深海海底淺層非成巖地層天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，用于深海淺層非成巖地層的天然氣水合物開采，其包括：海底掘進流化提升撬：用以在天然氣水合物的儲藏區(qū)域，以自然環(huán)境中的溫度和壓力，固態(tài)形式采掘天然氣水合物藏，將天然氣水合物固體物質進行收集并破碎為顆粒物，將海水與顆粒物通過引射混合形成氣液固多相混合物流；密閉流化集輸管線：包括密閉管道，密閉管道與海底掘進流化提升撬連接以將氣液固多相混合物流提升至海面；海面分離處理裝置：設置于海面支持系統(tǒng)，包括對通過密閉管道提升至海面的氣液固多相混合物進行分離的裝置和對分離物進行處理的處理裝置。本發(fā)明實現(xiàn)了深海天然氣水合物的安全、綠色開采，避免了多個方面的潛在危險。
【專利說明】深海海底淺層非成巖地層天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣資源開發(fā)【技術領域】，尤其涉及用于深海淺層非成巖地層的天然氣水合物開發(fā)的一種天然氣水合物綠色開采系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，能源供需矛盾日益突出，2012年我國進口原油達到2.07億噸，成為世界第二大原油進口國，對外依存度達到56.7%，逼近或超過國際公認的能源安全線。因此，在加大油氣新區(qū)新領域的勘探開發(fā)力度的同時，尋找新型接替能源已經(jīng)成為保障國家能源安全和國家安全的重要戰(zhàn)略舉措。
[0003]頁巖油氣、煤層氣和天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)利用對于實現(xiàn)我國能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展無疑具有十分重要的意義。這在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006— 2020)》的重點領域中明確界定“天然氣水合物技術是前沿【技術領域】”。
[0004]天然氣水合物是甲烷等烴類氣體或揮發(fā)性液體與水在高壓低溫條件下形成的白色結晶狀“籠形化合物”(Clathrate)，其外表像冰，一點就燃，因此被稱為“可燃冰”。天然氣水合物的分子式為CH4.6H20。高密度、高熱值、分布廣是天然氣水合物的顯著特點，通常一單位體積的天然氣水合物分解可產生164-180單位體積的甲烷氣體。天然氣水合物主要分布在陸域永久凍土和深海海域，其中深海海域天然氣水合物的儲量約是陸地的100倍，總量達到7.6X 1，018立方米，是已知傳統(tǒng)化石燃料(煤、石油、天然氣等)儲量的2倍，因此被認為是21世紀最有潛力的接替能源。
[0005]海域天然氣水合物主要分布在聚合大陸邊緣大陸坡、被動大陸邊緣大陸坡、海山、內陸海及邊緣海深水盆地和海底擴張盆地內、滿足水合物生成溫壓條件的表層沉積物或沉積巖中，也可散布于洋底以顆粒狀出現(xiàn)。
[0006]目前發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物主要以四種形態(tài)存在:砂巖型水合物、砂巖裂隙型水合物、細粒裂隙型水合物、分散型水合物，其中砂巖型水合物可以采用降壓、注熱等方法進行開發(fā)，而細粒裂隙型水合物、分散型水合物總量大，占整體水合物資源的約80%，但由于具有埋深淺、膠結性差等特點，無法采用上述方法開采。
[0007]深海淺層非成巖地層的天然氣水合物具有儲量大、弱膠結、穩(wěn)定性差的特點，一旦所在區(qū)域的溫度、壓力條件發(fā)生變化，就可能導致深海海底非成巖地層的天然氣水合物的大量分解、氣化和自由釋放，如采用現(xiàn)有技術的開采方法進行開采，存在以下三個方面的潛在的風險:
[0008]I)深海海底淺層非成巖地層的弱膠結的天然氣水合物無序分解，可能帶來潛在的海底滑坡等地質災害，同時，即使是膠結性較好的成巖地層的天然氣水合物，由于天然氣水合物藏沒有明顯的構造邊界和嚴密的蓋層，隨著天然氣水合物規(guī)模開發(fā)，地層結構將開始變得疏散，可能導致海底地層不穩(wěn)定；
[0009]2)深海淺層非成巖地層的天然氣水合物主要分解為天然氣和水，而大量天然氣會造成溫室氣體效應，對大氣環(huán)境造成損害；[0010]3)由于天然氣水合物的分解，導致大量天然氣無序釋放，大量氣體的自由膨脹上升對海面船只和空中飛行器均可能造成災難。
[0011]現(xiàn)有天然氣水合物開采技術中，通常通過降壓\注熱\注劑等將深海具有一定儲蓋層的天然氣水合物礦藏在地下轉化為氣體和水，對轉化后得到的氣體進行收集，再通過水下生產設施或浮式生產設施進行生產，這種方法只能適應于深水成巖天然氣水合物的開發(fā)，目前開采效率還無法滿足工業(yè)開發(fā)的門限，同時這種方法也無法實現(xiàn)深水淺層弱膠結天然氣水合物的開發(fā)利用
[0012]綜上所述，無論是膠結較好的成巖地層的天然氣水合物，還是膠結較差的非成巖地層的天然氣水合物，在國內外研究的開采方法與開采裝備技術中，上述三方面的問題在開發(fā)過程中均未得到有效解決。
[0013]同時，在進行資源開發(fā)的同時必須對環(huán)境進行有效的保護，以及開采的安全性，也是資源開發(fā)領域一個重要的課題，因此，需要一種綠色開采系統(tǒng)，實現(xiàn)對深海非成巖地層的天然氣水合物開采。

【發(fā)明內容】

[0014]針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的為提供用于深海非成巖地層天然氣水合物開采的一種天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，以避免現(xiàn)有技術的開采系統(tǒng)中的上述三個方面的潛在風險。
[0015]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0016]一種天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，用于深海淺層非成巖地層的天然氣水合物的開采，所述綠色開采系統(tǒng)包括海面支持系統(tǒng)，所述天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)還包括:
[0017]海底掘進流化提升撬:用以在所述天然氣水合物的儲藏區(qū)域，以自然環(huán)境中的溫度和壓力，以固態(tài)形式采掘所述天然氣水合物藏，將所述天然氣水合物的固體物質進行收集并破碎為顆粒物，將海水與所述顆粒物通過引射混合形成氣液固多相混合物流；
[0018]密閉流化集輸管線:包括密閉管道，所述密閉管道與所述海底掘進流化提升撬連接以將所述氣液固多相混合物流提升至海面；
[0019]海面分離處理裝置:設置于所述海面支持系統(tǒng)，包括對通過密閉管道提升至海面的所述氣液固多相混合物進行分離的分離裝置和對分離后所得分離物進行處理的處理裝
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[0020]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的天然氣水合物的開采系統(tǒng)，利用深海成巖地層的天然氣水合物在海底溫度和壓力下的穩(wěn)定性，采用固態(tài)開采系統(tǒng)，由于整個采掘過程在海底水合物藏區(qū)域進行，未改變水合物的溫度壓力條件，因此水合物不會分解，從而實現(xiàn)了原位固態(tài)開發(fā)，避免上述三個方面的潛在危險。
[0021]同時本發(fā)明的綠色開采系統(tǒng)，利用了天然氣水合物在傳輸過程中溫度壓力的自然變化，實現(xiàn)在密閉管道內的固液氣混合物的可控有序分解。同時，就地利用海水，在密閉條件下進行海水引射，將采掘出水合物粉碎研磨后形成氣液固多相混合物流實現(xiàn)密閉輸送；整個密閉管道的輸送系統(tǒng)，相當于常規(guī)油氣藏，從而保證生產安全，達到綠色可控開采的目的，避免上述三個方面的潛在危險，從根本上避免了各種環(huán)境變化等問題引起的天然氣水合物分解帶來的地質和環(huán)境災害?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)的天然氣水合物走向示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)的裝置連接示意圖。
【具體實施方式】
[0025]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是，本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明實施例的深海淺層天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其所實現(xiàn)的思路和原理是:將深海淺層弱膠結的天然氣水合物藏當作一種海底礦藏資源，利用其在海底的自然環(huán)境的溫度和壓力下的穩(wěn)定性，采用固態(tài)開采系統(tǒng)，即采用掘進設備，以自然環(huán)境中的壓力和溫度，以固態(tài)形式開發(fā)水合物藏，將含水合物的沉積物粉碎成細小顆粒后，再與海水混合，采用封閉管道輸送至海面平臺，爾后將其在海面支持系統(tǒng)進行后期處理和加工，如圖1所
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[0027]常規(guī)油氣藏受圈閉構造的控制，可實現(xiàn)開采過程的有序控制。而本發(fā)明的天然氣水合物的開采系統(tǒng)，是將深海淺層不可控的非成巖水合物藏，通過采掘密閉流化舉升系統(tǒng)，變?yōu)榭煽氐奶烊粴馑衔镔Y源，從而保證生產安全，達到綠色可控開采的目的。
[0028]下面具體介紹本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)。
[0029]如圖1-圖3所示，本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，包括在海床作業(yè)的海底掘進流化提升撬1、由海床向海面輸送的密閉流化集輸管線和在海面作業(yè)的海面分離處理裝置這三大部分。以下逐一介紹:
[0030]一、海底掘進流化提升撬
[0031]海底掘進流化提升撬I是在深海淺層天然氣水合物的儲藏區(qū)域以固態(tài)形式采掘所述天然氣水合物，并將所述天然氣水合物粉碎為顆粒物后，與海水混合成氣液固多相混合物流。這里所說的儲藏區(qū)域，也即開采區(qū)域。
[0032]如圖3所示，海底掘進流化提升撬I包括掘進裝置、混合管路、增壓裝置和監(jiān)測裝置，而掘進裝置則包括機身、走行機構、一次破巖機械和收集管路。
[0033]其中，走行機構設置于機身底部；走形機構例如為履帶式走行機構，但本發(fā)明并不以此為限。
[0034]—次破巖機械設置于機身的前方，一次破巖機械包括設置在所述機身前方上側的螺旋破巖機械18和設置在所述機身的前方底部的破巖滾筒16。破巖滾筒16的上方,設置有溢流氣體收集罩17，以將溢流氣體收集于收集管路中，避免對開采區(qū)域的壓力產生大的影響。
[0035]收集管路則內置于所述機身中，與一次破巖機械連接，以收集一次破巖機械破碎后的天然氣水合物；二次破巖機械15設置在收集管路上,將一次破巖機械第一次破碎后的天然氣水合物進行第二次破碎以形成顆粒物。[0036]混合管路，則連接于所述收集管路，將所述掘進裝置采掘的所述天然氣水合物與海水混合形成所述氣液固多相混合物流。
[0037]增壓裝置，例如為用于增壓的砂漿螺桿泵11，用于為混合管路的傳輸增壓。
[0038]在海底掘進流化提升撬中設置有監(jiān)測裝置，用于實時監(jiān)測儲藏區(qū)域的溫度和壓力，由于是固態(tài)開采，因此，容易維持儲藏區(qū)域的溫度和壓力為天然氣水合物的原始儲藏環(huán)境的壓力和溫度。這里的監(jiān)測裝置例如包括溫度傳感器、壓力傳感器和控制裝置。這里的監(jiān)測開采區(qū)域的溫度和壓力的設備所用電力，可以由海面的海面支持船或海面支持平臺等海面支持系統(tǒng)來負責供給。監(jiān)測裝置的控制裝置，也可以設置在海面支持船或海面支持平臺。
[0039]由于整個采掘過程是在海底的天然氣水合物的儲藏區(qū)域進行，未改變水合物的溫度壓力條件，因此可以保證天然氣水合物保持固態(tài)而不會分解，從而實現(xiàn)了原位固態(tài)開發(fā)，避免上述三個方面的潛在危險。
[0040]鑒于水合物的賦存方式特點是大面積附著于海底并有一定厚度。因此，本發(fā)明實施例的綠色開采系統(tǒng)的海底掘進流化提升撬采用掘進裝置外置的水下螺旋破巖機械和破巖滾筒相結合的方式進行機械破碎。由于這種采掘方式是在不改變水合物溫度、壓力場條件下的機械破碎，天然氣水合物以原始地層狀態(tài)在一次破碎后均能保持原有固態(tài)形式。然后，將經(jīng)過第一次破碎的固態(tài)形式的天然氣水合物傳送至掘進裝置的機身內置的二次破巖機械15進行第二次破碎，破碎成小于等于100目的顆粒物。二次破巖機械15由電動直驅泵14提供動力。
[0041 ] 破碎后的大顆粒含砂水合物在混合管道中與海水一起隨著螺旋破巖機械將固態(tài)水合物流化成砂漿，進入密閉流化集輸管線。在海底掘進流化提升撬的混合管路中，是用海水與顆粒物混合，這里的海水，不是直接將深海的海水與采掘破碎后的顆粒物直接混合，而是將海面一定深度的海水先由海水提升及控制單元提升至海面，然后如圖3所示，輸送至混合管路中，如圖3所述，海水經(jīng)過過濾器13，由往復泵12泵入密閉管道下段23，海水一方面是與經(jīng)過兩次破碎后的顆粒物混合，為其提供潤滑，使其成為砂漿；另一方面通過海水引射作用為混合后的固液氣混合物流的流動提供動力。
[0042]破碎后的大顆粒含砂水合物與海水一起隨著螺旋破巖機械將固態(tài)水合物流化成水合物砂漿(也即固液氣水合物流)，也即通過海水引射混合形成液固混合物流，在混合過程，部分水合物從固體顆粒中釋放出來，轉化為氣體和水，因此經(jīng)過混合過程后，形成了氣液固多相混合物流，進入流化輸送系統(tǒng)的密閉管道。
[0043]本實施例的海底掘進流化提升撬I，是水下天然氣水合物采掘、收集、研磨、輸送海底裝置，其利用高效破碎海床的刀具，能適應海底高壓高腐蝕環(huán)境。能有效將海床的淤泥，石塊破碎成相當程度的碎片，以適應后期的收集。其中的螺旋破巖機械，采用螺旋破巖的方式，橫向破碎收集水合物礦藏。而二次破巖機械15，是在海底裝置內設置的破碎攪拌可燃冰的裝置，進一步將收集起來的可燃冰混合物處理成均勻的密度，以便將其泵入密閉流化集輸管線的密閉管道。
[0044]海底掘進流化提升撬I與供電系統(tǒng)采用濕式電連接，即在帶電狀態(tài)下，可以在水下環(huán)境中濕式插拔，其主要通過插撥過程中，電纜供應絕緣液和氮氣，實現(xiàn)電絕緣。
[0045]二、密閉流化集輸管線[0046]密閉流化集輸管線的作用是通過密閉管道將所述氣液固多相混合物流提升至海面(或稱海上)。
[0047]本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，包括密閉管道、增壓撬22和分解控制裝置。其中密閉管道包括以增壓撬22為界的上段21和下段23。
[0048]其中，密閉管道是天然氣水合物砂漿的密閉長距離輸送管道，密閉管道具有密閉性、承壓性、柔韌性，并且密閉管道能夠與增壓系統(tǒng)的增壓撬22和海面支持船快速連接，同時保持一定的浮力。
[0049]固液氣混合物流在密閉管道內提升的動力，主要來自于增壓裝置，還可來自于海水的引射作用，以及分解控制裝置控制密閉管道內混合物分解所產生氣體的自舉升作用。以下分別敘述。
[0050]在深海淺層，可以僅設置一級的增裝置而不設置增壓撬22。而在深海深層，由于天然氣水合物藏所處水深超過一定深度后，一級的增壓裝置不足以將密閉管道中的水合物砂漿舉升到海面，可以在密閉管道中部位置設置增壓撬22作為水中增壓設備，增壓撬22可以設置在距離海面約300米水深處，但本發(fā)明并不以增壓撬22為限，也可以設置其他類型的水中增壓設備。
[0051]水中增壓提升撬由海面(或稱水面)支持船吊放至所需水深處，將增壓撬22與密閉流化集輸系統(tǒng)的密閉管道快速連接以進行增壓。增壓撬22可由管匯系統(tǒng)和螺桿泵組成，根據(jù)需要可單泵或多泵增壓輸送。增壓撬22的電力供應由海面支持船供給。
[0052]除了增壓撬22之外，利用密閉管道輸送過程中的壓力和溫度變化，可實現(xiàn)固液氣混合物流中的部分天然氣水合物自然分解，將深海淺層不可控的非成巖水合物藏通過采掘密閉流化舉升系統(tǒng)變?yōu)榭煽氐乃衔镔Y源，整個密閉管道的輸送系統(tǒng)相當于常規(guī)油氣藏，從而保證生產安全，達到綠色可控開采的目的；其實質是將海底非成巖不可控的天然氣水合物藏轉變?yōu)槊荛]管道內可控制的天然氣水合物藏，密閉管道系統(tǒng)就相當于常規(guī)油氣藏的致密蓋層。因此，通過分解控制裝置控制密閉管道內的所述氣液固多相混合物流在提升過程中的壓力變化和溫度變化，可使氣液固多相混合物流中的部分所述天然氣水合物自然分解。天然氣水合物分解產生的氣體和水，特別是天然氣水合物分解后形成的氣體壓力增壓，使得密閉管道內的固液氣混合物流的密度降低，可實現(xiàn)部分水合物漿液自氣舉。
[0053]三、海面分離處理裝置
[0054]海面分離處理裝置的作用是對通過密閉管道提升至海面的所述氣液固多相混合物進行分離和處理，分離出天然氣。
[0055]本發(fā)明實施例的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其海面分離處理裝置包括分離裝置、處理裝置、井口完整性控制裝置、儲存裝置和輸送裝置。
[0056]上述的海面支持系統(tǒng)，可為海面支持船或海面支持平臺，設置在開采區(qū)域的海面上，海面支持船具有靈活的特性，可以在不同的開采區(qū)域重復使用。但本發(fā)明并不以此為限。也可以在開采區(qū)域的海面上搭建海面支持平臺，以代替海面支持船的作用。
[0057]本發(fā)明實施例的綠色開采系統(tǒng)，其海面分離處理裝置可以設置在上述的海面支持船或海面支持平臺上，但海面支持船或海面支持平臺上不限于設置海面分離處理裝置，還可以設置動力系統(tǒng)、切斷裝置、海水提升及控制單元等。本發(fā)明實施例的綠色開采系統(tǒng)的總控制臺，也可設置在海面支持船或海面支持平臺。[0058]對于動力系統(tǒng)，增壓撬22的電力和海底掘進流化提升撬的電力由動力系統(tǒng)供給。例如，螺旋破巖機械18的電機19、破巖滾筒16的電機以及電動直驅泵14的電力均由動力系統(tǒng)供給。
[0059]而切斷裝置，是在應急情況下，可切斷密閉管道進行固液氣混合物流提升的動力源，利用密閉管道內泥沙重力沉降，實現(xiàn)自然壓“井”，這里所說的動力源，包括增壓泵的動力源和增壓撬22的動力源，也可同時切斷海水提升和引射的動力源。
[0060]在通過密閉管道將氣液固多相混合物流提升到海面后，可將其視作常規(guī)油田的井口。由于密閉管道內具有一定壓力的天然氣，因此，設計了井口完整性控制裝置，其包括連接裝置及應急關斷裝置，連接裝置將密閉管道的末端與海面支持船連接以進行井口完整性控制。應急關斷裝置設置在密閉管道末端與海面支持船連接的連接裝置前后，例如設置在應急關斷閥35，以在應急情況下及時將海面支持船與密閉管道分開，保證開采作業(yè)的安全性。
[0061]上述的應急關斷裝置可主要包括，設置在密閉管道端部的關斷閥35以及壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)，當密閉系統(tǒng)內壓力\溫度出現(xiàn)異?；蛑С执霈F(xiàn)緊急工況時，關閉關斷閥35，保證系統(tǒng)安全；另外，海面支持船與密閉管道之間還可連接有多功能應急工況自動解脫系統(tǒng)，在臺風等緊急情況下，與海面支持船快速解脫。
[0062]海面分離處理裝置作為整個開采過程的終端，負責天然氣/未分解完全的天然氣水合物/海水/泥沙多相管流混合物的收集與后期處理。
[0063]分離裝置包括帶壓沉降分離器31和旋流分離器32，旋流分離器32連接于帶壓沉降分離器31的分離物輸出端，分離出的除海水、泥沙或礦砂以外的分離物均進入旋流分離器32，而旋流分離器32的分離物輸出端連接天然氣處理裝置33。而泥沙或礦砂的分離物輸出端連接有回填管路，用于將泥沙或礦砂回填至海底。帶壓分離器分離后的泥沙或礦砂和旋流分離器32的泥沙或礦砂經(jīng)處理后就地回填大海。兩者可以使用同一回填路經(jīng)進行回填。分離后礦砂和泥沙就地回填，可保持海底原貌，避免次生地質災害。
[0064]因此，多相混合物首先進入帶壓沉降分離器31進行帶壓沉降分離，泥沙通過重力作用沉降分離，天然氣和水得到初步分離，由于帶有一定的壓力，分離器設有壓力安全保護系統(tǒng)。
[0065]然后，帶壓沉降分離器31初分后的天然氣和液體進入氣液旋流分離器32進行旋流分離，利用旋流分離器32離心作用實現(xiàn)進一步分離，分離后的天然氣進入天然氣處理裝置33，將分離所得的天然氣液化為液化天然氣(LNG)，進入LNG處理系統(tǒng)34，例如進入存儲裝置中進行儲存，或者通過輸送裝置向外輸送。
[0066]上述混合物分離所得的海水經(jīng)海水處理裝置處理合格后再排入海洋中的步驟，以免對海洋造成污染。
[0067]本發(fā)明實施例的天然氣水合物的開采系統(tǒng)，利用深海成巖地層的天然氣水合物在海底溫度和壓力下的穩(wěn)定性，采用固態(tài)開采系統(tǒng)。由于整個采掘過程在海底水合物藏區(qū)域進行，未改變水合物的溫度壓力條件，因此水合物不會分解，從而實現(xiàn)了原位固態(tài)開發(fā)，避免上述三個方面的潛在危險。
[0068]同時，本發(fā)明實施例的天然氣水合物的開采系統(tǒng)，就地利用海水，在密閉條件下進行海水引射，將采掘出水合物粉碎研磨后形成氣液固多相混合物流實現(xiàn)密閉輸送；整個密閉管道的輸送系統(tǒng)，相當于常規(guī)油氣藏，從而保證了生產安全，達到綠色可控開采的目的，避免上述三大危害，從根本上避免了各種環(huán)境變化等問題引起的天然氣水合物分解帶來的地質和環(huán)境災害。
[0069]本領域技術人員應當意識到在不脫離本發(fā)明所附的權利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，用于深海淺層非成巖地層的天然氣水合物的開采，所述綠色開采系統(tǒng)包括海面支持系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)還包括: 海底掘進流化提升撬:用以在所述天然氣水合物的儲藏區(qū)域，以自然環(huán)境中的溫度和壓力，以固態(tài)形式采掘所述天然氣水合物藏，將所述天然氣水合物的固體物質進行收集并破碎為顆粒物，將海水與所述顆粒物通過引射混合形成氣液固多相混合物流； 密閉流化集輸管線:包括密閉管道，所述密閉管道與所述海底掘進流化提升撬連接以將所述氣液固多相混合物流提升至海面； 海面分離處理裝置:設置于所述海面支持系統(tǒng)，包括對通過密閉管道提升至海面的所述氣液固多相混合物進行分離的分離裝置和對分離后所得分離物進行處理的處理裝置。
2.如權利要求1所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述海底掘進流化提升撬包括: 掘進裝置，包括: 機身； 走行機構，設置于所述機身底部； 一次破巖機械，設置于所述機身的前方；以及 收集管路，設置于所述機身中，用以收集所述一次破巖機械破碎后的所述天然氣水合物； 混合管路，連接于所述收集管路，以將所述掘進裝置采掘的所述天然氣水合物與海水混合形成所述氣液固多相混合物流。以及 增壓裝置，用于為所述混合管路增加傳輸壓力。
3.如權利要求2所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，在所述海底掘進流化提升撬中，所述收集管路上還設置有用于將所述一次破巖機械第一次破碎的所述天然氣水合物進行第二次破碎以形成所述顆粒物的二次破巖機械。
4.如權利要求2所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述走行機構為履帶式走行機構，所述一次破巖機械包括設置在所述機身前方上側的螺旋破巖機械和設置在所述機身前方底部的破巖滾筒。
5.如權利要求4所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述破巖滾筒的上方設置有溢流氣體收集罩。
6.如權利要求1所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，在海底掘進流化提升撬中還包括用于實時監(jiān)測所述儲藏區(qū)域的溫度和壓力的監(jiān)測裝置。
7.如權利要求1所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，在密閉流化集輸管線中，還設置有分解控制裝置，所述分解控制裝置控制所述密閉管道內的所述氣液固多相混合物在提升過程中的壓力變化和溫度變化以使所述氣液固多相混合物中的部分所述天然氣水合物分解為水和天然氣，以使天然氣分解量增加而實現(xiàn)在所述密閉管道內的自氣舉。
8.如權利要求1所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，在超深海海域，所述密閉流化集輸管線還包括在所述密閉管道中部位置設置的水中增壓設備。
9.如權利要求8所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述水中增壓設備為增壓撬，所述增壓撬與所述密閉管道連接以對所述密閉管道內的傳輸介質進行增壓。
10.如權利要求2所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述海面支持系統(tǒng)為海面支持船或海面支持平臺。
11.如權利要求10所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述水中增壓設備的電力和所述海底掘進流化提升撬的電力由所述海面支持船或海面支持平臺上設置的動力系統(tǒng)供給。
12.如權利要求8所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述分離裝置包括帶壓沉降分離器和所述帶壓沉降分離器的分離物輸出端連接的旋流分離器，所述處理裝置包括所述旋流分離器分離物輸出端連接的天然氣處理裝置。
13.如權利要求9所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述海面分離處理裝置還包括井口完整性控制裝置，所述井口完整性控制裝置包括連接所述密閉管道末端與所述海面支持船的連接裝置以及在所述連接裝置前后設置的應急關斷裝置以對所述密閉管道的出口進行井口完整性控制。
14.如權利要求12所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述分離裝置還包括用于泥沙和礦砂回填至開采所述天然氣水合物藏的區(qū)域的回填管路，所述回填管路連接于帶壓沉降分離器和旋流分離器的分離物輸出端。
15.如權利要求10所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述綠色開采系統(tǒng)還包括在所述海面支持系統(tǒng)與所述密閉流化集輸管線之間設置的切斷裝置，以在應急情況下切斷所述增壓設備的動力源以利用所述密閉管道內所述氣液固多相混合物中的泥沙重力沉降而自然壓井。
16.如權利要求10所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述綠色開采系統(tǒng)還包括在海面支持船或海面支持平臺設置的海水提升及控制單元，以將海面下一定深度的海水提升至海面，然后輸`送至所述混合管路與所述顆粒物混合，并引流所述混合管路中的所述氣液固多相混合物流。
17.如權利要求12所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，在海面分離處理裝置中還包括將分離所得并液化后的天然氣進行儲存的儲存裝置及向外輸送的輸送裝置。
18.如權利要求14所述的天然氣水合物的綠色開采系統(tǒng)，其特征在于，所述分離裝置還包括海水處理裝置，所述海水處理裝置連接于帶壓沉降分離器和旋流分離器的分離物輸出端。
【文檔編號】E21C50/00GK103628880SQ201310595204
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權日:2013年11月21日
【發(fā)明者】周守為, 李清平, 陳偉, 周建良, 黃鑫, 付強, 龐維新, 呂鑫, 張弭, 郭平 申請人:中國海洋石油總公司