WO2018171067A1 - 一种海洋非成岩天然气水合物藏开采系统及其开采工艺 - Google Patents
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Classifications
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- E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
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Definitions
- the present invention relates to the field of unconventional oil and gas resource bursting technology, and in particular to a marine non-diagenetic natural gas hydrate reservoir and a mining system thereof.
- non-diagenetic gas hydrate refers to: When the solid gas hydrate ore body is decomposed, the natural gas escapes, and the remainder has no formed rock skeleton (ie, non-diagenetic), but water and sediment (mostly A mixture of loose fine sands, often expressed as a mixed slurry of sand-water that can flow. Or in other words, the so-called non-diagenetic natural gas hydrate is that sand grains are present in a dispersed form in natural gas hydrates.
- the conventional method of picking up gas hydrate reservoirs is a gas hydrate deposit having a certain closed cap layer by means of pressure reduction, heat injection, and injection. It is decomposed into gas and water in the formation, and the decomposed gas flows into the wellbore through the pore channel in the rock skeleton, and then is sent to the ground gas storage device for collection.
- This method can only be adapted to the bursting of diagenetic gas hydrates (ie, natural gas hydrates stored in the pores of formed rock).
- Patent CN103628844A proposes a green mining method for shallow non-diagenetic gas hydrates in the deep seabed
- the invention extracts the natural gas hydrate reservoir in a solid state, collects and pulverizes the solid matter containing the natural gas hydrate into particulate matter, and mixes the seawater and the particulate matter by ejector to form a gas-liquid-solid multiphase mixture flow, and finally delivers Separate from the drilling platform to obtain natural gas.
- this method can effectively avoid the massive decomposition, gasification and free release of weakly cemented natural gas hydrates in the shallow seabed, it avoids geological disasters such as submarine landslides to some extent.
- the channels formed during the mining process will also cause the geological structure to be evacuated, resulting in no submarine strata. Stable, resulting in geological disasters such as seabed subsidence, collapse and submarine landslides.
- the present invention proposes a mining system and a process flow for a shallow non-diagenetic gas hydrate reservoir in the seabed, which solves the above problems more practically, perfectly and conveniently.
- the object of the present invention is to overcome the shortcomings of the prior art, and provide a marine non-diagenetic natural gas hydrate storage system and a mining process thereof, which avoids formation deficit and seabed subsidence collapse caused by conventional mining technology. Risks such as geological landslides.
- a marine non-diagenetic natural gas hydrate reservoir mining system comprising a drilling and mining platform, a well access channel and a production main channel connected in sequence, the two main channels of the production
- the mining roadway includes the mined roadway, the mining work roadway and the roadway to be plucked, the boring equipment is placed in the mining work roadway, and the backfilling equipment is placed in the culvert roadway.
- the backfilling apparatus includes a carbon dioxide hydrate preparation device and a filling device, the filling device is disposed at the end, the carbon dioxide hydrate preparation device is disposed thereafter, and the backfilling device is connected to the rear end of the mining equipment.
- the mining equipment includes a shield device, a secondary crushing device, a decomposition device, and a natural gas separation and conveying device, which are sequentially disposed from the front to the rear, and the natural gas separation and conveying device is connected to the drilling and mining platform, and the natural gas is separated and A carbon dioxide hydrate preparation device for backfilling equipment is also connected to the conveying device.
- the well access channel includes a well inlet riser column section and an entry well formation passage section, and enters the well riser column section The end is connected to the drilling and mining platform, the lower end of the inlet riser pipe section is connected with the access formation channel section, and the access formation channel section is connected with the production main channel.
- the main production channel is formed by a shield, and the production main channel is in a horizontal state or a tilted state or a curved state, and the specific shape is determined by the orientation of the production layer, and the cross-sectional shape of the main production channel is circular or rectangular or Other forms
- the mining roadway is formed by a shield, and the mining roadway is horizontal or inclined or curved, and the specific shape is determined by the orientation of the production layer, and the cross-sectional shape of the mining roadway is circular or rectangular or other shapes.
- a marine non-diagenetic gas hydrate reservoir mining system, the mining process steps are:
- the phase mixture flow, the gas-liquid-solid multi-phase mixture flow is transported to the natural gas separation and conveying device for separation, and the separated natural gas is transported to the drilling and mining platform through the access well channel section and the inlet riser pipe section for collection, after separating the natural gas.
- the remaining portion of the gas-liquid multiphase mixture stream is a slurry, and the remaining slurry is extracted into a slurry temporary storage tank disposed on the surface of the seabed;
- the mining equipment is used to form a mining work roadway through the shield device to the mining roadway on both sides of the main production channel.
- the shield device pulverizes, collects and transports the solid matter containing the natural gas hydrate to the secondary crushing device, and the secondary crushing device secondarily pulverizes the transported material into a particulate matter, twice
- the crushing device transports the particulate matter to the decomposition device to be decomposed into a gas-liquid solid multiphase mixture stream, and the gas-liquid solid multiphase mixture flow is transported to the natural gas separation and conveying device for separation into natural gas and slurry, and the separated natural gas passes through the well formation.
- the channel section and the inlet riser column section are transported to the drilling platform for collection, and the remaining slurry is transported to the carbon dioxide hydrate preparation device, and carbon dioxide is mixed with the input from the drilling platform to prepare a solid carbon dioxide hydrate and transported to Filling device [0019] S4, backfilling, after the mining work roadway is finished, the mining equipment is withdrawn from it and moved to the next roadway to be mined for mining, and the mining work roadway becomes the already-empty roadway, solid carbon dioxide
- the hydrate is transported to the filling device, and the solid carbon dioxide hydrate is filled into the already-collected roadway by the filling device to fill it;
- the production main channel constructs a production main channel in a horizontal direction along the middle of the production layer at the beginning of the production.
- the present invention has the following advantages: (1) The present application can ensure the seabed well by preparing the remaining slurry after separating the natural gas into a solid carbon dioxide hydrate and backfilling it into the cavity that has been extracted from the seabed.
- the stability of the geological structure can achieve safe mining, avoiding the formation loss caused by conventional mining methods, possible seafloor subsidence, subsidence and geological landslide;
- This application uses shield reverse stratification
- the mining mode makes the mining, secondary crushing, decomposition and separation of non-diagenetic gas hydrates under controlled conditions. There will be no large-scale escape of natural gas, no damage to the seabed ecological environment, and no pollution to the atmosphere. Will not cause a greenhouse effect.
- FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the present invention
- 1_drilling platform 2_inlet channel, 201_inlet riser column section, 202_in-situ stratigraphic channel section, 3—production main channel, 4-mining roadway, 401—caught roadway, 402—Excavation work roadway, 403_ mining roadway, 5_ ⁇ mining equipment, 501_ shield device, 502_ secondary crushing device, 503 _ decomposition device, 504_natural gas separation and conveying device, 6_backfill equipment, 601 _ Carbon dioxide hydrate preparation device, 602_ filling device, 7_ seabed surface, 8_ sea surface, 9_ slurry temporary storage tank.
- Embodiments of the invention Embodiments of the invention
- a marine non-diagenetic gas hydrate reservoir mining system includes a drilling and mining platform 1, a well access channel 2 and a production main channel 3, which are connected in sequence, and both sides of the production main channel 3
- the mining roadway 4 includes the mined roadway 401, the mining work roadway 402 and the to-be-mined roadway 403, and the mining work roadway 402 is provided with the mining equipment 5, the mined roadway
- a backfilling device 6 is placed in the 401.
- the backfilling device 6 includes a carbon dioxide hydrate preparation device 601 and a filling device 601.
- the filling device 602 is disposed at the end, and the carbon dioxide hydrate preparation device 601 is disposed behind the backfilling device 6 and the crucible.
- the rear end of the mining equipment 5 is connected so that the mining equipment 5 is at the same level as the mining equipment, and the backfilling equipment 6 can recover the remaining slurry.
- the mining equipment 5 includes a shield device 501, a secondary crushing device 502, a decomposition device 503, and a natural gas separation and conveying device 504, which are sequentially disposed from the front to the rear, and the natural gas separation and conveying device 504 is connected to the drilling platform.
- a carbon dioxide hydrate preparation device 601 of the backfilling device 6 is also connected to the natural gas separation and delivery device 504.
- the carbon dioxide hydrate preparation device 601 is used to prepare carbon dioxide hydrate as a filler for the filling device 602.
- the inlet passage 2 includes an inlet riser column section 201 and an entry formation passage section 202, and an upper end of the inlet riser column section 201 is connected to the drilling and mining platform 1, and the lower end of the inlet riser column section 201 and the incoming formation
- the passage section 202 is in communication with the incoming formation passage section 202 being in communication with the production main passage 3.
- a marine non-diagenetic gas hydrate reservoir mining system, the mining process steps are:
- the gas-liquid-solid multiphase mixture stream is then transported to a natural gas separation and delivery unit 504 for separation, and the separated natural gas passes through the well formation passage section 202 and the inlet well.
- the water pipe column section 201 is transported to the drilling and mining platform 1 for collection, and the remaining slurry is extracted into the slurry temporary storage tank 9 disposed on the surface 7 of the seabed, that is, the remaining slurry produced by the main channel 3 of the mining production is transported.
- the shield device 501 pulverizes, collects and transports the natural gas hydrate-containing solid material into the secondary crushing device 502, and the secondary crushing device 502 transports the The material is subjected to secondary pulverization and becomes particulate matter, and the secondary crushing device 502 transports the particulate matter to the decomposition device 503 to be decomposed into a gas-liquid-solid multiphase mixture stream, and the gas-liquid-solid multiphase mixture stream is transported to the natural gas separation and transportation.
- the device 504 is separated into natural gas and a slurry, and the separated natural gas is transported to the drilling platform 1 through the inlet formation channel section 20 2 and the inlet riser column section 201 for collection, and the remaining slurry is transported to the carbon dioxide hydrate preparation device 601. Medium, carbon dioxide is mixed with the input from the drilling platform 1 to prepare a solid carbon dioxide hydrate and transported to the filling device. 602, that is, the remaining slurry produced by the mining roadway 4 ⁇ is directly transferred to the backfilling device 6;
- the shape of the inlet passage 2, the production main passage 3, and the mining roadway 4 may be horizontal, may be inclined, or may be curved, and the cross-sectional shape of the three may be a circle. Shaped, it can be rectangular or it can be other shapes.
- the inlet passage 2 may be composed only of the riser column section 201, may be composed only of the inlet formation passage section 202, or may be formed by a combination of the two.
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Abstract
一种海洋非成岩天然气水合物藏开采系统及开采工艺被公开。该系统包括依次相连的钻采平台（1）、入井通道（2）和生产主通道（3），在生产主通道（3）的两侧开有与之连通的采掘巷道（4），生产主通道（3）通过开采装备（5）开采，采掘巷道（4）通过开采装备开采后再通过回填装备（6）回填。该开采工艺建造入井通道（2），建造生产主通道（3），安装开采装备（5）和回填装备（6），分巷道开采水合物矿体，进行二次破碎与分解，分离的天然气输送至钻采平台（1），将剩余浆体与二氧化碳混合，制备固态二氧化碳水合物，并回填至已采空巷道（401），如此循环，至所有产层开采完毕。该开采系统和开采工艺能保持海底地质构造稳定，避免了常规开采法可能出现的海床沉降，塌陷和地质滑坡等风险。
Description
发明名称：一种海洋非成岩天然气水合物藏幵釆系统及其幵釆工艺 技术领域
[0001] 本发明涉及非常规油气资源幵发技术领域， 特别是一种海洋非成岩天然气水合 物藏幵采系统及其幵采工艺。
背景技术
[0002] 天然气水合物由于其能量密度高， 效率高， 属于清洁能源， 且海洋资源储量特 大， 尤其是海洋非成岩天然气水合物藏特别丰富， 因此目前全世界已经将其作 为能源幵发的一个重要研究方向， 并且投巨资在进行勘探与幵发方面的科学与 技术研究。 这在 《国家中长期科学和技术发展规划纲要 （2006— 2020) 》 的重 点领域中已经有明确说明"天然气水合物技术是前沿技术领域"。
[0003] 所谓非成岩天然气水合物是指： 当固态的天然气水合物矿体分解后， 天然气逸 出， 其剩余物没有成形的岩石骨架 （即非成岩） ， 而是水和沉积物 （多为松散 的细沙） 的混合体， 常常表现为沙-水的混合浆体， 可以流动。 或者换句话说， 所谓非成岩天然气水合物就是沙粒以分散形式赋存于天然气水合物中。
[0004] 所谓天然气水合物藏的常规幵采方法 （如降压法、 注热法和注剂法） 是采用降 压、 注热、 注剂等方式将具有一定密闭盖层的天然气水合物矿藏在地层中分解 为气体和水， 分解后的气体通过岩石骨架中的孔隙通道流入井筒， 再输送至地 面储气设备进行收集。 这种方法只能适应于成岩天然气水合物 （即储藏于成形 的岩石孔隙中的天然气水合物） 的幵发。
[0005] 如果采用降压法、 注热法或注剂法等常规方法幵采非成岩天然气水合物藏， 一 旦天然气采出后， 因天然气在地层中占有一定的空间体积， 必然会导致地层亏 空。 如果采用降压排水采气， 由于水的排出或浆体的排出， 地层亏空会更大。 所以， 对于常规幵采方法而言， 大规模地商业化幵采， 必然导致地层亏空， 极 易出现海床沉降、 或塌陷、 或海底滑坡等地质灾害， 严重吋甚至会导致海啸。
[0006] 此外， 二氧化碳置换法， 也只能幵采与二氧化碳有接触表面的非成岩天然气水 合物藏。 由于接触面上置换的深度很小， 也不适合于大规模的商业化幵采。
[0007] 专利 CN103628844A提出"深海海底中浅层非成岩天然气水合物的绿色幵采方法
"， 该发明以固态形式采掘所述天然气水合物藏， 将含有天然气水合物的固体物 质进行收集并粉碎为颗粒物， 将海水与颗粒物通过引射混合， 形成气液固多相 混合物流， 最后输送到钻采平台进行分离， 获取天然气。 这种方法虽然能够有 效地避免深海海底浅层的弱胶结的天然气水合物的大量分解、 气化和自由释放 ， 从一定程度上避免了海底滑坡等地质灾害， 但在长期的大规模幵采中， 特别 是海底中浅层非成岩天然气水合物藏的幵采， 在幵采过程中所形成的通道， 同 样会使地质结构变得疏散， 导致海底地层不稳定， 从而出现海床沉降、 坍塌以 及海底滑坡等地质灾害。
[0008] 为此， 本发明提出了一种海底中浅层非成岩天然气水合物藏的幵采系统与工艺 流程， 比较实用、 完美和方便地解决了上述问题。
技术问题
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点， 提供一种海洋非成岩天然气水合物藏 幵采系统及其幵采工艺， 避免常规幵采工艺所导致的地层亏空、 海床沉降塌陷 以及地质滑坡等风险。
问题的解决方案
技术解决方案
[0010] 本发明的目的通过以下技术方案来实现： 一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采 系统， 包括依次连接的钻采平台、 入井通道和生产主通道， 所述的生产主通道 的两侧设置有多个与之相连通的采掘巷道， 采掘巷道包括已采空巷道、 采掘工 作巷道和待幵采巷道， 采掘工作巷道中放置有幵采装备， 已采空巷道中放置有 回填装备， 所述的回填装备包括二氧化碳水合物制备装置和填充装置， 填充装 置设置在端头， 二氧化碳水合物制备装置设置在其后， 回填装备与幵采装备的 后端相连。
[0011] 所述的幵采装备包括从前往后依次设置的盾构装置、 二次破碎装置、 分解装置 和天然气分离与输送装置， 天然气分离与输送装置连接在钻采平台上， 在天然 气分离与输送装置上还连接有回填装备的二氧化碳水合物制备装置。
[0012] 所述的入井通道包括入井隔水管柱段和入井地层通道段， 入井隔水管柱段的上
端连接在钻采平台上， 入井隔水管柱段的下端与入井地层通道段相连通， 入井 地层通道段与生产主通道相连通。
[0013] 所述的生产主通道为盾构形成的， 生产主通道为水平态或倾斜态或弯曲态， 其 具体形态由产层走向确定， 生产主通道的横截面形状为圆形或矩形或其他形态
[0014] 所述的采掘巷道为盾构形成的， 采掘巷道为水平态或倾斜态或弯曲态， 其具体 形态由产层走向确定， 采掘巷道的横截面形状为圆形或矩形或其他形状。
[0015] 一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统的幵采工艺， 幵采工艺步骤为：
[0016] Sl、 建立基础设施， 在海面上建立钻采平台， 在钻采平台的下方设置与之连接 的入井隔水管柱段， 入井隔水管柱段的下端直至海床表面， 放入幵采装备， 幵 采装备中的盾构装置建造入井地层通道段；
[0017] S2、 生产主通道的形成及生产主通道的幵采， 通过幵采装备中的盾构装置沿产 层方向建造生产主通道， 此吋， 盾构装置将含天然气水合物的固体物质进行粉 碎、 收集并运送至二次破碎装置中， 二次破碎装置再对运送来的物质进行二次 粉碎并使之成为颗粒物， 二次破碎装置将颗粒物运送至分解装置中分解成气液 固多相混合物流， 气液固多相混合物流再被运送至天然气分离与输送装置进行 分离， 分离后的天然气通过入井地层通道段和入井隔水管柱段输送至钻采平台 上进行收集， 分离天然气后的气液多相混合物流剩余部分为浆体， 剩余浆体被 抽取至设置在海床表面上的浆体暂存罐中；
[0018] S3、 采掘巷道的形成及采掘巷道的幵采， 在生产主通道形成一段后， 幵采装备 通过盾构装置向生产主通道的两侧的待幵采巷道进行幵采形成采掘工作巷道， 此吋， 盾构装置将含天然气水合物的固体物质进行粉碎、 收集并运送至二次破 碎装置中， 二次破碎装置再对运送来的物质进行二次粉碎并使之成为颗粒物， 二次破碎装置将颗粒物运送至分解装置中分解成气液固多相混合物流， 气液固 多相混合物流再被运送至天然气分离与输送装置进行分离成天然气和浆体， 分 离后的天然气通过入井地层通道段和入井隔水管柱段输送至钻采平台上进行收 集， 剩余浆体被转运至二氧化碳水合物制备装置中， 从钻采平台输入二氧化碳 与之混合， 制备形成固态二氧化碳水合物， 并转运至填充装置；
[0019] S4、 回填， 当采掘工作巷道幵采完毕后， 幵采装备从其中退出并移向下一个待 幵采巷道进行幵采， 此吋的采掘工作巷道变为已采空巷道， 固态二氧化碳水合 物被转运至填充装置， 并通过填充装置将固态二氧化碳水合物填充至已幵采巷 道中将其填满；
[0020] S5、 当生产主通道幵采完毕后， 将海床表面上的浆体暂存罐中的浆体导入固态 二氧化碳水合物制备装置， 制备形成固态二氧化碳水合物， 并转运至填充装置 ， 回填至已幵采完毕的生产主通道， 重复上述工艺步骤， 进行逆向分层建造新 的生产主通道， 直至所有产层幵采完毕。
[0021] 所述的生产主通道在最幵始幵采吋沿产层中部的水平方向建造生产主通道。
发明的有益效果
有益效果
[0022] 本发明具有以下优点： （1) 本申请由于把分离天然气后的剩余浆体制备成了 固态的二氧化碳水合物， 并回填到了海底已幵采的空腔内， 能很好地保证海底 地质构造的稳定， 能实现安全幵采， 避免了常规幵采方法所导致的地层亏空、 可能出现的海底沉降、 塌陷和地质滑坡等风险； （2) 本申请由于采用了盾构式 逆向分层幵采模式， 使得非成岩天然气水合物的采掘、 二次破碎、 分解和分离 都是在可控条件下进行的， 不会出现天然气大量逸出， 不会破坏海底生态环境 ， 不会污染大气层， 不会造成温室效应。
对附图的简要说明
附图说明
[0023] 图 1为本发明的一个实施例示意图；
[0024] 图中， 1_钻采平台， 2_入井通道， 201_入井隔水管柱段， 202_入井地层通 道段， 3—生产主通道， 4一采掘巷道， 401—已采空巷道， 402—采掘工作巷道 ， 403_待采掘巷道， 5_幵采装备， 501_盾构装置， 502_二次破碎装置， 503 _分解装置， 504_天然气分离与输送装置， 6_回填装备， 601_二氧化碳水合 物制备装置， 602_填充装置， 7_海床表面， 8_海面， 9_浆体暂存罐。
本发明的实施方式
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步的描述， 本发明的保护范围不局限于以下所述
[0026] 如图 1所示， 一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统， 包括依次连接的钻采 平台 1、 入井通道 2和生产主通道 3， 所述的生产主通道 3的两侧设置有多个与之 相连通的采掘巷道 4， 采掘巷道 4包括已采空巷道 401、 采掘工作巷道 402和待幵 采巷道 403， 采掘工作巷道 402中放置有幵采装备 5， 已采空巷道 401中放置有回 填装备 6， 所述的回填装备 6包括二氧化碳水合物制备装置 601和填充装置 601， 填充装置 602设置在端头， 二氧化碳水合物制备装置 601设置在其后， 回填装备 6 与幵采装备 5的后端相连， 使得幵采装备 5在幵采的同吋， 回填装备 6能及吋地将 剩余浆体回收。
[0027] 所述的幵采装备 5包括从前往后依次设置的盾构装置 501、 二次破碎装置 502、 分解装置 503和天然气分离与输送装置 504， 天然气分离与输送装置 504连接在钻 采平台 1上， 在天然气分离与输送装置 504上还连接有回填装备 6的二氧化碳水合 物制备装置 601。 二氧化碳水合物制备装置 601用于制备二氧化碳水合物， 作为 填充装置 602的填充料。
[0028] 所述的入井通道 2包括入井隔水管柱段 201和入井地层通道段 202， 入井隔水管 柱段 201的上端连接在钻采平台 1上， 入井隔水管柱段 201的下端与入井地层通道 段 202相连通， 入井地层通道段 202与生产主通道 3相连通。
[0029] 一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统的幵采工艺， 幵采工艺步骤为：
[0030] Sl、 建立基础设施， 在海面 8上建立钻采平台 1， 在钻采平台 1的下方沿 Z方向设 置与之连接的垂直的入井隔水管柱段 201， 入井隔水管柱段 201的下端直至海床 表面 7， 放入幵采装备 5， 幵采装备 5中的盾构装置 501沿 Z方向建造垂直的入井地 层通道段 202;
[0031] S2、 生产主通道 3的形成及生产主通道 3的幵采， 通过幵采装备 5中的盾构装置 5 01沿产层方向中部的 X方向建造生产主通道 3， 此吋， 盾构装置 501将含天然气水 合物的固体物质进行粉碎、 收集并运送至二次破碎装置 502中， 二次破碎装置 50 2再对运送来的物质进行二次粉碎并使之成为颗粒物， 二次破碎装置 502将颗粒
物运送至分解装置 503中分解成气液固多相混合物流， 气液固多相混合物流再被 运送至天然气分离与输送装置 504进行分离， 分离后的天然气通过入井地层通道 段 202和入井隔水管柱段 201输送至钻采平台 1上进行收集， 剩余浆体被抽取至设 置在海床表面 7上的浆体暂存罐 9中， 即采掘生产主通道 3吋产生的剩余浆体被转 运至浆体暂存罐 9中；
[0032] S3、 采掘巷道 4的形成及采掘巷道 4的幵采， 在生产主通道 3形成一段后， 幵采 装备 5通过盾构装置 501沿生产主通道 3的左右两侧 Y方向的待幵采巷道 403进行幵 采形成采掘工作巷道 402， 此吋， 盾构装置 501将含天然气水合物的固体物质进 行粉碎、 收集并运送至二次破碎装置 502中， 二次破碎装置 502再对运送来的物 质进行二次粉碎并使之成为颗粒物， 二次破碎装置 502将颗粒物运送至分解装置 503中分解成气液固多相混合物流， 气液固多相混合物流再被运送至天然气分离 与输送装置 504， 分离成天然气和浆体， 分离后的天然气通过入井地层通道段 20 2和入井隔水管柱段 201输送至钻采平台 1上进行收集， 剩余浆体被转运至二氧化 碳水合物制备装置 601中， 从钻采平台 1输入二氧化碳与之混合， 制备形成固态 二氧化碳水合物， 并转运至填充装置 602， 即幵采采掘巷道 4吋产生的剩余浆体 直接转运至回填设备 6中；
[0033] S4、 回填， 当采掘工作巷道 402幵采完毕后， 幵采装备 5从其中退出并移向下一 个待幵采巷道 403进行幵采， 此吋的采掘工作巷道 402变为已采空巷道 401， 固态 二氧化碳水合物被运送至填充装置 602， 并通过填充装置 602将固态二氧化碳水 合物填充至已幵采巷道 401中将其填满， 固态的二氧化碳水合物是类似于天然气 水合物的固态物质， 即将含天然气水合物的固态物质幵采后， 再重新填入固态 的二氧化碳水合物， 使海底仍为无空腔的充实结构， 能很好地保证海底地质构 造的稳定， 实现安全幵采， 避免了常规幵采方法所导致的地层亏空、 海底沉降 、 坍塌及地质滑坡等风险；
[0034] S5、 当生产主通道 3幵采完毕后， 将海床表面 7上的浆体暂存罐 9中的浆体导入 固态二氧化碳水合物制备装置 601， 制备形成固态二氧化碳水合物， 并转运至填 充装置 602， 回填至已幵采完毕的生产主通道 3， 重复上述工艺步骤， 进行逆向 分层建造新的生产主通道 3， 直至所有产层幵采完毕。
[0035] 进一步地， 所述的入井通道 2、 生产主通道 3和采掘巷道 4三者的形态可以是水 平的， 可以是倾斜的， 也可以是弯曲的， 三者的横截面形状可以是圆形的， 可 以是矩形的， 也可以是其他形状。
[0036] 进一步地， 所述的入井通道 2可以仅由隔水管柱段 201组成， 可以仅由入井地层 通道段 202组成， 也可以是二者组合形成。
[0037] 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当理解本发明并非局限于本文所披露 的形式， 不应看作是对其他实施例的排除， 而可用于各种其他组合、 修改和环 境， 并能够在本文所述构想范围内， 通过上述教导或相关领域的技术或知识进 行改动。 而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围， 则都 应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims
权利要求书
一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统， 包括依次连接的钻采平台 (1) 、 入井通道 （2) 和生产主通道 （3) ， 其特征在于： 所述的生 产主通道 （3) 的两侧设置有多个与之相连通的采掘巷道 （4) ， 采掘 巷道 （4) 包括已采空巷道 （401) 、 采掘工作巷道 （402) 和待幵采 巷道 （403) ， 采掘工作巷道 （402) 中放置有幵采装备 （5) ， 已采 空巷道 （401) 中放置有回填装备 （6) ， 所述的回填装备 （6) 包括 二氧化碳水合物制备装置 （601) 和填充装置 （602) ， 填充装置 （60 2) 设置在端头， 二氧化碳水合物制备装置 （601) 设置在其后， 回填 装备 （6) 与幵采装备 （5) 的后端相连。
根据权利要求 1所述的一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统， 其 特征在于： 所述的幵采装备 （5) 包括从前往后依次设置的盾构装置 (501) 、 二次破碎装置 （502) 、 分解装置 （503) 和天然气分离与 输送装置 （504) ， 天然气分离与输送装置 （504) 连接在钻采平台 （ 1) 上， 在天然气分离与输送装置 （504) 上还连接有回填装备 （6) 的二氧化碳水合物制备装置 （601) 。
根据权利要求 1所述的一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统， 其 特征在于： 所述的入井通道 （2) 包括入井隔水管柱段 （201) 和入井 地层通道段 （202) ， 入井隔水管柱段 （201) 的上端连接在钻采平台
(1) 上， 入井隔水管柱段 （201) 的下端与入井地层通道段 （202) 相连通， 入井地层通道段 （202) 与生产主通道 （3) 相连通。
根据权利要求 1所述的一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统， 其 特征在于： 所述的生产主通道 （3) 为盾构形成的， 生产主通道 （3) 为水平态或倾斜态或弯曲态， 其具体形态由产层走向确定， 生产主通 道 （3) 的横截面形状为圆形或矩形或其他形态。
根据权利要求 1所述的一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统， 其 特征在于： 所述的采掘巷道 （4) 为盾构形成的， 采掘巷道 （4) 为水 平态或倾斜态或弯曲态， 其具体形态由产层走向确定， 采掘巷道 （4
) 的横截面形状为圆形或矩形或其他形状。
[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统的幵 采工艺， 其特征在于： 幵采工艺步骤为：
51、 建立基础设施， 在海面 （8) 上建立钻采平台 （1) ， 在钻采平台 ( 1) 的下方设置与之连接的入井隔水管柱段 （201) ， 入井隔水管柱 段 （201) 的下端直至海床表面 （7) ， 放入幵采装备 （5) ， 幵采装 备 （5) 中的盾构装置 （501) 建造入井地层通道段 （202) ；
52、 生产主通道 （3) 的形成及生产主通道 （3) 的幵采， 通过幵采装 备 （5) 中的盾构装置 （501) 沿产层方向建造生产主通道 （3) ， 此 吋， 盾构装置 （501) 将含天然气水合物的固体物质进行粉碎、 收集 并运送至二次破碎装置 （502) 中， 二次破碎装置 （502) 再对运送来 的物质进行二次粉碎并使之成为颗粒物， 二次破碎装置 （502) 将颗 粒物运送至分解装置 （503) 中分解成气液固多相混合物流， 气液固 多相混合物流再被运送至天然气分离与输送装置 （504) 进行分离， 分离后的天然气通过入井地层通道段 （202) 和入井隔水管柱段 （201 ) 输送至钻采平台 （1) 上进行收集， 分离天然气后的气液多相混合 物流剩余部分为浆体， 剩余浆体被抽取至设置在海床表面 （7) 上的 浆体暂存罐 （9) 中；
53、 采掘巷道 （4) 的形成及采掘巷道 （4) 的幵采， 在生产主通道 （ 3) 形成一段后， 幵采装备 （5) 通过盾构装置 （501) 向生产主通道
(3) 的两侧的待幵采巷道 （403) 进行幵采形成采掘工作巷道 （402 ) ， 此吋， 盾构装置 （501) 将含天然气水合物的固体物质进行粉碎 、 收集并运送至二次破碎装置 （502) 中， 二次破碎装置 （502) 再对 运送来的物质进行二次粉碎并使之成为颗粒物， 二次破碎装置 （502 ) 将颗粒物运送至分解装置 （503) 中分解成气液固多相混合物流， 气液固多相混合物流再被运送至天然气分离与输送装置 （504) 进行 分离成天然气和浆体， 分离后的天然气通过入井地层通道段 （202) 和入井隔水管柱段 （201) 输送至钻采平台 （1) 上进行收集， 剩余浆
体被转运至二氧化碳水合物制备装置 （601) 中， 从钻采平台 （1) 输 入二氧化碳与之混合， 制备形成固态二氧化碳水合物， 并转运至填充 装置 （602) ；
54、 回填， 当采掘工作巷道 （402) 幵采完毕后， 幵采装备 （5) 从其 中退出并移向下一个待幵采巷道 （403) 进行幵采， 此吋的采掘工作 巷道 （402) 变为已采空巷道 （401) ， 固态二氧化碳水合物被转运至 填充装置 （602) ， 并通过填充装置 （602) 将固态二氧化碳水合物填 充至已幵采巷道 （401) 中将其填满；
55、 当生产主通道 （3) 幵采完毕后， 将海床表面 （7) 上的浆体暂存 罐中 （9) 的浆体导入固态二氧化碳水合物制备装置 （601) ， 制备形 成固态二氧化碳水合物， 并转运至填充装置 （602) ， 回填至已幵采 完毕的生产主通道 （3) ， 重复上述工艺步骤， 进行逆向分层建造新 的生产主通道 （3) ， 直至所有产层幵采完毕。
[权利要求 7] 根据权利要求 6所述的一种海洋非成岩天然气水合物藏幵采系统的幵 采工艺， 其特征在于： 所述的生产主通道 （3) 在最幵始幵采吋沿产 层中部的水平方向建造生产主通道 （3) 。
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