專利名稱：海底天然氣水合物氣舉開采方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過從海面向采氣管道中注氣開采海底天然氣水合物的方法及
生產(chǎn)裝置。
背景技術：
海底天然氣水合物的蘊藏量巨大，傳統(tǒng)的天然氣水合物開采技術主要包括固體開采法、水力提升法、熱激發(fā)開采法、微波開采法。例如中國專利號為200710168759.0、名稱為“一種海底天然氣水合物開采方法及裝置”公開的固體開采法，用海底軟管吸入固體形式的天然氣水合物，并通過海底中轉站將泥漿輸送到海面，然后利用高溫海水分解采集到的天然氣水合物。水力提升法是使用海底中轉泵提升多相混合流動的水合物，然后再用熱水分解水合物，該方法需要將電流輸入海底驅動中轉泵，需要消耗大量能量，且對電纜連接頭的絕緣性要求較高，海底設備結構復雜、運轉部件多、產(chǎn)液不穩(wěn)定、設備可靠性低。中國專利申請?zhí)枮?00910235236. 2、名稱為“一種海底天然氣水合物開采方法”采用熱激發(fā)開采法， 該方法主要的開采對象為海底巖層中的天然氣水合物，需要鉆兩口井，成本高、工藝流程復雜、經(jīng)濟性差，熱利用效率低、加熱區(qū)域小。此外，中國專利申請?zhí)枮?00910194333. 1、名稱為“一種利用風能供電的天然氣水合物微波原位開發(fā)系統(tǒng)”介紹了利用風能供電的微波開采方法，利用風力發(fā)電機的電流在井下采用微波進行加熱，該方法加熱區(qū)域小，微波穿透率低，設備壽命較短。
綜上所述，現(xiàn)有的天然氣水合物的開采方法和設備均未考慮到天然氣水合物儲藏豐度低、分布面積廣、分布厚度薄的特點，對于如何充分利用自然的能量將海底表面的天然氣水合物收集到海面均未加以考慮。開采中需要建設海底中轉站、下入微波發(fā)生器或鉆分支井， 工藝流程復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述背景技術的不足，基于陸上石油開采中較為成熟的氣舉技術和天然氣的相變理論，提出一種結構簡單、流道內(nèi)活動部件少、天然氣水合物采出物相態(tài)可調(diào)、開采成本低廉、占地面積小、適用于深水的海底天然氣水合物氣舉開采方法及裝置。本發(fā)明的海底天然氣水合物氣舉開采方法采用的技術方案是包括如下步驟1)由儲存與加壓系統(tǒng)從海面向注氣管道中注入氣體，使注入氣體作用在膜片上的力和采氣管道中的液體作用在閥球上的合力大于彈簧的彈力，閥桿帶動閥球離開閥座，注入氣體向采氣管道中注入，降低采氣管道中液體的密度；2)采氣管道利用管外和管內(nèi)的壓力差在采氣管道入口處形成吸入水流，吸入海底天然氣水合物與泥沙混合層中的天然氣水合物顆粒并流動到海面采氣平臺或船舶上的分離與儲存系統(tǒng)中，實現(xiàn)海底天然氣水合物的連續(xù)開采。本發(fā)明的海底天然氣水合物氣舉開采裝置采用的技術方案是海面采氣平臺或船舶上設有天然氣的分離與儲存系統(tǒng)和注入氣體的儲存與加壓系統(tǒng)，分離與儲存系統(tǒng)與采氣管道的出口相連接，采氣管道通過采氣管道入口伸在海底天然氣水合物與泥沙混合層中； 采氣管道的中部經(jīng)若干個注氣閥和注氣管道連接儲存與加壓系統(tǒng)，每個注氣管道上端均連接儲存與加壓系統(tǒng)，下端均通過一個注氣閥連接采氣管道，注氣閥外部是一個殼體，殼體的底部連接閥座，殼體中有將內(nèi)腔分隔成上下兩個腔室的膜片，上腔室中設有彈簧，彈簧下端連接膜片、上端支撐于殼體頂部；下腔室中有一端垂直連接膜片、另一端連接閥球的閥桿， 閥球設在閥座上；下腔室連通注氣管道，閥座連通采氣管道。本發(fā)明的有益效果是
1、依靠海水自身的重力位能造成采氣管道內(nèi)外壓差而形成的水流開采海底天然氣水合物，對注入氣體需求量小、運行成本低廉，適合開采散布于海床上的低豐度天然氣水合物。2、無需增加井下加熱裝置或向海床注入熱介質，節(jié)約能量；海面注入井筒的天然氣被完全回收，不對環(huán)境造成影響。3、海面下井筒內(nèi)沒有活動部件和電熱部件，結構簡單、工作狀態(tài)穩(wěn)定。4、開采位置的海床深度不受限制，尤其適用于深海開采天然氣水合物。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明； 圖1是本發(fā)明海底天然氣水合物氣舉開采裝置的組成示意圖； 圖2是圖1中采氣管道入口 7的結構放大示意圖3是圖1中注氣閥5的結構放大示意圖中1.海面采氣平臺或船舶；2.分離與儲存系統(tǒng)；3.儲存與加壓系統(tǒng)；4.注氣管道； 5.注氣閥；6.采氣管道；7.采氣管道入口 ；8.海水；9.海底天然氣水合物與泥沙混合層； 10.喇叭口 ；11.篩管；12.彈簧；13.注氣閥殼體；14.膜片；15.閥球；16.閥座；17.閥桿。
具體實施例方式參見圖1，在海面采氣平臺或船舶1上安裝天然氣的分離與儲存系統(tǒng)2和注入氣體的儲存與加壓系統(tǒng)3。儲存與加壓系統(tǒng)3中的氣體加壓系統(tǒng)可以為離心泵，也可以為其他類型的防爆氣體壓縮泵。天然氣的分離與儲存系統(tǒng)2與采氣管道6的出口相連接。采氣管道6向下伸入海水8下，采氣管道6的下口是采氣管道入口 7，采氣管道6通過采氣管道入口 7伸在海底天然氣水合物與泥沙混合層9中。采氣管道6是海底天然氣水合物、水及泥沙混合物流動到海面的通道，有若干根金屬或非金屬或復合管道通過接箍連接而成，也可使用連續(xù)油管。采氣管道6可從海面采氣平臺或船舶1上按任意指定方位向海床下入一定長度，根據(jù)平臺或船舶對海底天然氣水合物開采的范圍要求，在強度允許的條件下，采氣管道6可以任意長，并可以有一部分平躺于海底。采氣管道6中可安裝井下節(jié)流閥等流量控制裝置。在采氣管道6中部的任意位置，根據(jù)開采工藝的需要安裝若干個注氣管道4和注氣閥5。采氣管道6經(jīng)注氣閥5和注氣管道4連接海面采氣平臺或船舶1上的儲存與加壓系統(tǒng)3。注氣管道4由若干根金屬或非金屬或復合管道通過接箍連接而成，也可使用連續(xù)油管，注氣管道4上端連接儲存與加壓系統(tǒng)3，下端通過注氣閥5與采氣管道6相連，是海面注入氣體的通道。參見圖2，采氣管道入口 7通過螺紋與采氣管道6相連接，采氣管道入口 7可以根據(jù)需要采用喇叭口 10與篩管11連接組成的結構，采氣管道入口 7的前端是喇叭口 10，可增加過流斷面的面積，采氣管道入口 7的后端是封閉的篩管11，篩管11與喇叭口 10可通過螺紋形式連接。在篩管11邊壁上開有若干孔眼，目的是過濾掉水草和各種尺寸較大的海底雜物。篩管11的外徑與采氣管道5的接箍內(nèi)徑相匹配。參見圖3，注氣閥5分別通過兩端的螺紋與注氣管道4和采氣管道6相連接。注氣閥5外部是一個殼體13，殼體13的底部連接閥座16，殼體13內(nèi)腔中有彈簧12、膜片14、 閥球15和閥桿17。膜片14將整個殼體13內(nèi)腔分隔成上下兩個腔室，在上腔室中安裝彈簧12，彈簧12的下端連接膜片14，彈簧12的上端支撐在殼體13頂部。在殼體13的下腔室中，閥桿17 —端垂直連接膜片14，另一端連接閥球15，閥球15安裝在閥座16上。注氣管道4連通殼體13的下腔室，使注氣管道4中的氣體作用于膜片14，閥座16與采氣管道6 連通，使采氣管道6中的液體作用于閥球15。當注氣管道4中的氣體作用在膜片14上的力和采氣管道6中的液體作用在閥球15上的合力大于彈簧12的彈力時，膜片14在殼體13 內(nèi)腔中向上移動，閥桿17帶動閥球15離開閥座16，此時，注氣管道4與采氣管道6連通， 氣體即可進入采氣管道6。當氣體進入采氣管道6后，隨著采氣管道6壓力的降低，采氣管道6中流體作用在閥球15上的力下降，當該力與注氣管道4中氣體作用在膜片14上的合力小于彈簧12的彈力時，注氣閥5自動關閉。開采海底天然氣水合物時，從海面向注氣管道4中注入天然氣、氮氣或二氧化碳等氣體，經(jīng)注氣閥5后進入采氣管道6，降低采氣管道6中流體的密度，通過降低采氣管道6 中從入口到海面的液柱的重位壓差，從而減小入口處壓力，利用管外、管內(nèi)壓力差在采氣管道入口 7處形成吸入水流，吸入海床上的天然氣水合物顆粒。具體是海面采氣平臺或船舶 1上安裝的注入氣體的儲存與加壓系統(tǒng)3從注氣管道4注入氣體。當注氣閥5中注入的氣體和液體的總壓力大于注氣閥3中膜片14處所受彈簧12的壓力時，閥桿17帶動閥球15 離開閥座16，注氣管道4中的注入氣體經(jīng)過注氣閥5向充滿海水的采氣管道6中注入，使采氣管道6中混合液體的密度變小，在采氣管道6外面的海水8的壓力作用下，海底天然氣水合物與泥沙混合物9從采氣管道入口 7連續(xù)進入采氣管道6中并流動到海面天然氣的分離與儲存系統(tǒng)2中，實現(xiàn)海底天然氣水合物的連續(xù)開采。開采出的部分天然氣外輸，另一部分天然氣注入采氣管道6循環(huán)使用，分離出的泥沙返排海底。根據(jù)開采目的和后續(xù)工藝的要求，可通過調(diào)節(jié)注入注氣管道4的氣體流量及注氣閥5位置調(diào)整采氣管道6內(nèi)的平均壓力，從而調(diào)整天然氣水合物產(chǎn)量和在井筒內(nèi)的相態(tài)。注入閥5的位置、數(shù)量以有氣體的注入量和壓力可以根據(jù)海水深度設計優(yōu)化。采氣管道入口 7 的位置可以通過海面采氣平臺或船舶的運動進行開采位置的任意調(diào)節(jié)，并可通過海面平臺或船舶的旋轉裝置調(diào)整開采的徑向方位，便于開采盡可能多的海底面積。
權利要求
1.一種海底天然氣水合物氣舉開采方法，其特征是包括如下步驟1)由儲存與加壓系統(tǒng)(3)從海面向注氣管道(4)中注入氣體，使注入的氣體作用在膜片(14)上的力和采氣管道(6)中的液體作用在閥球(15)上的合力大于彈簧(12)的彈力， 閥桿(17)帶動閥球(15)離開閥座(16)，注入的氣體向采氣管道(6)中注入，降低采氣管道 (6)中液體的密度；2)采氣管道(6)利用管外和管內(nèi)的壓力差在采氣管道入口(7)處形成吸入水流，吸入海底天然氣水合物與泥沙混合層(9)中的天然氣水合物顆粒并流動到海面采氣平臺或船舶(1)上的分離與儲存系統(tǒng)(2)中，實現(xiàn)海底天然氣水合物的連續(xù)開采。
2.一種實現(xiàn)權利要求1所述氣舉開采方法的裝置，海面采氣平臺或船舶(1)上設有天然氣的分離與儲存系統(tǒng)(2)和注入氣體的儲存與加壓系統(tǒng)(3)，其特征是分離與儲存系統(tǒng)(2)與采氣管道(6)的出口相連接，采氣管道(6)通過采氣管道入口(7)伸在海底天然氣水合物與泥沙混合層(9)中；采氣管道(6)的中部經(jīng)若干個注氣閥(5)和注氣管道(4)連接儲存與加壓系統(tǒng)(3)，每個注氣管道(4)上端均連接儲存與加壓系統(tǒng)(3)，下端均通過一個注氣閥(5 )連接采氣管道(6 )，所述注氣閥(5 )外部是一個殼體(13 )，殼體(13 )的底部連接閥座(16)，殼體(13)中有將內(nèi)腔分隔成上下兩個腔室的膜片(14)，上腔室中設有彈簧(12)， 彈簧(12)下端連接膜片(14)、上端支撐于殼體(13)頂部；下腔室中有一端垂直連接膜片 (14)、另一端連接閥球(15)的閥桿(17)，閥球(15)設在閥座(16)上；下腔室連通注氣管道 (4)，閥座(16)連通采氣管道(6)。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征是所述采氣管道入口(7)由前端的喇叭口 (10)與后端的篩管(11)連接組成，篩管(11)邊壁上開有若干個孔。
全文摘要
本發(fā)明公開一種海底天然氣水合物氣舉開采方法及裝置，從海面向注氣管道中注入氣體，使注入氣體作用在膜片上的力和采氣管道中的液體作用在閥球上的合力大于彈簧的彈力，閥桿帶動閥球離開閥座，注入氣體向采氣管道中注入，降低采氣管道中液體的密度；采氣管道利用管外和管內(nèi)的壓力差在采氣管道入口處形成吸入水流，吸入海底天然氣水合物與泥沙混合層中的天然氣水合物顆粒并流動到海面采氣平臺或船舶上的分離與儲存系統(tǒng)中，實現(xiàn)海底天然氣水合物的連續(xù)開采，對注入氣體需求量小，運行成本低廉，適合開采散布于海床上的低豐度天然氣水合物，不對環(huán)境造成影響。結構簡單，工作狀態(tài)穩(wěn)定。
文檔編號E21B34/08GK102400667SQ20111040200
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者于曉玲, 何巖峰, 吳艷華, 李濤 申請人:常州大學