元19,從而對輸送至海面的天然氣進行凈化處理、液化處理等常規(guī)處理,并在液化天然氣存儲到一定量后進行外輸。
[0052]本發(fā)明的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置的工作原理可以具體描述為:針對海底淺層非成巖的天然氣水合物,在不改變天然氣水合物地層周圍溫度和壓力的情況下,直接利用采掘機械對天然氣水合物進行機械破碎,由于影響天然氣水合物相態(tài)穩(wěn)定的溫度壓力條件沒有變化,所以能夠保證破碎后的水合物不發(fā)生分解,破碎后的天然氣水合物仍為固態(tài)顆粒,這樣可以將顆粒收集到密閉分解倉以后再改變顆粒物的溫度,從而可以將固態(tài)的天然氣轉變?yōu)闅鈶B(tài)。在密封的管道內氣體會上升,并且由于海底壓力較高,而天然氣輸送管道內壓力較小,所以管內外處于欠平衡狀態(tài),從而產(chǎn)生較大的壓力差;此外天然氣水合物分解出的天然氣將迅速膨脹并產(chǎn)生膨脹功,從而驅動天然氣輸送管道內的渦輪機并進而帶動發(fā)電機發(fā)電,并通過與引入的熱海水進行熱交換,從而將密封分解倉內的天然氣水合物全部分解、輸送并收集,達到天然氣開采的目的。電加熱子單元的動力通過發(fā)電機提供,發(fā)電機8動力通過與之相連的渦輪機提供,渦輪機的動力通過天然氣膨脹做功和天然氣輸送管內外壓差做功提供,這樣有效地實現(xiàn)了就地取材并利用立式的天然氣輸送管中天然氣水合物分解為氣體而膨脹做功和管道內外壓差作為動力源,從而減少了其他形式能源的消耗,并且減少了污染。在天然氣水合物的采掘步驟中,采掘頭破碎之后的天然氣水合物還要經(jīng)過二次破碎子單元的顆粒細化處理,這樣不僅更有利于固體顆粒在海水的帶動下順利在第一輸送管中流動,還可以增加顆粒傳熱面積,使之在密封分解倉內進行更加高效的分解。經(jīng)過二次破碎后的天然氣水合物顆粒通過第一輸送管轉移到密封分解倉中,此時需利用過濾子單元先過濾出部分的海水,從而減少為加熱天然氣水合物而耗費的熱能。密封分解倉內的加熱途徑有兩個:其一是通過電加熱子單元進行加熱,其動力由發(fā)電機提供,發(fā)電機的動力由與之相連的渦輪機提供,渦輪機的動力由天然氣流動驅動;其二是通過注入海表面的熱海水進行加熱,首先通過海水栗將熱海水提升至海面支持船里,在進行一定的處理后再通過熱海水輸送管注入海底的密封分解倉中為天然氣水合物的分解提供熱量。熱海水輸送管嵌套在天然氣輸送管內,既可以有效防止海水熱量散失,又能減少天然氣的散熱,從而降低天然氣在輸送過程中二次生成水合物的風險。天然氣輸送至海面支持船后按照常規(guī)天然氣處理方法進行處理,之后將其制備成液化天然氣并儲存,待儲存到一定量之后由運輸船進行轉運即可。
[0053]綜上所述,本發(fā)明海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采方法及開采裝置不會改變海底的溫度與壓力,使開采過程安全便捷,而且采用水下分解,避開了水合物顆粒在多相管輸條件下的動態(tài)分解技術難題;此外,還有效利用天然氣膨脹做功以及海底壓力能,節(jié)約了能源并降低了天然氣的開采成本。
[0054]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合,以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采方法,其特征在于,所述綠色開采方法包括以下步驟: A、在不改變海底天然氣水合物地層周圍溫度和壓力的情況下,利用海底采礦的方式采掘天然氣水合物并二次破碎得到天然氣水合物顆粒與海水的混合物; B、將所述天然氣水合物顆粒與海水的混合物直接在海底進行密封環(huán)境下的熱分解得到天然氣; C、將所述天然氣輸送至海面進行后處理并得到液化天然氣; 其中,熱分解所需的能量來源于天然氣膨脹作功和天然氣輸送管路的內外壓差作功。2.根據(jù)權利要求1所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采方法,其特征在于,在步驟B中,還包括在熱分解的同時向密封環(huán)境外排出海水和泥沙的步驟;在步驟C中,所述后處理包括凈化處理和液化處理。3.根據(jù)權利要求1所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采方法,其特征在于,在步驟B中,將所述天然氣水合物熱分解時氣體膨脹作功產(chǎn)生的能量轉化為電能并用于熱分解和步驟A中的采掘和二次破碎。4.根據(jù)權利要求1或3所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采方法,其特征在于,在步驟B中,熱分解所需的能量還來源于海洋表面熱海水的能量,其中,將所述海洋表面熱海水輸送至海底的密封環(huán)境中并且將所述海洋表面熱海水的能量用于熱分解。5.—種海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置,其特征在于,所述綠色開采裝置包括采掘破碎單元、第一輸送管、分解單元、天然氣輸送管、能量供給單元和海面支持單元,其中, 所述采掘破碎單元包括采掘頭和二次破碎子單元,所述采掘破碎單元通過第一輸送管與分解單元連接; 所述分解單元包括密封分解倉和設置在密封分解倉中的電加熱子單元,所述分解單元通過天然氣輸送管與海面支持單元連接; 所述能量供給單元包括發(fā)電機和設置在所述天然氣輸送管中的渦輪機,所述采掘破碎單元和電加熱子單元與所述能量供給單元電連接; 所述海面支持單元包括海面支持船和設置在海面支持船上的后處理單元。6.根據(jù)權利要求1所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置,其特征在于,所述綠色開采裝置還包括輔助能量供給單元,所述輔助能量供給單元包括設置在所述海面支持船上的熱海水栗和連接所述熱海水栗與密封分解倉的熱海水輸送管。7.根據(jù)權利要求6所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置,其特征在于,所述熱海水輸送管嵌套在所述天然氣輸送管內。8.根據(jù)權利要求1所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置,其特征在于,所述采掘破碎單元為集成有所述采掘頭和二次破碎子單元的自行式采礦車,所述第一輸送管為軟管并且所述軟管上還設置有若干個浮球。9.根據(jù)權利要求1所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置,其特征在于,所述分解單元還包括用于分離海水的過濾子單元、用于排出海水的海水栗和用于排出泥沙的螺桿砂漿栗。10.根據(jù)權利要求1所述的海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采裝置,其特征在于,所述后處理單元包括天然氣凈化子單元、LNG液化子單元和外輸子單元。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海底淺層非成巖天然氣水合物的綠色開采方法和開采裝置,所述綠色開采方法包括以下步驟:在不改變海底天然氣水合物地層周圍溫度和壓力的情況下,利用海底采礦的方式采掘天然氣水合物并二次破碎得到天然氣水合物顆粒與海水的混合物;將天然氣水合物顆粒與海水的混合物直接在海底進行密封環(huán)境下的熱分解得到天然氣,其中,熱分解所需的能量來源于天然氣水合物熱分解時氣體膨脹作功產(chǎn)生的能量;將天然氣輸送至海面進行后處理并得到液化天然氣。所述綠色開采裝置包括采掘破碎單元、第一輸送管、分解單元、天然氣輸送管、能量供給單元和海面支持單元。
【IPC分類】E21B43/01, E21B43/24
【公開號】CN105587303
【申請?zhí)枴緾N201610130105
【發(fā)明人】王國榮, 王雷振, 王川, 周守為, 何霞, 楊婷婷, 張亦馳, 付強
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月8日