RU140374U1

RU140374U1 - DEVICE FOR GAS FLOW CAPTURE WHEN DEVELOPING HYDROGEN DEPOSITS AT THE BOTTOM OF RESERVOIRS

Info

Publication number: RU140374U1
Application number: RU2013149075/03U
Authority: RU
Inventors: Виктор Петрович Носов
Original assignee: Виктор Петрович Носов
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-05-10

Abstract

Устройство для улавливания газового потока при разработке газогидратных залежей на дне водоемов, включающее как минимум один газосборник, выполненный в виде усеченного конуса, над вершиной которого установлено средство для отвода газообразного продукта, а тело имеет сетчатый каркас с диаметром ячеек не более 0,5 см, покрытый обрастателями - живыми биоорганизмами водоемов, начальным звеном пищевой базы для развития которых являются метанотрофные бактерии.A device for capturing a gas stream during the development of gas hydrate deposits at the bottom of water bodies, including at least one gas collector made in the form of a truncated cone, over the top of which a means for removing the gaseous product is installed, and the body has a mesh frame with a cell diameter of not more than 0.5 cm, covered with fouling - living bio-organisms of water bodies, the initial link of the food base for the development of which are methanotrophic bacteria.

Description

Полезная модель относится к газовой отрасли горнодобывающей промышленности и может быть использована при разработке газогидратных залежей под морским дном.The utility model relates to the gas industry of the mining industry and can be used in the development of gas hydrate deposits under the seabed.

Залежи твердых газогидратов (ТГ), основным компонентом которых является метан, считают важнейшим потенциальным источником углеводородного сырья для энергетики и химической переработки. Огромные запасы ТГ сосредоточены в придонных областях глубоких озер, морей и океанов на глубине от десятков до нескольких тысяч метров.Deposits of solid gas hydrates (TG), the main component of which is methane, are considered the most important potential source of hydrocarbon raw materials for energy and chemical processing. Huge reserves of TG are concentrated in the bottom areas of deep lakes, seas and oceans at a depth of tens to several thousand meters.

В основе способов разработки в большинстве случаев лежат стандартные операции, включающие активацию газоносного слоя, улавливание выделяющегося газа, отбор свободно всплывающего газа с использованием различных систем и доставка его на пункт хранения или переработки, при этом в качестве системы улавливания используют устанавливаемые на дне газосборники различной конструкции (а.с. СССР №1498908, п. РФ №2026964, №2066367, п.п. США №5950732, №6299256).The development methods in most cases are based on standard operations, including activation of the gas-bearing layer, capture of the evolved gas, selection of free-floating gas using various systems and its delivery to the storage or processing point, while bottom-mounted gas collectors of various designs are used as the capture system (USSR AS No. 1498908, Russian Federation No. 2026964, No. 2066367, United States No. 5950732, No. 6299256).

Известно устройство сбора метана воронкообразной формы, устанавливаемое над газоносным слоем и включающее средство интенсификации разложения газоносного слоя. В качестве активатора разложения используют теплую воду, инжектируемую в газоносный слой (з. JP №2001-280055).A funnel-shaped methane collecting device is known to be installed above the gas-bearing layer and including means for intensifying decomposition of the gas-bearing layer. As the decomposition activator, warm water is injected into the gas-bearing layer (c. JP No. 2001-280055).

Известен ряд устройств улавливания газа со дна водоемов, выполненных в виде гибкого полотна (листа), устанавливаемого на поверхности газоносного слоя. Полотно выполнено с возможностью отвода собранного газа и снабжено средствами погружения, расположенными по периметру полотна (з. JP №2000-282775, п. US №6192691). Аналогичное решение предложено в п. США №6299256.There are a number of devices for collecting gas from the bottom of reservoirs, made in the form of a flexible canvas (sheet) installed on the surface of the gas-bearing layer. The canvas is made with the possibility of removal of the collected gas and is equipped with immersion tools located along the perimeter of the canvas (s. JP No. 2000-282775, p. US No. 6192691). A similar solution is proposed in US No. 6299256.

Известно устройство сбора пузырьков газа, выделяющихся из газогидратного пласта, включающее конусообразный или куполообразный газосборник, снабженный в верхней части трубопроводом с системой сбора газа и хранения до момента транспортировки, выбранное в качестве прототипа (п. РФ №2078199, E21B 43/01).A device is known for collecting gas bubbles emitted from a gas hydrate formation, including a cone-shaped or domed gas collector, equipped in the upper part with a pipeline with a gas collection and storage system until transportation, selected as a prototype (Russian Federation No. 2078199, E21B 43/01).

Задача полезной модели состоит в разработке газоулавливающей системы новой конструкции, используемой при добыче метана из газогидратной залежи со дна водоемов.The objective of the utility model is to develop a gas-collecting system of a new design used in the extraction of methane from a gas hydrate deposit from the bottom of water bodies.

Технический результат - улучшение экологического состояния моря, снижение ущерба, причиняемого флоре и фауне моря при разработке месторождения; расширение функциональных возможностей системы, упрощение конструкции и стоимости оборудования.EFFECT: improvement of the ecological state of the sea, reduction of damage caused to the flora and fauna of the sea during field development; expanding the functionality of the system, simplifying the design and cost of equipment.

Поставленная задача решается предлагаемой системой улавливания газового потока со дна водоемов при разработке газогидратных залежей, включающей систему интенсификации разложения газогидрата и как минимум один газосборник, выполненный в виде усеченного конуса, над вершиной которого установлено средство для отвода газообразного продукта, а тело имеет сетчатый каркас с диаметром ячеек не более 0,5 см (может 0,5-1,0 см), покрытый обрастателями, обеспечивающими герметичность тела каркаса.The problem is solved by the proposed system for capturing gas flow from the bottom of reservoirs when developing gas hydrate deposits, including a system for intensifying the decomposition of gas hydrate and at least one gas collector made in the form of a truncated cone, over the top of which there is a means for venting a gaseous product, and the body has a mesh frame with a diameter of cells not more than 0.5 cm (maybe 0.5-1.0 cm), covered with fouling, ensuring the integrity of the frame body.

В основе предлагаемой конструкции газосборника лежит использование известного (как правило нежелательного) процесса обрастания любых поверхностей, погруженных в море (http://www.fegi.ru/primorye/sea/obrast.htm) для создания газонепроницаемости стенок газосборника, которое в заявляемом случае усиливается за счет использования свободно всплывающего метана в качестве основы создания кормовой базы для роста обрастателей, обеспечивающих герметичность тела каркаса.The proposed design of the gas collector is based on the use of the well-known (usually undesirable) process of fouling of any surfaces submerged in the sea (http://www.fegi.ru/primorye/sea/obrast.htm) to create a gas-tight wall of the gas collector, which in the present case enhanced by the use of free-floating methane as the basis for creating a food base for the growth of fouling, ensuring the integrity of the frame body.

Покрываясь обрастателями (бактериальная пленка, беспозвоночные фильтрующие моллюски и водоросли и другие обитатели водоемов), тело каркаса через определенное время, которое зависит от гидрологических и гидродинамических условий места установки, при постоянном потоке метана, являющимся питательной средой для метанотрофных бактерии, белок которых в свою очередь служит начальным звеном в пищевой цепи для развития колоний обрастателей (Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии http://old.inmi.ru/mb_part16.php), набирает вес и толщину стенки газосборника от 5 до 10 см, которая обеспечит надежность и прочность конструкции газосборника.Covered with fouling (bacterial film, invertebrate filtering mollusks and algae and other inhabitants of water bodies), the body of the frame after a certain time, which depends on the hydrological and hydrodynamic conditions of the installation site, with a constant flow of methane, which is a nutrient medium for methanotrophic bacteria, the protein of which in turn serves as an initial link in the food chain for the development of fouling colonies (Galchenko V.F. Metanotrophic bacteria http://old.inmi.ru/mb_part16.php), gains weight and wall thickness of the gas collector from 5 to 10 cm, which will ensure reliability and structural strength of the gas collector.

В зависимости от глубины установки газосборник может состоять из нескольких последовательно расположенных друг над другом конусов, при этом установку каждого последующего конуса целесообразнее осуществлять по мере набора прочности предыдущего. Таким образом появляется возможность варьирования размерами газосборника в соответствии с гидродинамическими и гидрологическими условиями акватории.Depending on the installation depth, the gas collector may consist of several cones located one above the other, and it is more expedient to install each subsequent cone as the strength of the previous one increases. Thus, it becomes possible to vary the dimensions of the gas collector in accordance with the hydrodynamic and hydrological conditions of the water area.

Материал каркаса газосборника может быть любым, пригодным для морских условий, например, углеволокно, стекловолокно на эпоксидной основе, прочные полимеры и т.д, а в качестве материала тела конуса может быть использована, например, сеть из капрона, лески, пеньки и подобных легких материалов с диаметром ячейки не более 5 мм. Размер ячейки сети обусловлен диаметром пузырьков метана и его поверхностным натяжением при контакте с ячейкой сети. Пузырьки мельче 3 мм будут свободно проникать сквозь сеть и составлять пищу бактериям. Пузырьки до 5 мм будут цепляться за сеть и тоже составлять пищу бактериям, а пузырьки 5 мм и более будут отталкиваться от сети и катиться вверх по внутренне стенке концентратора, постепенно увеличиваясь в размере и теряя силу поверхностного натяжения разрываться на множество мелких пузырьков, которые в свою очередь будут повторять тот же путь. Этот процесс будет повторяться многократно до выхода газа из воды на поверхность и на каждом этапе до 10% метана будет «просачиваться» сквозь сеть, создавая на наружной поверхности сети пищевую бактериальную пленку - основу питания последующих слоев обрастателей.The frame material of the gas collector can be any suitable for marine conditions, for example, carbon fiber, epoxy fiberglass, durable polymers, etc., and as a material for the body of the cone, for example, a network of nylon, fishing line, hemp and similar lungs can be used. materials with a cell diameter of not more than 5 mm. The size of the network cell is determined by the diameter of the methane bubbles and its surface tension upon contact with the network cell. Bubbles smaller than 3 mm will freely penetrate the network and make up food for bacteria. Bubbles up to 5 mm will cling to the net and also make up food for bacteria, and bubbles of 5 mm or more will repel from the net and roll up the inner wall of the concentrator, gradually increasing in size and losing the force of surface tension to burst into many small bubbles, which in their the queue will repeat the same path. This process will be repeated many times until the gas escapes from the water to the surface and at each stage up to 10% of methane will “leak” through the network, creating a food-grade bacterial film on the outer surface of the network - the basis of nutrition for subsequent layers of fouling.

На стадии установки газосборника к основанию каркаса присоединяют грузы, обеспечивающие первоначально его устойчивое положение, а для предотвращения провисания стенок конуса поверхность конуса снабжают поплавками, которые впоследствии могут быть удалены. Количество тех и других рассчитывают стандартным образом с учетом давления и температуры выходящего газа, плавучести сети, течения на глубине, размера поплавков.At the stage of installation of the gas collector, weights are attached to the base of the frame, initially ensuring its stable position, and to prevent sagging of the walls of the cone, the surface of the cone is provided with floats, which can subsequently be removed. The number of those and others is calculated in a standard way, taking into account the pressure and temperature of the outgoing gas, the buoyancy of the network, the flow at a depth, the size of the floats.

В качестве средства для отвода выходящего из вершины газосборника газа можно использовать любые известные системы, устанавливаемые над вершиной газосборника, например, надводную газовую платформу, снабженную подводным «куполом» для сбора свободно выходящего из газосборника метана, или установив над вершиной воронкообразную систему, направлять газовый поток по трубопроводу в место сбора.As a means for exhausting the gas leaving the top of the gas collector, you can use any known system installed above the top of the gas collector, for example, a surface gas platform equipped with an underwater “dome” to collect methane freely leaving the gas collector, or by installing a funnel-shaped system above the top to direct the gas flow by pipeline to the collection point.

Система интенсификации газовыделения разрабатываемого слоя также может быть выполнена любым известным способом с применением любого приемлемого в данных конкретных условиях добычи средство. Однако, поскольку процесс формирования герметичного каркаса достаточно продолжителен, целесообразнее использовать для этого волоконный лазер с манипулятором. Лазер устанавливают либо на плавающей платформе либо на земле, а манипулятор, установленный на грунте в строго определенном, расчетном от формы газогидратной залежи, положении по кабелю, восходящему с наружной стороны газосборника, присоединяется к пульту управления объемом выхода метана (http://www.ntoirepolus.ru/products_poweerful.html).The system of intensification of gas evolution of the developed layer can also be performed by any known method using any means acceptable under these specific production conditions. However, since the process of forming a sealed skeleton is quite long, it is more expedient to use a fiber laser with a manipulator for this. The laser is installed either on a floating platform or on the ground, and a manipulator mounted on the ground in a strictly defined, calculated from the shape of the gas hydrate reservoir, cable position ascending from the outside of the gas collector is connected to the control panel of the methane output volume (http: // www. ntoirepolus.ru/products_poweerful.html).

Газосборник может быть дополнительно оборудован датчиками температуры, солености, концентрации кислорода, скорости течения для наблюдения и корректировки процессов обрастания и контроля за газовыделением.The gas collector can be additionally equipped with sensors for temperature, salinity, oxygen concentration, flow rate to monitor and adjust fouling processes and control gas evolution.

Монтаж конструкции газосборника системы улавливания осуществляют над местом установки системы улавливания и способ его установки на дно будет определяться гидродинамическими условиями места установки (глубинные течения, явления плотностной и температурной стратификации вод, процессы турбулентной диффузии и др.).Installation of the gas collector design of the capture system is carried out above the installation site of the capture system and the method of its installation at the bottom will be determined by the hydrodynamic conditions of the installation site (deep currents, phenomena of density and temperature stratification of water, turbulent diffusion processes, etc.).

Например, при глубине установки системы улавливания 700 метров, первоначально установливают сетчатый каркас усеченного конуса высотой, например, 200 метров и углом наклона 45° к основанию. При диаметре основания 1000 метров, высоте 200 метров и с углом наклона 45°, верхний диаметр первого конуса будет 600 метров. Установка второго усеченного конуса высотой 150 метров и углом наклона 45° даст нам верхний диаметр второго усеченного конуса - 350 метров. Установка третьего усеченного конуса высотой 150 метров и углом наклона 45° даст верхний диаметр третьего усеченного конуса - 100 метров, над которым после завершения формирования герметичного каркаса устанавливают систему отвода выделяющегося газа. Установку каждого последующего конуса осуществляют в зависимости от набора прочности предыдущего приблизительно через 3-4 месяца в зависимости от сезонности, гидродинамических и гидрологических условий места постановки.For example, at a depth of installation of the capture system of 700 meters, a truncated cone mesh frame with a height of, for example, 200 meters and an angle of inclination of 45 ° to the base is initially installed. With a base diameter of 1000 meters, a height of 200 meters and a tilt angle of 45 °, the top diameter of the first cone will be 600 meters. Installation of the second truncated cone with a height of 150 meters and an angle of inclination of 45 ° will give us the upper diameter of the second truncated cone - 350 meters. The installation of a third truncated cone with a height of 150 meters and an angle of inclination of 45 ° will give the upper diameter of the third truncated cone - 100 meters, over which, after the formation of the sealed frame is completed, a system for evacuating gas is installed. The installation of each subsequent cone is carried out depending on the strength set of the previous one after about 3-4 months, depending on the seasonality, hydrodynamic and hydrological conditions of the location.

Таким образом, предлагаемая система улавливания газового потока за счет конструкции газосборника системы, поверхность которого выполнена из живых биоорганизмов, позволяет не только достичь заявленного технического результата, но одновременно может служить кормовой базой для различных видов рыб, увеличивая рыбные ресурсы района.Thus, the proposed system for capturing the gas flow due to the design of the gas collector system, the surface of which is made of living bioorganisms, allows not only to achieve the claimed technical result, but at the same time it can serve as a food base for various types of fish, increasing the fish resources of the region.

Claims

A device for capturing a gas stream during the development of gas hydrate deposits at the bottom of water bodies, including at least one gas collector made in the form of a truncated cone, over the top of which a means for removing the gaseous product is installed, and the body has a mesh frame with a cell diameter of not more than 0.5 cm, covered with fouling - living bio-organisms of water bodies, the initial link of the food base for the development of which are methanotrophic bacteria.