一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于天然氣開采領(lǐng)域的利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物是天然氣(主要成分甲烷)和水在高壓低溫環(huán)境下形成的類冰固體化合物。全球天然氣水合物資源豐富，并且是清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，在未來的能源戰(zhàn)略中占有重要的地位。技術(shù)統(tǒng)計(jì)顯示可滿足人類1000年的需求，是未來極具開發(fā)潛力的不可再生能源。它將是21世紀(jì)人類最重要的能源。成功的開采天然氣水合物可以有效的解決未來世界的能源短缺問題。
[0003]天然氣水合物是一種亞穩(wěn)態(tài)礦物，以固態(tài)的形式存在于特定的溫壓條件下。在開采過程中容易破壞其水合物的相平衡，因此目前許多開采方法都是通過改變其形成的物理化學(xué)性質(zhì)使其分解，從而實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的開采。如熱刺激法，減壓法，化學(xué)試劑法，二氧化碳置換法。這些開采方式適合于通過鉆井，然后在井筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)開采。
[0004]但是這些方法在開采的過程中都有自身的缺點(diǎn)，如開采效率不高、大多面臨著儀器設(shè)備復(fù)雜、試劑價(jià)格昂貴、耗能量多等問題。并且以上幾種方法只適合于水合物上層具有良好的不可分解的覆蓋層的礦藏，否則都不可行。而海底的部分天然氣水合物形成于海底表層，以上幾種方法都不適合于海底表層的天然氣水合物開采。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的針對(duì)天然氣水合物開采現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了提高開采效率、降低開采成本、減少能耗，特提供一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法，包括以下步驟:
[0007]I)將工作船上的供電裝置開關(guān)打開，電能通過電纜線輸入超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波經(jīng)過換能器、超聲聚能器、破碎頭傳輸?shù)胶５妆韺樱暡◣?dòng)破碎頭振動(dòng)與天然氣水合物相作用，將海底表層天然氣水合物破碎成顆粒漿；
[0008]2)開動(dòng)工作船上的抽漿泵，將天然氣水合物顆粒漿通過破碎頭上的吸孔吸入，流經(jīng)軟管C、調(diào)整臂、管柱的內(nèi)腔，抽吸到工作船上的天然氣水合物分解設(shè)備中；
[0009]3)啟動(dòng)天然氣水合物分解設(shè)備，天然氣水合物發(fā)生分解，將分離出的天然氣收集、干燥與用戶端聯(lián)接，將分離出的水、砂石直接排入海底回填。
[0010]在步驟I)中管柱與破碎頭間安裝有調(diào)整臂，使破碎頭能適應(yīng)在海底高低不平的地勢(shì)，有效破碎海底表層天然氣水合物。破碎的天然氣水合物在超聲波的作用下還會(huì)產(chǎn)生空化作用，能提高其開采效率；
[0011]在步驟2)中吸孔位于破碎頭與海底表層天然氣水合物接觸面上，天然氣水合物漿進(jìn)入吸孔后到破碎頭內(nèi)腔，再依次進(jìn)入軟管C、調(diào)整臂內(nèi)腔、管柱內(nèi)腔，最終達(dá)到工作船上的天然氣水合物分解設(shè)備中。
[0012]在步驟3)中天然氣水合物分解設(shè)備內(nèi)部安裝有液氣分離部件、天然氣干燥清潔部件等。
[0013]一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物方法的裝置，是由海上工作船部分和海底開采部分組成。海上工作船的平臺(tái)上設(shè)置有抽漿泵，抽漿泵進(jìn)口用軟管與管柱連接，抽漿泵出口與天然氣水合物分解設(shè)備之間用軟管A連接；海上工作船的平臺(tái)另一端安裝供電裝置，供電裝置用包裹電纜線軟管包裹的電纜線與海底開采部分的超聲波發(fā)生器相連接；海底開采部分:管柱與調(diào)整臂間用萬向節(jié)連接，萬向節(jié)的外部用軟管B包裹并且密封；調(diào)整臂與液壓動(dòng)臂用螺柱B連接；液壓動(dòng)臂與超聲波發(fā)生器間用螺柱C連接；超聲波發(fā)生器與換能器間用螺柱D連接；換能器與超聲聚能器間用螺柱E連接；超聲聚能器與破碎頭之間用螺柱A連接；破碎頭與調(diào)整臂之間還用單獨(dú)的軟管C相連接；在破碎頭與海底表層天然氣水合物接觸的面上布滿了破碎齒和吸孔。
[0014]所述萬向節(jié)保證傳遞到調(diào)整臂的力不受海底高低不平而改變，保證調(diào)整臂處于平穩(wěn)的工作狀態(tài)。
[0015]所述的液壓動(dòng)臂是調(diào)整破碎頭與天然氣水合物的接觸力，使其達(dá)到最大開采效率和實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采。
[0016]所述的調(diào)整臂上半部分為空心，下半部分為實(shí)心的圓形構(gòu)件；破碎頭的上半部分為實(shí)心，下半部分為空心的圓柱形與圓盤形的組合構(gòu)件；破碎頭圓盤形部分與海底表層天然氣水合物接觸面上的破碎齒與吸孔分布在同一個(gè)圓上并且交錯(cuò)排列；破碎齒為圓形齒。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)本發(fā)明的開采方法原理簡(jiǎn)單、實(shí)用，能方便實(shí)現(xiàn)海底表層天然氣水合物的連續(xù)開采；(2)本開采方法用于海底開采方便傳輸動(dòng)力；(3)本開采方法的開采裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗少，易于實(shí)施。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明海底表層天然氣水合物開采裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本開采裝置中萬向節(jié)以下部分正視圖；
[0020]圖3為本開采裝置中破碎頭2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1.破碎齒、2.破碎頭、3.螺柱A、4.超聲聚能器、5.換能器、6.超聲波發(fā)生器、7.液壓動(dòng)臂、8.調(diào)整臂、9.萬向節(jié)、10.包裹電纜線軟管、11.電纜線、12.供電裝置、13.天然氣水合物分解設(shè)備、14.軟管A、15.抽漿泵、16.工作船、17.管柱、18.軟管B、19.螺柱B、20.螺柱C、21.螺柱D、22.螺柱E、23.軟管C、24.吸孔。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供的海底表層天然氣水合物開采方法，包括以下步驟:
[0023]I)工作船16上的供電裝置12開關(guān)打開，電能通過電纜線11輸入超聲波發(fā)生器6，超聲波發(fā)生器6發(fā)出的超聲波經(jīng)過換能器5、超聲聚能器4、破碎頭2傳輸?shù)胶５妆韺?，超聲波帶?dòng)破碎頭2振動(dòng)與天然氣水合物相作用，將海底表層天然氣水合物破碎成顆粒漿；
[0024]2)開動(dòng)工作船16上的抽漿泵15，將天然氣水合物顆粒漿通過破碎頭2上的吸孔24吸入，流經(jīng)軟管C23、調(diào)整臂8、管柱17的內(nèi)腔，抽吸到工作船16上的天然氣水合物分解設(shè)備13中；
[0025]3)啟動(dòng)天然氣水合物分解設(shè)備13，天然氣水合物發(fā)生分解，將分離出的天然氣收集、干燥與用戶端聯(lián)接，將分離出的水、砂石直接排入海底回填。
[0026]本發(fā)明的海底表層天然氣水合物開采裝置的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，是由海上工作船部分和海底開采部分組成，海上工作船16的平臺(tái)上設(shè)置有抽漿泵15，抽漿泵15進(jìn)口用軟管與管柱17連接，抽漿泵15出口與天然氣水合物分解設(shè)備13之間用軟管A14連接；海上工作船16的平臺(tái)另一端安裝供電裝置12，供電裝置12用包裹電纜線軟管10包裹的電纜線11與海底開采部分的超聲波發(fā)生器6相連接；海底開采部分:管柱17與調(diào)整臂8間用萬向節(jié)9連接，萬向節(jié)9的外部用軟管B18包裹并且密封；調(diào)整臂8與液壓動(dòng)臂7用螺柱B19連接；液壓動(dòng)臂7與超聲波發(fā)生器6間用螺柱C20連接；超聲波發(fā)生器6與換能器5間用螺柱D21連接；換能器5與超聲聚能器4間用螺柱E22連接；超聲聚能器4與破碎頭2之間用螺柱A3連接；破碎頭2與調(diào)整臂8之間還用單獨(dú)的軟管C23相連接；在破碎頭2與海底表層天然氣水合物接觸的面上布滿了破碎齒I和吸孔24 ;調(diào)整臂8上半部分為空心，下半部分為實(shí)心的圓形構(gòu)件；破碎頭2的上半部分為實(shí)心，下半部分為空心的圓柱形與圓盤形的組合構(gòu)件；破碎頭2的圓盤形部分與海底表層天然氣水合物接觸面上的破碎齒(I)與吸孔(24)分布在同一個(gè)圓上并且交錯(cuò)排列；破碎齒I為圓形齒。
[0027]其工作原理如下:由工作船16上的供電裝置12提供電能，超聲波發(fā)生器6發(fā)出的超聲波經(jīng)換能器5、超聲聚能器4、破碎頭2傳輸?shù)胶５妆韺?，超聲波帶?dòng)破碎頭2振動(dòng)與天然氣水合物作用，將其破碎成顆粒漿；
[0028]開動(dòng)工作船16上的抽漿泵15，將顆粒漿通過吸孔24流經(jīng)軟管C23、調(diào)整臂8、管柱17抽吸到天然氣水合物分解設(shè)備13中；最后啟動(dòng)天然氣水合物分解設(shè)備13，天然氣水合物分解，將天然氣收集與用戶端聯(lián)接，將分離的水和砂石排入海底回填。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:先將工作船(16)上的供電裝置(12)開關(guān)打開，電能通過電纜線(11)輸入超聲波發(fā)生器(6)，超聲波發(fā)生器(6)發(fā)出的超聲波經(jīng)過換能器(5)、超聲聚能器(4)、破碎頭(2)傳輸?shù)胶５妆韺?，超聲波帶?dòng)破碎頭(2)振動(dòng)與天然氣水合物相作用，將海底表層天然氣水合物破碎成顆粒漿；然后開動(dòng)工作船(16)上的抽漿泵(15)，將天然氣水合物顆粒漿通過破碎頭(2)上的吸孔(24)吸入，流經(jīng)軟管C(23)、調(diào)整臂(8)、管柱(17)的內(nèi)腔，抽吸到工作船(16)上的天然氣水合物分解設(shè)備(13)中；最后啟動(dòng)天然氣水合物分解設(shè)備(13)，天然氣水合物發(fā)生分解，將分離出的天然氣收集、干燥與用戶端聯(lián)接，將分離出的水、砂石直接排入海底回填。2.一種用于權(quán)利要求1所述利用超聲波開采海底表層天然氣水合物方法的裝置，是由海上工作船部分和海底開采部分組成，其特征在于:海上工作船(16)的平臺(tái)上設(shè)置有抽漿泵(15)，抽漿泵(15)進(jìn)口用軟管與管柱(17)連接，抽漿泵(15)出口與天然氣水合物分解設(shè)備(13)之間用軟管A(14)連接；海上工作船(16)的平臺(tái)另一端安裝供電裝置(12)，供電裝置(12)用包裹電纜線軟管(10)包裹的電纜線(11)與海底開采部分的超聲波發(fā)生器(6)相連接；海底開采部分:管柱(17)與調(diào)整臂⑶間用萬向節(jié)(9)連接，萬向節(jié)(9)的外部用軟管B(IS)包裹并且密封；調(diào)整臂(8)與液壓動(dòng)臂(7)用螺柱B(19)連接；液壓動(dòng)臂(7)與超聲波發(fā)生器(6)間用螺柱C(20)連接；超聲波發(fā)生器(6)與換能器(5)間用螺柱D (21)連接；換能器(5)與超聲聚能器⑷間用螺柱E (22)連接；超聲聚能器⑷與破碎頭(2)之間用螺柱A(3)連接；破碎頭(2)與調(diào)整臂(8)之間還用單獨(dú)的軟管C(23)相連接；在破碎頭(2)與海底表層天然氣水合物接觸的面上布滿了破碎齒(I)和吸孔(24)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的裝置，其特征是:所述調(diào)整臂(8)上半部分為空心，下半部分為實(shí)心的圓形構(gòu)件；破碎頭(2)的上半部分為實(shí)心，下半部分為空心的圓柱形與圓盤形的組合構(gòu)件；破碎頭(2)的圓盤形部分與海底表層天然氣水合物接觸面上的破碎齒(I)與吸孔(24)分布在同一個(gè)圓上并且交錯(cuò)排列；破碎齒(I)為圓形齒。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于天然氣開采領(lǐng)域的利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置。它能提高開采效率、降低開采成本、減少能耗，以及克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。其技術(shù)方案是：該開采方法的步驟為：先打開工作船上供電裝置，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波經(jīng)換能器、超聲聚能器、破碎頭傳輸?shù)胶５妆韺?，超聲波帶?dòng)破碎頭振動(dòng)與天然氣水合物作用，破碎成顆粒漿；然后開動(dòng)抽漿泵，將顆粒漿通過吸孔流經(jīng)軟管C、調(diào)整臂、管柱抽吸到天然氣水合物分解設(shè)備中；最后啟動(dòng)分解設(shè)備，天然氣水合物分解，將天然氣收集與用戶端聯(lián)接，將分離的水和砂石排入海底。本開采方法原理簡(jiǎn)單實(shí)用，能方便的連續(xù)開采；本開采裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗少、易于實(shí)施，用于天然氣開采。
【IPC分類】E21B43/01
【公開號(hào)】CN104948144
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510325300
【發(fā)明人】鄧嶸, 邱順佐, 豐波, 李向東, 李孟華, 郭正偉
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月15日