本發(fā)明涉及一種高效低耗的海底天然氣水合物開采方法，屬于能源與環(huán)境領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源危機(jī)和水資源短缺已經(jīng)成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所面臨的重要挑戰(zhàn)。探索新的替代能源、可再生能源的開發(fā)以及水資源的開源節(jié)流技術(shù)研究，已經(jīng)成為世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家科研工作的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

海洋能、太陽(yáng)能等清潔可再生能源儲(chǔ)量巨大，對(duì)其開發(fā)利用將能夠大大地緩解能源危機(jī)。利用這些能源的發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)加大了對(duì)這一技術(shù)的開發(fā)力度。另外，作為一種潛在的替代能源，天然氣水合物資源已經(jīng)吸引了世界各國(guó)的注意，其資源儲(chǔ)量豐富，是目前已知碳儲(chǔ)量(煤炭、石油、天然氣等)總和的2倍以上，廣泛存在于大陸凍土區(qū)和深海海底。天然氣水合物分解氣的主要成分是甲烷，一體積水合物分解可以產(chǎn)生164體積的甲烷氣，能量密度大。另外，甲烷為輕烴類物質(zhì)，其含碳量明顯少于煤炭或石油，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳明顯減少，是一種清潔能源。目前，水合物開采的方法主要包括熱激法、降壓法、注化學(xué)試劑法、置換法等。但是，這幾種方法都有明顯的缺點(diǎn)，例如在注熱過程中的能量損耗問題、降壓過程的低效問題、注化學(xué)試劑法的高昂費(fèi)用及腐蝕問題等，導(dǎo)致這些方法均不能單獨(dú)的用于海底水合物資源的開采。

水資源是人類生存和可持續(xù)發(fā)展的必要資源，雖然地球表面71％的面積被海洋覆蓋，但是海水多為咸水，不能直接作為生活用水。海水淡化技術(shù)的發(fā)展為解決人類飲水問題提供了解決方案。與傳統(tǒng)能源相比，太陽(yáng)能具有安全、環(huán)保、豐富、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了有150多年的歷史，這種海水淡化技術(shù)具有不消耗常規(guī)能源、無污染、產(chǎn)得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)，受到世人的重視。然而，對(duì)海水淡化產(chǎn)生的高濃度鹽水的處置與利用問題尚沒有合理的解決方案?，F(xiàn)有的處置方式是將其注入深海，這不僅會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成破壞，也會(huì)造成資源的浪費(fèi)。近期，有學(xué)者提出了采用濃鹽水曬鹽的方式，但是效果并不理想。研究表明，電解質(zhì)溶液可以作為一種抑制劑用于改變水合物的相平衡條件，使其更加溫和，可用來進(jìn)行水合物開采使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了將海水淡化技術(shù)與海底天然氣水合物開采技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，對(duì)資源進(jìn)行綜合利用，并有效利用海洋豐富的波浪能和太陽(yáng)能資源，本發(fā)明提供了一種高效低耗的海底天然氣水合物開采方法，是一種結(jié)合降壓法的天然氣水合物鹽水抑制開采方法。利用太陽(yáng)能海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水用于海底天然氣水合物資源的開采，在一定程度上降低了海水淡化和水合物資源開采的成本，是一種資源的綜合利用。通過采用太陽(yáng)能、波浪能進(jìn)行發(fā)電，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本方法可以通過豐富的海洋波浪能、太陽(yáng)能資源推動(dòng)海水淡化和海底天然氣水合物資源開采的持續(xù)聯(lián)產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高效低耗的海底天然氣水合物開采方法，主要基于海上浮動(dòng)平臺(tái)、太陽(yáng)能發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置、太陽(yáng)能海水淡化裝置、海底天然氣水合物開采系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等六大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；

(1)建造水合物開采鉆井平臺(tái)，利用深海鉆井技術(shù)在水合物礦藏區(qū)域構(gòu)筑貫穿水合物沉積層的注射井和開采井，并搭建連接管路；

(2)搭建海上浮動(dòng)平臺(tái)，布置太陽(yáng)能海水淡化裝置、太陽(yáng)能發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置、輸運(yùn)設(shè)備、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及終端設(shè)備，鋪設(shè)太陽(yáng)能海水淡化裝置的海水吸取管線以及向水合物沉積層注射井輸運(yùn)濃鹽水的管道，搭建水合物沉積層開采井到海上浮動(dòng)平臺(tái)的天然氣收集管道，架設(shè)海上浮動(dòng)平臺(tái)向陸上工廠輸運(yùn)天然氣和淡水的管道；

(3)啟動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，開啟太陽(yáng)能發(fā)電裝置，通過光伏電板組件收集太陽(yáng)輻射能進(jìn)行發(fā)電，開啟波浪能發(fā)電裝置，以波浪的能量為動(dòng)力生產(chǎn)電能，為聯(lián)產(chǎn)提供驅(qū)動(dòng)力；

(4)通過開采井對(duì)天然氣水合物儲(chǔ)層進(jìn)行降壓，誘導(dǎo)天然氣水合物部分分解，改變儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，打開空隙厚道，提高儲(chǔ)層的滲透率，促進(jìn)濃縮海水在儲(chǔ)層中的擴(kuò)散；

(5)啟動(dòng)太陽(yáng)能海水淡化裝置，利用太陽(yáng)能資源進(jìn)行海水淡化，一方面生產(chǎn)淡水供居民企業(yè)使用，另一方面將生產(chǎn)的濃縮海水通過管線注入到水合物藏誘導(dǎo)水合物分解，開采天然氣水合物資源；將海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水或海水注入水合物藏，誘導(dǎo)水合物分解成氣和水，由開采井將分解產(chǎn)生的氣體和自由水產(chǎn)出并輸送到海上浮動(dòng)平臺(tái)后，經(jīng)過氣液分離，向工廠提供天然氣資源，氣液分離產(chǎn)生的水可循環(huán)利用；

(6)在整個(gè)聯(lián)產(chǎn)過程中，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全程運(yùn)行，用于監(jiān)測(cè)整個(gè)海水淡化以及海底水合物開采過程，保障系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。

本發(fā)明的有益效果：

1)波浪能作為一種儲(chǔ)量巨大的海洋資源，能夠持續(xù)的為發(fā)電提供原動(dòng)力；

2)太陽(yáng)能作為一種豐富的可再生資源，能夠持續(xù)為海水淡化提供驅(qū)動(dòng)力；

3)在一定程度上，海洋波浪能和太陽(yáng)能資源取之不盡用之不竭，大大地降低了生產(chǎn)成本；

4)通過對(duì)低品味的海洋波浪能和太陽(yáng)能進(jìn)行有效利用，開采產(chǎn)出高品位的天然氣資源，能夠大大提高能源利用效率；

5)這種結(jié)合降壓法的天然氣水合物濃縮海水抑制開采方法，通過降壓誘導(dǎo)水合物部分分解，打開孔隙吼道，促進(jìn)濃縮海水在儲(chǔ)層中的擴(kuò)散，提高反應(yīng)速率，增進(jìn)開采效率；

6)可以通過注入海水或濃鹽水的方式誘導(dǎo)水合物分解，有效避免日落后或者陰雨天開采效率低的問題；

7)對(duì)海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水用于海底天然氣水合物資源的開采，降低了對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害，同時(shí)降低了水合物資源的開采成本；

附圖說明

圖1為本方法實(shí)施的原理示意圖。

圖中：1淡水廠；2供氣站；3淡水輸運(yùn)管線；4淡水輸運(yùn)泵；

5淡水生產(chǎn)管線；6天然氣輸運(yùn)泵；7天然氣輸運(yùn)管線；8天然氣生產(chǎn)管線；

9貯氣罐；10海水淡化系統(tǒng)取水管；11氣液分離裝置排水管；

12氣液分離裝置；13海水抽取泵；14海水淡化裝置輸入管；15旁路管線；

16旁路閥門；17太陽(yáng)能海水淡化裝置；18太陽(yáng)能發(fā)電裝置；

19水合物開采鹽水注射泵；20水合物開采鹽水注射管線；21海上浮動(dòng)平臺(tái)；

22注射井；23開采井；24開采管線；25波浪能發(fā)電裝置；26海水層；

27海底沉積物層；28天然氣水合物藏；29海底巖石層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例

(1)搭建海上浮動(dòng)平臺(tái)，配置太陽(yáng)能發(fā)電裝置18、波浪能發(fā)電裝置25、太陽(yáng)能海水淡化裝置17和海底天然氣水合物開采裝置，按照?qǐng)D1所示鋪設(shè)管路和配套設(shè)施；

(2)啟動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電裝置18和波浪能發(fā)電裝置25，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供驅(qū)動(dòng)力并儲(chǔ)備多余電量；

(3)開啟海水抽取泵13，關(guān)閉旁路閥門16，將海水由海水淡化系統(tǒng)取水管10以及海水淡化裝置輸入管14注入太陽(yáng)能海水淡化裝置17進(jìn)行海水淡化，產(chǎn)出的淡水通過淡水生產(chǎn)管線5，由淡水輸運(yùn)泵4將淡水經(jīng)淡水輸運(yùn)管線3輸運(yùn)到淡水廠1，供應(yīng)工業(yè)或居民使用；

(4)打開開采井23，選取合適的產(chǎn)氣壓力，誘導(dǎo)水合物部分分解，增大儲(chǔ)層滲透率，以促進(jìn)后期濃縮海水在儲(chǔ)層中的傳輸；

(5)將海水淡化產(chǎn)出的濃鹽水由水合物開采鹽水注射泵19通過水合物開采鹽水注射管線20由注射井22注射到天然氣水合物藏28，誘導(dǎo)水合物分解，水合物分解產(chǎn)生的氣體和水經(jīng)由開采井23通過開采管線24進(jìn)入氣液分離裝置12進(jìn)行氣液分離，分離產(chǎn)生的氣體通過天然氣生產(chǎn)管線8進(jìn)入貯氣罐9暫時(shí)保存，待累計(jì)一定量后通過天然氣輸運(yùn)管線7由天然氣輸運(yùn)泵6運(yùn)輸?shù)焦庹?，分離產(chǎn)生的水經(jīng)由氣液分離裝置排水管11排入大?；蛑貜?fù)進(jìn)入太陽(yáng)能海水淡化裝置17進(jìn)行海水淡化；

(6)在夜晚或者陰雨天氣，系統(tǒng)由儲(chǔ)存的備用電量驅(qū)動(dòng)，由于太陽(yáng)能海水淡化裝置17不能及時(shí)提供濃鹽水，旁路閥門16將會(huì)打開，通過直接注入海水的方式誘導(dǎo)水合物分解，保證系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。