一种海底天然气水合物开采装置及开采方法制造方法及图纸

本说明书提供了一种海底天然气水合物开采装置及开采方法。该装置包括套筒，所述套筒的底部为开放状态，顶部设置有采气管线，所述套筒筒体内部设置有分解槽，所述分解槽设置有进料口，且所述分解槽顶部为开放状态。分解槽中的天然气水合物分解释放出含有天然气的气体和含有分解水的液体，气体不断在套筒顶部聚集形成气压，液体也经分解槽不断涌出，套筒顶部的气体不断汇聚，气压不断增大，从而可以将从分解槽中涌出的液体从呈开放状态的套筒底部压出，离开该开采装置，排入海水中。该装置能够实现天然气水合物混合流体气‑液‑固快速分离和采气的一体化生产，且结构简单，使用方便，大大降低了天然气的开采成本。

A seabed natural gas hydrate mining device and mining method

The specification provides a submarine gas hydrate extraction device and a mining method. The device comprises a sleeve, the bottom of the sleeve is in an open state, and the top of the sleeve is provided with a gas pipeline, and the inner part of the sleeve is provided with a decomposition groove, the decomposition groove is provided with a feed port, and the top of the decomposition groove is in an open state. The gas hydrate in the decomposition tank decomposes and releases gas containing natural gas and liquid containing decomposition water. The gas accumulates at the top of the sleeve to form air pressure. The liquid also gushes out through the decomposition tank. The gas at the top of the sleeve keeps accumulating and the air pressure keeps increasing. Thus the liquid from the decomposition tank can be opened. The bottom of the sleeve is pressed out, leaving the mining device and discharged into the sea water. The device can realize the integrated production of gas-liquid-solid rapid separation and gas recovery of gas hydrate mixture fluid, and has the advantages of simple structure, convenient operation and greatly reducing the cost of natural gas exploitation.

【技术实现步骤摘要】
一种海底天然气水合物开采装置及开采方法
本说明书属于海洋天然气水合物开采
，涉及一种海底天然气水合物开采装置及开采方法。
技术介绍
天然气水合物是自然界中天然气存在的一种特殊形式，俗称“可燃冰”，其是在一定条件下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的笼形结晶化合物，它分布范围广、规模大、能量密度高，受到世界范围的广泛关注，被誉为“未来能源”。自然界中存在的天然气水合物绝大部分是甲烷水合物。水合物是目前最具发展前景的高效清洁能源之一，每立方米的天然气水合物可释放出164立方米甲烷。目前已发现水深3000米以内的天然气水合物中CH4的碳总量相当于全世界已知煤、石油、天然气总量的二倍，约2.1×1016m3，可满足人类1000年的能源需求。资料显示：近二十年来在海洋和冻土带发现的天然气水合物资源量特别巨大，有机碳储量相当于全球已探明矿物燃料的两倍。此外水合物的储能密度很高，燃烧后产生的残渣和废弃物极少，是优良的绿色能源。当前的水合物开采方法主要有：加热法、降压法、化学试剂法等；但综合各国科学家提出的天然气水合物开采的方法，不论是加热法、降压法，或是化学剂法，其原理都在于促使天然气水合物发生分解，释放出气体和水，从而达到获得天然气的目的。由于水合物生产过程中必然会产生大量的水，如果大量液态水随天然气从井筒中产出，会增加举升费用，同时对天然气的生产也会构成威胁。与产水气田类似，海底天然气水合物开采中的产出水会进入井底，依赖于气流的能量部分产出水可能被带出，但大多数产出水极易在井筒及井底近区积聚，危害十分严重；比如，一方面，可能严重影响回压、井口压力、生产能力；另一方面，可能影响产层渗透率，从而影响最终采收率。井底中存在少量的积液会造成产量的减少甚至停产，严重影响天然气水合物的高效开发。可见，当前开采存在的技术问题以及开采需要的成本成为了制约各国开采天然气水合物的瓶颈。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的缺点，本说明书的目的在于提供一种海底天然气水合物开采装置及开采方法。该海底天然气水合物开采装置可以减少水合物生产过程中液态水的举升和处理费用。为了达到前述目的，本说明书提供一种海底天然气水合物开采装置，其包括套筒，所述套筒的底部为开放状态，顶部设置有采气管线，所述套筒筒体内部设置有分解槽，所述分解槽设置有进料口，且所述分解槽顶部为开放状态。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述套筒顶部为锥形，该锥形的高度和锥形底部的直径比为1：(1-5)。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述套筒底部设置有一个或多个排水口；所述排水口的总面积占所述套筒底部面积的50％以上。所述排水口的总面积是指在套筒底部设置多个排水口，比如套筒底部为网、筛状时，排水通孔的总面积。天然气水合物在本说明书提供的海底天然气水合物开采装置中分解释放出含有天然气的气体和含有分解水的液体，气体不断在套筒顶部聚集形成气压，液体也经分解槽不断涌出，套筒顶部的气体不断汇聚，气压不断增大，从而可以将从分解槽中涌出的液体从呈开放状态的套筒底部压出，离开该开采装置，排入海水中。当分解槽中气体的产生速率稳定后，打开套筒顶部的采气管线，使分解槽中进一步分解出的气体稳定排出，而套筒顶部已经形成一个稳定气压，可以将分解涌出的液体不断压出该开采装置。从而实现了在海底将天然气水合物开采过程产生的气-液、气-液-固混合物进行分离的开采工艺。其中，套筒底部呈开放状态是指使套筒内部与外部海水直接连通，这样可以较大程度地降低开采装置内外之间的压差，避免了开采装置壁面尤其是套筒外壁和分解槽内外壁承受太高的压力而导致形变甚至直接导致套筒壁面被压坏，从而提高开采装置的安全性；此外，该海底天然气水合物开采装置的套筒底部呈开放状态使套筒内部与外部海水直接连通，可以使开采装置内外压差不会随装置所在的海底深度发生变化，套筒内外之间的压差一直低于1.0MPa。这就使得整套装置无论是收回，还是开采位置的转移都容易完成。且该开采装置在制造过程中，可以相对减小装置本身的重量；而传统深潜设备，装置内外压差随着深度增加，这就导致传统深潜设备的使用范围有限，且制造成本高昂。因此，与传统的深潜设备相比，本说明书提供的海底天然气水合物开采装置无论是造价还是可使用的深度范围，甚至是设备的安全性都有很大地提升。而分解槽顶部呈开放状态是指分解槽顶部与套筒内腔直接相通，优选地，所述分解槽顶部为敞口，或者所述分解槽的顶部设置有排液口和排气口，或者，所述分解槽的顶部设置有排气口，顶部侧壁上设置有排液口，这样可以便于将分解槽分解产出的密度较大的分解水直接排入套筒内部，并通过套筒内部直接排入外部海水中，也有利于分解槽产出的密度较小的天然气上升排出。由于水合物生产过程中必然会产生大量的水，现有的天然气水合物分解过程中大量液态水会随天然气从井筒中产出，增加举升费用。而本说明书提供的海底天然气水合物开采装置利用天然气和分解水的密度不同，天然气自升，分解水自降这一原理，大大减少了液固的举升和处理费用，降低了天然气水合物的开采成本，且在海底就实现了天然气水合物的快速分解和气液分离，同时进一步完成了天然气的采集，真正实现了井底(海底)气-液-固的快速分离和采气的一体化，这在海底浅表层天然气水合物开采中有巨大的应用前景。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述套筒的筒体高度和筒体直径的比值为10-30:1。套筒具有较大的高径比，才有足够的操作空间完成天然气水合物的气-液-固的分离任务。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述套筒内部设置有液位测量仪。该液位测量仪能够实时检测套筒内部液位的高低，防止套筒内部液位过高导致分解水或海水进入采气管线，影响天然气的收集，降低产气效率，同时也防止套筒内部的液位过低，甚至低于套筒底部的敞口，导致分解槽产出的气体直接经套筒底部泄漏至海水中。具体液位的高低可以根据实际生产决定。进一步地，该液位测量仪与监控天然气水合物分解和气-液分离工艺的终端数据连接，用以配合管理分解槽中天然气水合物原料输入速率、分解速率及采气管线的气体传输速率之间的协调，使所述套筒内的液位处于控制范围之内。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述套筒内部设置有温度传感器，用以实时检测套筒内部的液体温度，确保套筒内的温度高于天然气水合物的生成温度。天然气水合物的生成温度与压力一一对应，压力越高，生成温度越低，而环境压力与海水深度成正比，因此，随着该海底天然气水合物开采装置所处的深度不同，所需控制的套筒内部的温度也有一定浮动。进一步地，该温度传感器与监控天然气水合物分解和气-液分离工艺的终端数据连接，用以配合管理加热层对分解槽加热温度的控制，进一步协调分解槽中天然气水合物原料输入速率、分解速率及采气管线的气体传输速率，使分解槽中的天然气产出速率保持在稳定的范围之内。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述套筒的内壁和/或外壁上设置有保温层。该保温层能够使套筒内部的温度稳定在一个合适的温度，防止分解槽中分解出的天然气与水再次形成水合物，从而保证天然气水合物可以不断进行分解。根据本说明书的具体实施方式，优选地，所述采气管线的管线直径与所述套筒筒体直径的比值为1：10-50。采气管线直径控制在合适的范围之内，才能保证天然气水合物分解过程可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述海底天然气水合物开采装置包括套筒，所述套筒的底部为开放状态，顶部设置有采气管线；所述套筒筒体内部设置有分解槽，所述分解槽设置有进料口，且所述分解槽顶部为开放状态。

【技术特征摘要】
1.一种海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述海底天然气水合物开采装置包括套筒，所述套筒的底部为开放状态，顶部设置有采气管线；所述套筒筒体内部设置有分解槽，所述分解槽设置有进料口，且所述分解槽顶部为开放状态。2.根据权利要求1所述的海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述套筒顶部为锥形，该锥形的高度和锥形底部的直径比为1：(1-5)；优选地，所述套筒的筒体高度和筒体直径的比值为10-30:1。3.根据权利要求1所述的海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述套筒底部设置有一个或多个排水口；所述排水口的总面积占所述套筒底部面积的50％以上；优选地，所述分解槽顶部为敞口，或者所述分解槽的顶部设置有排液口和排气口，或者，所述分解槽的顶部设置有排气口，顶部侧壁上设置有排液口。4.根据权利要求1所述的海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述套筒内部设置有液位测量仪；优选地，所述套筒内部设置有温度传感器。5.根据权利要求1所述的海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述套筒的内壁和/或外壁上设置有保温层；优选地，所述分解槽的外侧壁面设置有加热层。6.根据权利要求1所述的海底天然气水合物开采装置，其特征在于：所述采气管线的管线直径与所述套筒筒体直径的比值为1：10-50；优选地，所述采气管线与海上平台连通，并通过海上平台对采集的天然气进一步处理；优选地，所述采气管线上设置有控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，陈光进，孙长宇，崔金龙，刘蓓，马庆兰，杨兰英，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11