專利名稱：一種海洋天然氣水合物開采的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋天然氣水合物開采方法及裝置。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是一種未來的優(yōu)質(zhì)、潔凈能源，其蘊藏量與現(xiàn)有地球化石燃料(石油、天然氣和煤)總碳量相當(dāng)，它將成為人類21世紀最重要的能源。成功進行天然氣水合物的開采，對緩解人類社會所面臨的能源危機具有十分重要的意義，目前天然氣水合物的開采技術(shù)已成為一個世界研究熱點課題。
天然氣體水合物主要蘊藏在海洋中，是天然氣在一定條件下與水相互作用形成的白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。由于天然氣水合物的自身特性，其開采方法與常規(guī)能源(如煤炭、石油、天然氣等)的開發(fā)不同。煤炭在礦井下是固體，開采后仍是固體；石油在地下是流體，開采后仍是流體；而水合物在洋底埋藏是固體，在開采過程中分子構(gòu)造發(fā)生變化，從固體變?yōu)闅怏w。也就是說，水合物在開采過程中發(fā)生相變。綜合各國科學(xué)家提出的天然氣水合物開發(fā)技術(shù)，大體上可分為兩類地下分解開采和地上分解開采。
地下分解開采是參考石油開采的工藝過程，首先在地層中形成井筒，然后考慮如何人為地打破天然氣水合物穩(wěn)定存在的溫度和壓力條件，將蘊藏在沉積物中的水合物進行分解，最后再將天然氣采至地面。主要包括(1)加熱法，是將蒸汽、熱水、熱鹽水或其它熱流體從地面泵入天然氣水合物儲層，促使溫度上升達到水合物的分解；(2)降壓法，是通過降低壓力而引起天然氣水合物穩(wěn)定的相平衡曲線的移動，從而達到促使天然氣水合物分解的目的；(3)化學(xué)劑法，將鹽水、甲醇、乙醇等化學(xué)劑從井孔泵入地層后，可以改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩(wěn)定溫度，引起天然氣水合物的分解。對于地下分解開采，由于大陸斜坡的不穩(wěn)定、鋪設(shè)的管道非常長、管道中易于形成水合物堵塞等原因，會產(chǎn)生一定的技術(shù)和經(jīng)濟問題。同時，以上各種開采技術(shù)都有其本身的局限性，如加熱法熱損失大、效率低，降壓法開采速度慢，化學(xué)劑法費用昂貴等。以上這些因素，都有可能使得人們難以利用這種手段來開采天然氣水合物資源。
地上分解開采是指在不使天然氣水合物分解的情況下，把天然氣水合物運送到陸地上來進行分解開采。一個新的天然氣水合物開發(fā)方法是在深海使天然氣水合物顆粒化，或?qū)⑻烊粴馑衔镅b入一種可膨脹的軟式氣袋(其內(nèi)部保持天然氣水合物穩(wěn)定所需要的溫壓條件)中，再用潛水艇把天然氣水合物拖到大陸架附近的淺水地區(qū)，在那里，天然氣水合物能夠緩慢地分解，產(chǎn)生燃料和水?；蛟S今后能研制出一種添加劑，使天然氣水合物在較低的壓力和較高的溫度下能夠穩(wěn)定。如果能做到這些，天然氣水合物在傳統(tǒng)的船舶上運輸起來可能比液化的天然氣還要安全。地上分解開采雖然克服了地下分解開采的一些缺點，但目前還僅僅是一種設(shè)想，還有許多難題需要克服，距離實際礦場應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x。
綜上所述，到目前為止，還沒有一種可以用來開采天然氣水合物的具體而有效的方法?，F(xiàn)階段受關(guān)注的方法有注入熱水、降低儲層壓力、注入抑制劑、注入不會形成水合物的氣體、采用微波技術(shù)等。實際投入生產(chǎn)尚有爭議的只有俄羅斯西伯利亞的麥索雅哈氣田，利用降壓和注入抑制劑的方法已經(jīng)生產(chǎn)了20年。從以上各方法的使用來看，單單采用某一種方法來開采天然氣水合物是不經(jīng)濟的，只有結(jié)合不同方法的優(yōu)點才能達到對天然氣水合物的經(jīng)濟有效的開采。
鑒于以上原因，本發(fā)明在分考慮地下分解開采和地上分解開采的優(yōu)點和不足的基礎(chǔ)上，提出了一種經(jīng)濟、高效地大規(guī)模開采海洋天然氣水合物的方法及裝置，為水合物的開采開辟了一條新的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟、高效地大規(guī)模開采海洋天然氣水合物的方法及裝置。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的裝置包括鉆進設(shè)備、泥沙分離器、水合物分解裝置、天然氣導(dǎo)出管道及各種輸送管道。所述鉆進設(shè)備包括在地層中開采產(chǎn)生水合物、泥沙以及分解氣體的混合物的鉆機。所述泥沙分離器位于海底，用于將水合物、泥沙以及分解氣體的混合物中的泥沙分離出來。所述水合物分解裝置位于海面，用于導(dǎo)入海洋表面的溫度較高的海水以分解水合物。
本發(fā)明的方法及裝置工作原理是使用鉆機對海底水合物層進行開采，將水合物、泥沙以及分解氣體的混合物排到位于海底的泥沙分離裝置以分離泥沙。與泥沙分離后的水合物、分解氣體和水的混合物通過管道被輸送到位于海面上的分解裝置，而分離出的泥沙則留在海底。這樣，輸送需要的動力大大減小。
分解裝置的工作方式是抽取海洋表面的溫度較高的海水，從分解裝置的底部通入，而從海底來的水合物與海水的混合物從分解裝置的中部或上部導(dǎo)入，這樣，水合物進入該分解裝置后呈懸浮狀態(tài)下降，在下降的過程中被從底部來的溫度較高的海水溶化分解，分解產(chǎn)生的氣體上升到分解裝置頂部，進入輸氣管道。分解裝置的上部設(shè)有出水管，用于排水。
分解裝置的進水管和出水管可以是一根至多根。
在天然氣導(dǎo)出管道的出氣口可以設(shè)置捕水裝置或其他干燥裝置，用于除去天然氣中的水分。
本發(fā)明的方法和裝置，較好地克服了現(xiàn)有開采海洋天然水合物各種方法的弊端，設(shè)備簡單、操作方便、成本低廉、工作效率高，可以應(yīng)用于大規(guī)模地開采海洋天然水合物，為人類大規(guī)模利用海洋天然氣資源找到了一條新途徑。


圖1是本發(fā)明一個實施例的工作原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進一步說明本發(fā)明所采用的裝置包括以下部分1、鉆頭 2、鉆機 3、混合物通道 4、泥沙分離設(shè)備 5、管道 6、分解罐 7、海水輸入管道 8、海水輸出管道 9、天然氣輸出管道 10、泵 11、泵 12、泵如附圖1所示，在海底天然氣水合物層伸入鉆頭1進行開采，將水合物、泥沙以及分解氣體的混合物通過管道排到位于海底的泥沙分離裝置4，分離后的水合物、分解氣體和水的混合物通過管道5被輸送到位于海面上的分解罐6，泵10將海面的溫度較高的海水經(jīng)管道7輸入分解罐6，分解出的天然氣經(jīng)管道9導(dǎo)出，使用過的海水經(jīng)管道8重新輸出至海面。
權(quán)利要求
1.一種海洋天然氣水合物開采方法，其特征在于包括以下步驟(1)對海底天然水合物層進行開采，產(chǎn)生水合物、泥沙以及分解氣體的混合物并上排到海底；(2)泥沙在海底進行分離，并將與泥沙分離后的天然水合物、分解氣體和水的混合物傳送到位于海平面的分解裝置；(3)在分解裝置中導(dǎo)入海平面的溫度較高的海水用于分解；(4)分離后的天然氣和海水分別導(dǎo)出。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋天然氣水合物開采方法，其特征在于從海底來的含有水合物的混合物從步驟(3)中所述的溫度較高的海水的上部進入分解裝置。
3.一種海洋天然氣水合物開采設(shè)備，包括天然氣導(dǎo)出管道，其特征在于還包括鉆進設(shè)備、泥沙分離器、水合物分解裝置；所述鉆進設(shè)備包括在地層中開采產(chǎn)生水合物、泥沙以及分解氣體的混合物的鉆頭與鉆機；所述泥沙分離器位于海底，用于將混合物中的泥沙分離出來；所述水合物分解裝置位于海面，用于導(dǎo)入海洋表面的溫度較高的海水以分解水合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋天然氣水合物開采設(shè)備，其特征在于從海平面導(dǎo)入的溫度較高的海水從分解裝置的底部進入，從上部排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋天然氣水合物開采設(shè)備，其特征在于所述天然氣導(dǎo)出管道位于分解裝置的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的海洋天然氣水合物開采設(shè)備，其特征在于所述天然氣導(dǎo)出管道出氣口設(shè)置有捕水裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的海洋天然氣水合物開采設(shè)備，其特征在于天然氣導(dǎo)出管道出氣口設(shè)置有干燥裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的海洋天然氣水合物開采設(shè)備，其特征在于從海底來的含有水合物的混合物從分解裝置的中部進入分解裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的海洋天然氣水合物開采設(shè)備，其特征在于從海底來的含有水合物的混合物從分解裝置的上部進入分解裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海洋天然氣水合物開采方法及裝置。該方法包括以下步驟對海底天然水合物層進行開采；之后輸送到海底的泥沙分離裝置，將與泥沙分離后的天然氣水合物、分解氣體和水的混合物傳送到位于海平面的分解裝置；將海平面的溫度較高的海水導(dǎo)入分解裝置用于分解天然氣水合物；分解后的天然氣和海水分別導(dǎo)出。該裝置包括鉆進設(shè)備、泥沙分離器、水合物分解裝置、天然氣導(dǎo)出管道等。本發(fā)明的方法和裝置，較好地克服了現(xiàn)有開采海洋天然水合物各種方法的弊端，設(shè)備簡單、操作方便、成本低廉、工作效率高，可以應(yīng)用于大規(guī)模地開采海洋天然水合物。
文檔編號E21C50/00GK1587642SQ20041005154
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者馮自平, 郝永卯, 黃沖, 肖睿 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所