海域天然气水合物自入式固态流化开采系统及开采方法技术方案

本发明专利技术涉及一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统及开采方法，包括自入式结构体，自入式结构体内部设置有空腔、射流管道、输送管道，空腔周侧经颗粒入口连通外界，输送管道下端连通空腔，自入式结构体周侧开设有若干射流出口，射流管道下端连通射流出口，自入式结构体上部设置有连通射流管道的射流入口、连通输送管道的输送出口，射流入口经管路连接高压水泵、输送出口连接抽泵，开采时不需要钻井，利用自入式结构体的管壁代替井壁，利用高压水冲击进入储层，解决了传统开采方法中钻井成本高昂的问题，并保证了采集的高效进行，在不改变天然气水合物储层温度和压力的前提下收集固体颗粒水合物，避开水合物分解可能引发的地质灾害。质灾害。质灾害。

【技术实现步骤摘要】
海域天然气水合物自入式固态流化开采系统及开采方法


[0001]本专利技术涉及一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统及开采方法。

技术介绍

[0002]天然气水合物成分与天然气相似，但更为纯净，在标准状态下，1m3的天然气水合物分解可产生164~180 m3的天然气，燃烧后的能量密度是常规天然气的2~5 倍，是焦煤的10倍，使用方便，燃烧值高，能量巨大，而且其燃烧后基本上没有污染物质残留，是世界公认的清洁高效的能源。天然气水合物的形成必须满足3个基本条件: 低温、高压、气源，因此目前常用的开采方法有：高温热激法、降压法、置换法。
[0003]基于我国海域的天然气水合物具有埋深浅、无致密盖层、非成岩、弱胶结、易于碎化等特点，有学者提出固态流化法。即采用采掘设备以固态形式开发水合物矿体，将含有水合物的沉积物粉碎成细小颗粒后，再与海水混合，采用封闭管道输送至海洋平台，尔后将其在海上平台进行后期处理和加工。现有的固态流化开采方法需要采用高压海水射流或钻头钻进的方式形成钻井再布设隔水导管，钻井成本高是限制其发展的主要制约因素。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统及其开采方法。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的方案是，一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，包括自入式结构体，所述的自入式结构体内部设置有空腔、射流管道、输送管道，空腔周侧开设有若干贯穿自入式结构体周侧壁的颗粒入口，输送管道下端连通空腔，自入式结构体周侧开设有若干射流出口，射流管道下端连通射流出口，自入式结构体上部设置有连通射流管道的射流入口、连通输送管道的输送出口，射流入口经管路连接高压水泵、输送出口连接抽泵。
[0006]进一步的，所述自入式结构体呈柱形上下两端小中间大的梭型，其下端设置有尖头部，其上端周侧圆周均布有若干侧翼板。
[0007]进一步的，所述空腔内设置有离心分离器，所述抽泵为设置在空腔内的电泵，电泵输入端经管路连接离心分离器出料端，电泵输出端经管路连接输送管道，尖头部内开设有若干连通其外表面的泥沙通道，离心分离器废料输出端经管路连接泥沙通道。
[0008]进一步的，所述空腔设置在自入式结构体下部，射流出口位于空腔上方。
[0009]进一步的，所述的水力射流系统为高压水泵。
[0010]进一步的，所述高压水泵设置在船只或海上平台，船只或海上平台设置有储物罐、供电系统，抽泵输出端连接储物罐，电泵、离心分离器均通过电缆连接供电系统。
[0011]进一步的，所述自入式结构体上设置有膨胀囊封闭系统，膨胀囊封闭系统包括充水膨胀囊体和设置在空腔内的带有电磁阀的注水管路，充水膨胀囊体呈圆环状，固定安装在自入结构体外周上部，注水管路一端连接电泵，另一端连接充水膨胀囊体，充水膨胀囊体
注水后与天然气水合物储层紧密贴合，注水管路利用电泵作为注水动力，将部分地层流体注入充水膨胀囊体。
[0012]一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统的开采方法，包括以下步骤：步骤S1：选定开采区域，在海床上侧一定距离处释放自入式结构体，自入式结构体的下端冲击进入天然气水合物储层；步骤S2：通过高压水泵向自入式结构体提供高压水，高压水通过射流出口射出破碎周围天然气水合物储层，形成固体颗粒，固体颗粒包括天然气水合物颗粒和泥沙并和水混合在一起；步骤S3：在抽泵作用下，天然气水合物颗粒和泥沙伴随水由颗粒入口进入空腔后，进入离心分离装置，离心分离装置将分离后的泥沙经泥沙通道回填到储层，将分离后的天然气水合物颗粒举升输出，进行进一步的处理及储存；步骤S4：当一定范围内天然气水合物开采完成或者产气效率降低到一定值以后，将位于地层中的自入式结构体拉出，转移到新的开采区域，继续上述步骤1-3进行开采。
[0013]进一步的，在步骤3中，在开采天然气水合物的过程中，逐步提升自入式结构体，从而实现对天然气水合物储层自下至上的逐步开采。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：开采不需要钻井，利用自入式结构体的管壁代替井壁，利用高压水冲击进入储层，解决了传统开采方法中钻井成本高昂的问题，并保证了采集的高效进行，在不改变天然气水合物储层温度和压力的前提下收集固体颗粒水合物，避开水合物分解可能引发的地质灾害。
附图说明
[0015]下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。
[0016]图1为本专利技术海域天然气水合物自入式固态流化开采装置的整体示意图；图2为本专利技术所述的自入式结构体的一种优选实施方式外形示意图；图3为膨胀囊封闭系统的结构示意图。
[0017]图中：A-天然气水合物上覆地层；B-天然气水合物储层；1-自入式结构体；11-尖头部；12-侧翼板；13-射流管道；14-输送管道；15-射流出口；16-泥沙通道；17-空腔；18-颗粒入口；2-缆绳；3-离心分离器；4-抽泵；5-充水膨胀囊体。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。
[0019]如图1-3所示，一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，包括自入式结构体1，所述的自入式结构体内部设置有空腔17、射流管道13、输送管道14，空腔周侧开设有若干贯穿自入式结构体周侧壁的颗粒入口18，输送管道下端连通空腔，自入式结构体周侧开设有若干射流出口15，射流管道下端连通射流出口，自入式结构体上部设置有连通射流管道的射流入口、连通输送管道的输送出口，射流入口经管路连接高压水泵、输送出口连接抽泵4。
[0020]在本实施例中，所述自入式结构体呈柱形上下两端小中间大的梭型，这种流线型的外形在海水中下降过程中可获得较大速度，其下端设置有尖头部11，其上端周侧圆周均
布有若干侧翼板12，侧翼板用于调整自入结构体在水中下落姿态，减少偏斜。
[0021]在本实施例中，所述空腔内设置有离心分离器3，所述抽泵为设置在空腔内的电泵，电泵采用电潜螺杆泵或泥浆泵，电泵输入端经管路连接离心分离器出料端，电泵输出端经管路连接输送管道，尖头部内开设有若干连通其外表面的泥沙通道16，离心分离器废料输出端经管路连接泥沙通道。
[0022]在本实施例中，所述空腔设置在自入式结构体下部，射流出口位于空腔上方。
[0023]在本实施例中，所述的水力射流系统为高压水泵。
[0024]在本实施例中，所述自入式结构体上设置有膨胀囊封闭系统，膨胀囊封闭系统包括充水膨胀囊体和设置在空腔内的带有电磁阀的注水管路，充水膨胀囊体呈圆环状，固定安装在自入结构体外周上部，注水管路一端连接电泵，另一端连接充水膨胀囊体，充水膨胀囊体注水后与天然气水合物储层紧密贴合，注水管路利用电泵作为注水动力，将部分地层流体注入充水膨胀囊体，在某些地质条件下，自入结构体外圈和周围地层之间存在过水通道，其水气流动会影响空腔内降压开采效果，膨胀囊封闭系统可以减轻上述影响。
[0025]在本实施例中，所述高压水泵设置在船只或海上平台，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，其特征在于：包括自入式结构体，所述的自入式结构体内部设置有空腔、射流管道、输送管道，空腔周侧开设有若干贯穿自入式结构体周侧壁的颗粒入口，输送管道下端连通空腔，自入式结构体周侧开设有若干射流出口，射流管道下端连通射流出口，自入式结构体上部设置有连通射流管道的射流入口、连通输送管道的输送出口，射流入口经管路连接高压水泵、输送出口连接抽泵。2.根据权利要求1所述的海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，其特征在于：所述自入式结构体呈柱形上下两端小中间大的梭型，其下端设置有尖头部，其上端周侧圆周均布有若干侧翼板。3.根据权利要求2所述的海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，其特征在于：所述空腔内设置有离心分离器，所述抽泵为设置在空腔内的电泵，电泵输入端经管路连接离心分离器出料端，电泵输出端经管路连接输送管道，尖头部内开设有若干连通其外表面的泥沙通道，离心分离器废料输出端经管路连接泥沙通道。4.根据权利要求1所述的海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，其特征在于：所述空腔设置在自入式结构体下部，射流出口位于空腔上方。5.根据权利要求1所述的海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，其特征在于：所述的水力射流系统为高压水泵。6.根据权利要求3所述的海域天然气水合物自入式固态流化开采系统，其特征在于：所述高压水泵设置在船只或海上平台，船只或海上平台设置有储物罐、供电系统，抽泵输出端连接储物罐，电泵、离心分离器均通过电缆连接供电系统。7.根据权利要求1所述的海域天然...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学震，郑含芳，姜杰，蒋宇静，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：