專利名稱：一種海底天然氣水合物開采方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底天然氣水合物開采方法及裝置，屬于天然氣開采領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前對水合物的儲量及物理化學性質(zhì)進行研究的比較多，但是對水合物開采 理論及開采方法的研究比較少。然而，大部分天然氣水合物"資源"由于其儲量 及富集程度不高開采難度非常大。從開采技術(shù)方面來說，天然氣水合物的開采與 其形成互為逆過程，即要開采水合物，可以將天然氣水合物以固態(tài)型式運輸?shù)降?面，然后分解成天然氣輸送給用戶。然而，最直接的辦法是在水合物開采儲層中 將水合物分解成氣體通過管道直接輸送給用戶。要從天然氣水合物儲層開采天然 氣必須具備以下條件(1)能夠?qū)⑺衔镱w粒暴露在水合物溫度壓力相平衡條件 以外；(2)水合物分解屬于吸熱反應，而且水合物分解具有自"保護"性，因此 需要有可持續(xù)的能量供應；(3)在水合物生產(chǎn)井，能夠?qū)⒎纸獾臍怏w轉(zhuǎn)移出來， 防止氣體的大量集結(jié)阻止水合物的繼續(xù)分解。從天然氣水合物的相平衡可以看 出，要想滿足以上條件，只有以下三種途徑(1)升高水合物的環(huán)境溫度；(2) 降低水合物所處的壓力；(3)通過化學方法改變相平衡曲線，使相平衡曲線向左 平移。
要將天然氣水合物轉(zhuǎn)化為商業(yè)用天然氣，實現(xiàn)途徑不僅要經(jīng)濟而且要安全。 由于天然氣水合物的物理化學特，傳統(tǒng)的開采固體礦產(chǎn)的方法不適合開采天然氣 水合物。根據(jù)水合物的形成原理，用于水合物分解開采的理論方法有以下三種。
(1) 熱熔法，該方法原理就是將熱量注入水合物沉積層，水合物吸收熱量 后溫度升高引起水合物顆粒的分解，可以從地面將熱的液體如水、鹽水、蒸汽注 入到水合物開采層，或者在水合物開采層燃燒高能量物質(zhì)以及采用電磁加熱等方 法。
(2) 抑制劑刺激法，該方法原理是通過注入化學試劑使水合物熱動力相平 衡發(fā)生改變從而引起水合物分解。但是，抑制劑刺激法只限于少量開發(fā)時釆用， 因為這與抑制劑成本比較高相關(guān)。在某些石油開采井，當出現(xiàn)水合物阻塞現(xiàn)象時， 通過注入甲醇和氯化鈣溶液可以成功的疏通水合物的阻塞。
(3)減壓法，在該方法中，通過減小液體與水合物的接觸面壓力，促使水 合物處在相平衡穩(wěn)定區(qū)域以外從而發(fā)生分解。在該方法中，由于沒有額外的熱量 注入到水合物開采層，分解所吸收的熱量必須由周圍物質(zhì)提供，但是當水合物分 解吸收的熱量達到一定程度，水合物周圍環(huán)境溫度降低會抑制水合物的進一步分 解。很多研究指出，這種方法在氣體全面分解過程中有利于控制開采氣體的流量。 對于減壓法適合于那些儲藏中存在大量自由氣體的水合物儲層。
最普遍的減壓法開采技術(shù)是當鉆井穿越水合物儲層并在自由氣體層完井，導 致壓力下降并使上部覆蓋的水合物分解。減壓法開采技術(shù)盡管是最經(jīng)濟的方法，
但減壓法開采技術(shù)在生產(chǎn)過程中氣體分解吸收熱量釋放出水會產(chǎn)生冰，進而阻止 水合物的進一步分解。當然，也有認為冰不會對水合物生產(chǎn)產(chǎn)生影響，在必要的 時候，減壓法生產(chǎn)可以通過控制壓力來調(diào)節(jié)水合物的分解速度進而防止冰的生 成。水合物生產(chǎn)過程中有大量的水產(chǎn)生，在這種情況下將通過地面設(shè)備認為排除 并中的水，從而使生產(chǎn)過程持續(xù)進行。
以上這三種方法只適合天然氣水合物上層具有良好的不可分解的覆蓋層的 礦藏，否則，都不可能應用以上的三種方法進行開采。然而，海底的大多數(shù)天然 氣水合物形成于海底表層，以上三種方法都不適合于海底表層的水合物的開采。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種海底表面天然氣水合物開采方法 及裝置，將海底表面的天然氣水合物輸送到海上開采平臺，然后將天然氣水合物 研磨后加入海水，使然氣、水和砂石分離，可以方便、安全地開采出天然氣，且 不會對環(huán)境造成污染。
實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案 一種海底天然氣水合物開采方法，包括以 下步驟
(1) 將海底表面的天然氣水合物通過軟管輸送到礦石中繼站；
(2) 用礦漿泵逐級將天然氣水合物從礦石中繼站輸送到海上采礦船；
(3) 將輸送到海上采礦船的天然氣水合物研磨后送入大體積容器；
(4) 往大體積容器中加入海水，利用海水的溫度使磨碎的混合物在大體積容 器中充分分解，使天然氣、水和砂石分離；
(5) 將分離的天然氣通過設(shè)在大體積容器上部的管口排出直至用戶端，將水 和砂石通過大體積容器底部的管道排入海底。
在步驟(2)中，天然氣水合物以密封狀態(tài)從礦石中繼站輸送到海上開采平 臺過程中，天然氣水合物在由海底至海面提升的過程中，由于溫度壓力發(fā)生變化， 部分天然氣水合物會發(fā)生分解。因為整個系統(tǒng)是密封的，所以分解的天然氣也會 隨著未分解的水合物進入研磨機，天然氣水合物在研磨機中被充分研磨，然后進 入大體積容器。
在步驟(5)中水和砂石通過大體積容器底部的管道排入海底前經(jīng)過濾氣處 理，將濾出的天然氣輸回到大體積容器中。根據(jù)海底采礦車的開采速度，由水泵 往大體積容器中適量加入海水。由于海水的溫度基本上在2(TC左右，用海水的 溫度使磨碎的天然氣水合物與砂石的混合物在大體積容器中充分分解。使氣、水 和砂石分離，由于氣體的密度小，氣體在容器的上部并沿著出口管線輸出。水和 沙石沿著容器的底部排出，通過底部的管道進入除氣器。除氣器把混合物中的氣 體分離出來輸送到大體積容器，防止天然氣進入海水對大氣環(huán)境構(gòu)成影響。
一種海底天然氣水合物開采裝置，海底開采部分至少包括海底自冶采礦車、 軟管、礦石中繼站和礦漿泵，軟管與礦石中繼站連接，礦石中繼站通過礦槳泵與 海上采礦船的研磨機的一端連接，研磨機的另一端與大體積容器連接，海上采礦 船上設(shè)有水泵，水泵抽水端通過管線與海水連接，水泵輸水端通過管線與大體積 容器連接，水泵和研磨機與大體積容器之間設(shè)有分解器，大體積容器的上端設(shè)有 排氣管，大體積容器底部設(shè)有排渣管。
所述礦石中繼站、礦漿泵與海上平臺的研磨機之間為密封設(shè)置。
所述排渣管的下端設(shè)有除氣器，除氣器的排氣孔通過管線與大體積連接，且 管線設(shè)有單向閥。
所述研磨機與分解器之間設(shè)有單向閥，研磨機與分解器設(shè)有單向閥，單向閥 是防止氣體倒流。
所述大體積容器上上設(shè)有壓力表和放噴閥。
所述排氣管上設(shè)有壓縮機。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點-
l.本發(fā)明方法簡單、實用，無需其他昂貴、復雜的儀器，可很方便的實現(xiàn)天 然氣水合物的開采。 2. 本發(fā)明通過利用海水的溫度使磨碎的天然氣水合物與砂石的混合物在大 體積容器中充分分解，可以循環(huán)利用海水，不僅充分利用了海水資源，還避免了 對環(huán)境了污染。
3. 本發(fā)明可方便的將分離出的天然氣與用戶端連接，直接實現(xiàn)了商業(yè)利用。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。 圖1是本發(fā)明海底天然氣水合物開采裝置示意圖。
圖中，l.海底、2.天然氣水合物、3.海底自冶采礦車、4.軟管、5.礦石中繼 站、6.礦漿泵、7.海面、8.管線、9.水泵、IO.管線、ll.單向閥、12.分解器、 13.研磨機、14.單向閥、15.進氣口、 16.出氣口、 17.壓力表、18大體積容器、 19.砂石、20.放噴閥、21.壓縮機、22.單向閥、23.管線、24.排渣管、25.除氣 器、26、排渣口、 27.采礦船、28排氣管。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的海底天然氣水合物開采方法，包括以下步驟
(1) 將海底表面的天然氣水合物輸送到礦石中繼站；
(2) 用礦槳泵逐級將天然氣水合物從礦石中繼站輸送到海上開采平臺；
(3) 將輸送到海上開采平臺的天然氣水合物研磨后送入大體積容器；
(4) 往大體積容器中加入海水，利用海水的溫度使磨碎的混合物在大體積容 器中充分分解，使天然氣、水和砂石分離；
(5) 將分離的天然氣通過設(shè)在大體積容器上部的管口排出直至用戶端，將水 和砂石通過大體積容器底部的管道排入海底。
本發(fā)明的海底天然氣水合物開采裝置的結(jié)構(gòu)如圖l所示，海底開采部分至少 包括海底自冶采礦車3、軟管4、礦石中繼站5和礦漿泵6，軟管4與礦石中繼 站5連接，礦石中繼站5通過礦漿泵6與海上采礦船27的研磨機13的一端連接， 研磨機13的另一端與大體積容器18連接。海上采礦船27上設(shè)有水泵9，水泵9 通過管線8與海水連接，水泵9通過管線10與大體積容器18連接，水泵9和研 磨機13與大體積容器18之間設(shè)有分解器12,分解器12為雙層容器，分解器12 上端設(shè)有進氣口 15，下端設(shè)有出氣口 16，進氣口 15與開采船上發(fā)動機的尾氣排 放管連接。研磨機9與分解器12之間設(shè)有單向閥11，研磨機13與分解器12設(shè)
有單向閥14。大體積容器18的上端設(shè)有排氣管28，排氣管28上設(shè)有壓縮機21， 大體積容器18底部設(shè)有排渣管24，排渣管24的排渣口 26前設(shè)有除氣器25。 除氣器25的排氣孔通過管線23與大體積容器18連接，管線23上設(shè)有單向閥 22。大體積容器18上設(shè)有壓力表17和放噴閥20。單向閥均為了防止氣體倒流。 通過以下步驟實現(xiàn)對海底天然氣水合物的開采
(1) 將海底1的天然氣水合物2通過海底采礦車3由軟管4輸送到礦石中繼 站5。
(2) 礦漿泵6逐級將天然氣水合物從礦石中繼站5輸送到海上采礦船27上。
(3) 將輸送到海上采礦船27的天然氣水合物經(jīng)研磨機13研磨后送入分離器12。
(4) 水泵9通過管線8抽入海水，然后通過管線10將抽入的海水注入到分離 器12中，由于海水的溫度基本上在2(TC左右，用海水的溫度使磨碎的天然氣水 合物與砂石的混合物在大體積容器18中充分分解，使天然氣、水和砂石分離。 同時由于分解器12為雙層容器，將開采船上發(fā)動機的尾氣從通過分解器12的進 氣口 15輸入到分解器12的中間夾層中，加熱分解器12使粉碎的天然氣水合物、 沙石分解，變冷的尾氣從容器的下端的出氣口 16排除。
(5)用海水的沖刷力將天然天水合物分解后的天然氣和沙石沖到大體積容 器18中，分離的天然氣通過設(shè)在大體積容器上端的排氣管28輸出，如果開采船 離用戶比較近，可以直接把分解后的天然氣輸送到用戶端；如果不能直接輸送到 用戶端，則可以通過壓縮機21將分解的氣體壓縮輸送到高壓容器中。水和沙石 19沿著大體積容器18的底部的排渣管24排入海底，排渣管24的排渣口 26前 設(shè)有除氣器25，除氣器25將含在沙石和水中的天然氣充分分離，分離后的天然 氣通過管線23輸送回大體積容器28，避免天然氣排入海水并進入大氣環(huán)境，對 大氣環(huán)境造成影響。
大體積容器28上的壓力表17可以時刻監(jiān)控大體積容器18內(nèi)氣體的壓力， 根據(jù)壓力大小及時控制海底采礦車3的開采量。如果大體積容器18內(nèi)壓力過大， 通過放噴閥門20釋放氣體并點火，從而減小大體積容器18內(nèi)的壓力，確保安全。
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權(quán)利要求
1.一種海底天然氣水合物開采方法，其特征在于包括以下步驟(1)將海底表面的天然氣水合物通過軟管輸送到礦石中繼站；(2)用礦漿泵逐級將天然氣水合物從礦石中繼站輸送到海上采礦船；(3)將輸送到海上采礦船的天然氣水合物研磨后送入大體積容器；(4)往大體積容器中加入海水，利用海水的溫度使磨碎的混合物在大體積容器中充分分解，使天然氣、水和砂石分離；(5)將分離的天然氣通過設(shè)在大體積容器上部的管口排出直至用戶端，將水和砂石通過大體積容器底部的管道排入海底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底天然氣水合物開采方法，其特征在于在步驟(2) 中，天然氣水合物以密封狀態(tài)從礦石中繼站輸送到海上開采平臺過程中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底天然氣水合物開采方法，其特征在于在步驟(5) 中水和砂石通過大體積容器底部的管道排入海底前經(jīng)過除氣處理，將排除的天 然氣輸回到大體積容器中。
4. 一種用于權(quán)利要求1所述海底天然氣水合物開采方法的裝置，至少包括海底開 采部分、海上采礦船和分離部分，其特征在于海底開采部分至少包括海底自 冶采礦車、軟管、礦石中繼站和礦漿泵，軟管與礦石中繼站連接，礦石中繼站 通過礦漿泵與海上采礦船的研磨機的一端連接，研磨機的另一端與大體積容器 連接，海上采礦船上設(shè)有水泵，水泵抽水端通過管線與海水連接，水泵輸水端 通過管線與大體積容器連接，水泵和研磨機與大體積容器之間設(shè)有分解器，大 體積容器的上端設(shè)有排氣管，大體積容器底部設(shè)有排渣管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于軟管、礦石 中繼站、礦漿泵、海上平臺的研磨機與大體積容器為密封系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于分解器為雙 層容器，分解器上端設(shè)有進氣口，下端設(shè)有出氣口，進氣口與開采船上發(fā)動機 的尾氣排放管連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于排渣管的下 端設(shè)有除氣器，除氣器的排氣孔通過管線與大體積容器連接，且管線設(shè)有單向 閥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于大體積容 器上設(shè)有壓力表和放噴閥。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于研磨機與 分解器之間設(shè)有單向閥，研磨機與分解器設(shè)有單向閥。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于排氣管上 設(shè)有壓縮機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種海底天然氣水合物開采方法及其裝置，將海底表面的天然氣水合物輸送到采礦船上，然后將天然氣水合物研磨后輸送到大體積的容器中，由水泵往大體積容器中適量加入海水，由于海水的溫度基本上在20℃左右。用海水的溫度使磨碎的水合物與砂石的混合物在大體積容器中充分分解，使天然氣、水和砂石分離。分離的天然氣排出后可直接與用戶端連接，本發(fā)明操作簡便，且所用裝置簡單，能方便、經(jīng)濟、高效地實現(xiàn)海底天然氣水合物的開采。
文檔編號E21C50/00GK101182771SQ200710168759
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者翔 吳, 寧伏龍, 凌 張, 斌 竇, 蔣國盛 申請人:中國地質(zhì)大學(武漢)