklonen für den hier beschriebenen Trennvorgang im dargestellten Prozess ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Über die Pumpe 28 kann eine Entfernung der Feststoffpartikel 20 aus den Sammelbereichen erfolgen. Zudem ist es möglich, die Feststoffpartikel über den Abströmer oder andere Vorrichtungen zurück in die Kaverne bzw. das Bohrloch zu geben. Eine Feststoffzugabe in den Abströmbereich führt dabei zur Erhaltung bzw. Verstärkung der den Prozess erhaltenden treibenden Dichtedifferenz. Im Aufströmer aufsteigende feste Gashydratstücke werden durch die Verringerung des hydrostatischen Druckes und durch die indirekte Aufheizung der aufsteigenden Suspension durch das erhitzte abströmende Umlaufwasser destabilisiert und lösen sich auf.
  • Gashydrate und deren Lagerstätten beinhalten oft auch längerkettige, flüssige Kohlenwasserstoffe (im folgenden als "Öle" bezeichnet). Diese Öle 18 werden unter Umständen ebenfalls mit in den Sammeltank 4 des Reaktors gefördert und schwimmen dort auf Grund ihrer geringeren Dichte auf. Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Trennvorrichtungen aller Art, die die Ölphase vom Kreislaufwasser abtrennen und über die Pumpe 29 aus dem Reaktorkopf entfernen. Das Öl kann über die Ölabfuhr 22 einer direkten Verwendung, einer chemischen Umwandlung oder einer Transportvorrichtung zugeführt werden. Die Trennvorrichtung wird in Fig. 2 exemplarisch durch einen Ölfang mit Trennblechen dargestellt.
  • Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Isolierung der einzelnen Reaktorbestandteile. Die Isolierung des Rohraufbaus ist gerade für den Einsatz der erfindungsgemäßen Fördervorrichtung im Permafrostboden von Bedeutung.
  • Die konstruktive Gestaltung von Auf- und Abströmer erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch ineinander geschobene Rohre, auch unterschiedlicher Querschnittsformen (oval, rund, eckig, rechteckig, etc.), vorzugsweise rund, vorzugsweise konzentrisch. Die Rohrdurchmesser können dabei von 1 cm bis 50 m betragen. Bevorzugt werden Dimensionen eingesetzt wie sie bisher schon aus dem Bereich der Erdölbohrungen usw. bekannt sind. Die Verwendung mehrerer parallel geschalteter Auf- und Abströmer ist möglich, genauso wie die Nutzung von Satellitenbohrungen, d. h. Bohrlöchern in räumlichem Abstand zur Hauptbohrstelle, zur zusätzlichen, einseitigen Förderung von zur Hydratdestabilisierung erwärmtem Wasser in die Gashydratlagerstätte.
  • Die Destabilisierung der Gashydrate in der Lagerstätte kann durch die erfindungsgemäße Fördervorrichtung neben der Temperaturerhöhung zudem durch Druckerniedrigung (Anlegen von Unterdruck) und Einsatz von (chemischen und physikalischen) destabilisierend wirkenden Zusatzstoffen geschehen. Diese Möglichkeiten sind gerade auch für den Anfahrvorgang denkbar, prinzipiell für den selbsterhaltenden Prozess nach dem Mammut-Pumpen-Prinzip jedoch nicht notwendig. Für die Anfahrphase sind außerdem die mit 30 gekennzeichneten unterstützenden Pumpvorrichtungen vorzusehen.
  • Ein Verstopfen des Aufströmbereiches durch sich im Rohr aus aufströmendem Gas und Wasser bildendem Gashydrat (bei örtlichem Eintreten der Bildungsbedingungen) wird durch den günstigen konstruktiven Aufbau verhindert, da das abströmende warme Umlaufwasser indirekt zur Erwärmung des Aufströmbereiches beiträgt, die Gashydratbildungsbedingungen folglich vermieden werden.
  • Die konstruktive Gestaltung der Rohranordnung kann verschiedenartig sein, solange sie gemäß dem Mammut- Pumpen-Prinzip ausgeführt wird und ist ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung. Die Rohranordnung von Auf- und Abströmbereich kann z. B. wie bereits erwähnt und in Fig. 1 und 2 dargestellt Doppelrohranordnung sein, beispielsweise aber auch durch eine Anordnung ausgeführt werden, bei der die Rohre räumlich voneinander getrennt sind (Fig. 3). Dabei können Auf- und Abströmbereich auch an unterschiedlichen, räumlich voneinander getrennten Orten in die Lagerstätte hineinreichen (zwei oder mehrere getrennte Bohrlöcher), so dass es an der Stelle, an der der Abströmer in die Lagerstätte taucht, zu der kontrollierten Destabilisierung kommt, das freigesetzte Gas durch die Lagerstätte strömt und durch das Aufströmerbohrloch in den Kopf geleitet wird. Auf diese Weise wird ein Zusammenwirken der Auf- und Abströmer erzielt.

Claims (29)

1. Verfahren zur Gewinnung und Förderung von in Gashydraten enthaltenen Gasen und Gashydraten aus Lagerstätten die unter der Erd- oder Wassseroberfläche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
a) daß ein Fluid mittels mindestens einer Abströmvorrichtung, die von oberhalb der Erd- oder Wasseroberfläche bis in die Lagerstätte hineinreicht, eingeführt wird,
b) daß das Fluid das Gashydrat mindestens teilweise destabilisiert, so daß das Gas entweicht,
c) daß das entweichende Gas und/oder das Gashydrat über mindestens einen Aufströmer der von der Lagerstätte bis über die Erd- oder Wasseroberfläche führt, abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Aufströmer aufsteigende Gas und/oder Gashydrat in einen über der Erd- oder Wasseroberfläche liegenden Auffangbehälter geführt und das Gas vom Wasser getrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Trennung von mitgeführten Feststoffen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Trennung von Stoffen mit geringerer Dichte als Wasser, insbesondere Ölen, erfolgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid Meerwasser, Oberflächenwasser, Grundwasser, geschmolzenes Eis oder geschmolzener Schnee, verwendet wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fluid Zusatzstoffe wie CO2 zugeführt werden, die leichter Gashydrate bilden als Methan.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid vor der Zuführung in den Abströmer erwärmt wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Gas zumindest teilweise zur Erwärmung des Fluids verwendet wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Gase und/oder Gashydrate aus Gashydratschichten, die auf und im Meeresboden liegen, gewonnen und gefördert werden.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Gase und/oder Gashydrate aus Gashydratschichten, die in Sediment- und/oder Bodenbereichen liegen, gewonnen und gefördert werden.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Auf- und/oder Abströmer Hohlkörper, insbesondere Rohre verwendet werden.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Förderung der Gase und/oder Gashydrate in den Gashydratschichten eine Kaverne gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne durch Erzeugung eines Unterdruckes, Erwärmung oder bergmännischer Aushöhlung durch chemische Zusatzstoffe, gebildet wird.
14. Vorrichtung zur Gewinnung und Förderung von in Gashydraten eingeschlossenen Gasen und Gashydraten aus Lagerstätten, die unterhalb der Erd- oder Wasseroberfläche angeordnet sind, bestehend aus einem Abströmer in dem ein Fluid den Gashydraten zugeführt wird und einem Aufströmer zum Auffangen des abgetrennten Gases und/oder Gashydrates, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Abströmer (2, 32), dessen kopfseitiges Ende über der Erd- oder Wasseroberfläche (5) liegt und der bis in die Lagerstätten (3) der Gashydrate hineinreicht, und
mindestens einem Aufströmer (1, 33) der kopfseitig über der Erd- oder Wasseroberfläche (5) mit einem Gasauffangbehälter (4) verbunden ist und der bis zu den Lagerstätten (3) der Gashydrate führt, zusammenwirkend angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (4) mit einer Feststofftrenneinrichtung (19) versehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (4) mit einer Ölabscheidetrennvorrichtung (21) versehen ist.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauffangbehälter (4) in Form einer Bohrinsel ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasauffangbehälter (4) in Form eines Bohrschiffes ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmer (2, 32) kopfseitig mit einem Wärmetauscher (24) verbunden ist.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmer (2, 32) kopfseitig mit einem Energieerzeuger (13) verbunden ist.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf- und/oder Abströmer (1, 2, 32, 33) rohrförmig ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt oval, rund oder eckig ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohres im Bereich von 1 cm bis 50 m ist.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Abströmers (2) kleiner ist, als der Querschnitt des Aufströmers (1).
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmer (2) konzentrisch oder exzentrisch im Aufströmer (1) angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmer (32) einen größeren Durchmesser als der Aufströmer (33) aufweist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufströmer (33) konzentrisch oder exzentrisch im Abströmer (32) angeordnet ist.
28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf- und Abströmer beabstandet zueinander angeordnet sind.
29. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf- und/oder Abströmer (1, 2, 32, 33) und/oder der Auffangbehälter (4) zumindest teilweise isoliert ist.
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