一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法技术

本发明专利技术提供一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法，属于能源与环境领域。该方法利用海洋区域丰富的波浪能和太阳能发电，同时利用太阳能将海水进行淡化，在获取淡水的同时将产生的浓盐水用于海底天然气水合物开采，是一种利用太阳能资源将海水淡化与海底水合物开采联合生产的方法。由于太阳昼升夜落，我们白天采用注射浓盐水，夜间注射海水的方式实现开采的持续运行。该方法主要涉及：海上浮动生产平台，太阳能海水淡化系统，海底水合物开采系统。该方法能够利用丰富的海洋波浪能和可再生的太阳能资源自发地诱导整个联产过程的实现，工艺简单，能耗低，经济与环境效益明显，可以持续的应用于大规模的海水淡化与海底水合物开采的联合生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法，属于能源与环境领域。
技术介绍
能源危机和水资源短缺已经成为当今世界经济社会发展所面临的重要挑战。探索新的替代能源、可再生能源的开发以及水资源的开源节流技术研究，已经成为世界各国尤其是发达国家科研工作的重点和热点。海洋能、太阳能等清洁可再生能源储量巨大，对其开发利用将能够大大地缓解能源危机。利用这些能源的发电技术已经得到了长足的发展，在一些发达国家已经加大了对这一技术的开发力度。另外，作为一种潜在的替代能源，天然气水合物资源已经吸引了世界各国的注意，其资源储量丰富，是目前已知碳储量(煤炭、石油、天然气等)总和的2倍以上，广泛存在于大陆冻土区和深海海底。天然气水合物分解气的主要成分是甲烷，一体积水合物分解可以产生164体积的甲烷气，能量密度大。另外，甲烷为轻烃类物质，其含碳量明显少于煤炭或石油，燃烧产生的二氧化碳明显减少，是一种清洁能源。目前，水合物开采的方法主要包括热激法、降压法、注化学试剂法、置换法等。但是，这几种方法都有明显的缺点，例如在注热过程中的能量损耗问题、降压过程的低效问题、注化学试剂法的高昂费用及腐蚀问题等，导致这些方法均不能单独的用于海底水合物资源的开采。水资源是人类生存和可持续发展的必要资源，虽然地球表面71％的面积被海洋覆盖，但是海水多为咸水，不能直接作为生活用水。海水淡化技术的发展为解决人类饮水问题提供了解决方案。与传统能源相比，太阳能具有安全、环保、丰富、可持续等优点，利用太阳能进行海水淡化的技术已经发展了有150多年的历史，这种海水淡化技术具有不消耗常规能源、无污染、产得淡水纯度高等优点，受到世人的重视。然而，对海水淡化产生的高浓度盐水的处置与利用问题尚没有合理的解决方案。现有的处置方式是将其注入深海，这不仅会对海洋生态环境造成破坏，也会造成资源的浪费。近期，有学者提出了采用浓盐水晒盐的方式，但是效果并不理想。研究表明，电解质溶液可以作为一种抑制剂用于改变水合物的相平衡条件，使其更加温和，可用来进行水合物开采使用。
技术实现思路
为了将海水淡化技术与海底天然气水合物开采技术有机结合在一起，对资源进行综合利用，并有效利用海洋丰富的波浪能和太阳能资源，本专利技术提供了一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法，是一种结合降压法的天然气水合物盐水抑制开采方法。利用太阳能海水淡化产生的浓盐水用于海底天然气水合物资源的开采，在一定程度上降低了海水淡化和水合物资源开采的成本，是一种资源的综合利用。通过采用太阳能、波浪能进行发电，驱动系统的运转。本方法可以通过丰富的海洋波浪能、太阳能资源推动海水淡化和海底天然气水合物资源开采的持续联产。本专利技术的技术方案是：一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法，主要基于海上浮动平台、太阳能发电装置、波浪能发电装置、太阳能海水淡化装置、海底天然气水合物开采系统、安全监测系统等六大系统实现；(1)建造水合物开采钻井平台，利用深海钻井技术在水合物矿藏区域构筑贯穿水合物沉积层的注射井和开采井，并搭建连接管路；(2)搭建海上浮动平台，布置太阳能海水淡化装置、太阳能发电装置、波浪能发电装置、输运设备、安全监测系统以及终端设备，铺设太阳能海水淡化装置的海水吸取管线以及向水合物沉积层注射井输运浓盐水的管道，搭建水合物沉积层开采井到海上浮动平台的天然气收集管道，架设海上浮动平台向陆上工厂输运天然气和淡水的管道；(3)启动发电系统，开启太阳能发电装置，通过光伏电板组件收集太阳辐射能进行发电，开启波浪能发电装置，以波浪的能量为动力生产电能，为联产提供驱动力；(4)通过开采井对天然气水合物储层进行降压，诱导天然气水合物部分分解，改变储层结构，打开空隙厚道，提高储层的渗透率，促进浓缩海水在储层中的扩散；(5)启动太阳能海水淡化装置，利用太阳能资源进行海水淡化，一方面生产淡水供居民企业使用，另一方面将生产的浓缩海水通过管线注入到水合物藏诱导水合物分解，开采天然气水合物资源；将海水淡化产生的浓盐水或海水注入水合物藏，诱导水合物分解成气和水，由开采井将分解产生的气体和自由水产出并输送到海上浮动平台后，经过气液分离，向工厂提供天然气资源，气液分离产生的水可循环利用；(6)在整个联产过程中，安全监测系统全程运行，用于监测整个海水淡化以及海底水合物开采过程，保障系统安全高效运行。本专利技术的有益效果：1)波浪能作为一种储量巨大的海洋资源，能够持续的为发电提供原动力；2)太阳能作为一种丰富的可再生资源，能够持续为海水淡化提供驱动力；3)在一定程度上，海洋波浪能和太阳能资源取之不尽用之不竭，大大地降低了生产成本；4)通过对低品味的海洋波浪能和太阳能进行有效利用，开采产出高品位的天然气资源，能够大大提高能源利用效率；5)这种结合降压法的天然气水合物浓缩海水抑制开采方法，通过降压诱导水合物部分分解，打开孔隙吼道，促进浓缩海水在储层中的扩散，提高反应速率，增进开采效率；6)可以通过注入海水或浓盐水的方式诱导水合物分解，有效避免日落后或者阴雨天开采效率低的问题；7)对海水淡化产生的浓盐水用于海底天然气水合物资源的开采，降低了对海洋生态系统的危害，同时降低了水合物资源的开采成本；附图说明图1为本方法实施的原理示意图。图中：1淡水厂；2供气站；3淡水输运管线；4淡水输运泵；5淡水生产管线；6天然气输运泵；7天然气输运管线；8天然气生产管线；9贮气罐；10海水淡化系统取水管；11气液分离装置排水管；12气液分离装置；13海水抽取泵；14海水淡化装置输入管；15旁路管线；16旁路阀门；17太阳能海水淡化装置；18太阳能发电装置；19水合物开采盐水注射泵；20水合物开采盐水注射管线；21海上浮动平台；22注射井；23开采井；24开采管线；25波浪能发电装置；26海水层；27海底沉积物层；28天然气水合物藏；29海底岩石层。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例(1)搭建海上浮动平台，配置太阳能发电装置18、波浪能发电装置25、太阳能海水淡化装置17和海底天然气水合物开采装置，按照图1所示铺设管路和配套设施；(2)启动太阳能发电装置18和波浪能发电装置25，为系统的运行提供驱动力并储备多余电量；(3)开启海水抽取泵13，关闭旁路阀门16，将海水由海水淡化系统取水管10以及海水淡化装置输入管14注入太阳能海水淡化装置17进行海水淡化，产出的淡水通过淡水生产管线5，由淡水输运泵4将淡水经淡水输运管线3输运到淡水厂1，供应工业或居民使用；(4)打开开采井23，选取合适的产气压力，诱导水合物部分分解，增大储层渗透率，以促进后期浓缩海水在储层中的传输；(5)将海水淡化产出的浓盐水由水合物开采盐水注射泵19通过水合物开采盐水注射管线20由注射井22注射到天然气水合物藏28，诱导水合物分解，水合物分解产生的气体和水经由开采井23通过开采管线24进入气液分离装置12进行气液分离，分离产生的气体通过天然气生产管线8进入贮气罐9暂时保存，待累计一定量后通过天然气输运管线7由天然气输运泵6运输到供气站2，分离产生的水经由气液分离装置排水管11排入大海或重复进入太阳能海水淡化装置17进行海水淡化；(6)在夜晚或者阴雨天气，系统由储存的备用电量驱动，由于太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法，其特征在于，该海底天然气水合物开采方法主要基于海上浮动平台、太阳能发电装置、波浪能发电装置、太阳能海水淡化装置、海底天然气水合物开采系统、安全监测系统六大系统实现；步骤如下：(1)建造水合物开采钻井平台，利用深海钻井技术在水合物矿藏区域构筑贯穿水合物沉积层的注射井和开采井，并搭建连接管路；(2)搭建海上浮动平台，布置太阳能海水淡化装置、太阳能发电装置、波浪能发电装置、输运设备、安全监测系统以及终端设备，铺设太阳能海水淡化装置的海水吸取管线以及向水合物沉积层注射井输运浓盐水的管道，搭建水合物沉积层开采井到海上浮动平台的天然气收集管道，架设海上浮动平台向陆上工厂输运天然气和淡水的管道；(3)启动发电系统，开启太阳能发电装置，通过光伏电板组件收集太阳辐射能进行发电，开启波浪能发电装置，以波浪的能量为动力生产电能，为联产提供驱动力；(4)通过开采井对天然气水合物储层进行降压，诱导天然气水合物部分分解，改变储层结构，打开空隙厚道，提高储层的渗透率，促进浓缩海水在储层中的扩散；(5)启动太阳能海水淡化装置，利用太阳能资源进行海水淡化，一方面生产淡水供居民企业使用，另一方面将生产的浓缩海水通过管线注入到水合物藏诱导水合物分解，开采天然气水合物资源；将海水淡化产生的浓盐水或海水注入水合物藏，诱导水合物分解成气和水，由开采井将分解产生的气体和自由水产出并输送到海上浮动平台后，经过气液分离，向工厂提供天然气资源，气液分离产生的水可循环利用；(6)在整个联产过程中，安全监测系统全程运行，用于监测整个海水淡化以及海底水合物开采过程，保障系统安全高效运行。...

【技术特征摘要】
1.一种高效低耗的海底天然气水合物开采方法，其特征在于，该海底天然气水合物开采方法主要基于海上浮动平台、太阳能发电装置、波浪能发电装置、太阳能海水淡化装置、海底天然气水合物开采系统、安全监测系统六大系统实现；步骤如下：(1)建造水合物开采钻井平台，利用深海钻井技术在水合物矿藏区域构筑贯穿水合物沉积层的注射井和开采井，并搭建连接管路；(2)搭建海上浮动平台，布置太阳能海水淡化装置、太阳能发电装置、波浪能发电装置、输运设备、安全监测系统以及终端设备，铺设太阳能海水淡化装置的海水吸取管线以及向水合物沉积层注射井输运浓盐水的管道，搭建水合物沉积层开采井到海上浮动平台的天然气收集管道，架设海上浮动平台向陆上工厂输运天然气和淡水的管道；(3)启动发电系统，开启太阳能发电装置，通过光伏电板组件收集太阳辐射能进行发电，开启波浪能发电装置，以波浪的能量为动力生产电能，为联产提供驱动力；(4)通过开采井对天然气水合物储层进行降压，诱导天然气水合物部分分解，改变储层结构，打开空隙厚道，提高储层的渗透率，促进浓缩海水在储层中的扩散；(5)启动太阳能海水淡化装置，利用太阳能资源进行海水淡化，一方面生产淡水供居民企业使用，另一方面将生产的浓缩海水通过管线注入到水合物藏诱导水合物分解，开采天然气水合物资源；将海水淡化产生的浓盐水或海水注入水合物藏，诱导水合物分解成气和水，由开采井将分解产生的气体和自由水产出并输送到海上浮动平台后，经过气液分离，向工厂提供天然气资源，气液分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，王斌，赵佳飞，刘卫国，杨明军，刘瑜，李洋辉，王大勇，蒋兰兰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21