一种可燃冰开采系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种可燃冰开采系统及工艺，涉及可燃冰开采技术领域，包括管柱提升装置、气体分配器、一级举升管柱、二级举升管柱、分离储存库、氮气源、管内环境监测模组、采集口环境监测模组可调节补偿窗口以及电控阀门，系统间相互配合实现可燃冰开采。本发明专利技术还公开了一种可燃冰开采工艺。本发明专利技术通过向一级举升管柱和二级举升管柱内注入高压低温氮气，利用井内气液密度差产生引力，并采用欠平衡水马力扩孔以及过盈激降拉应力破冰，配合引力抽吸实现引力抽吸以实现固、液、气三相同采可燃冰的目的，实现了井内无各种形式机械泵的开采工艺，工艺简单，全面颠覆传统常规冲砂工艺，有助于推进可燃冰商业化开采与大规模利用的时代的到来。燃冰商业化开采与大规模利用的时代的到来。燃冰商业化开采与大规模利用的时代的到来。

A combustible ice mining system and technology

【技术实现步骤摘要】
一种可燃冰开采系统及工艺


[0001]本专利技术涉及可燃冰开采
，更具体地说，它涉及一种可燃冰开采系统及工艺。

技术介绍

[0002]可燃冰，即天然气水合物，分子结构式为CH4·
H2O，是在一定条件下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时结合形成的固体笼状结晶化合物，分布于深海海底或陆域的永久冻土中。因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以被称作“可燃冰”。可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能源”。
[0003]为了获取这种清洁能源，世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。传统常规开采可燃冰技术是通过在资源地域储层内，采用钻井手段，利用机械泵采把液体、气体开采到地面的过程。如储层中有细小颗粒进入井内产生堵塞，则只能通过液体(或气体)通过流体自身流量、粘度将固相物质返排到井外地面。这个清淤过程必须停止正常生产，下作业管柱，造成巨大的直接、间接经济损失，这也是开采成本上升的重要原因。
[0004]基于上述问题，海底可燃冰还没完全掌握其商业化开采的有效手段。

技术实现思路

[0005]针对实际运用中这一问题，本专利技术目的在于提出一种可燃冰开采系统及工艺，根据气液两相相对理论等自然科学基础理论在井内控化后产生的工程力学，利用引力抽吸、欠平衡水马力扩孔的方法，达到过盈激降拉应力破冰，实现固、液、气三相同采可燃冰的目的，具体方案如下：
[0006]一种可燃冰开采系统，包括管柱提升装置、气体分配器、举升管柱以及分离储存库；
[0007]所述管柱提升装置，安装于地面上，连接所述举升管柱，用于实现举升管柱的提升；
[0008]所述举升管柱包括由内向外依次设置的一级举升管柱与二级举升管柱，所述一级举升管柱位于二级举升管柱上端；
[0009]所述气体分配器安装于举升管柱顶端，所述气体分配器连接氮气源，用于为举升管柱分配氮气；
[0010]所述举升管柱上端通过可燃冰输送管道连接可燃冰分离存储室。
[0011]进一步的，还包括管内环境监测模组以及采集口环境监测模组；
[0012]所述管内环境监测模组安装于所述举升管柱内，用于监测举升管柱管内开采数据；
[0013]所述采集口环境监测模组安装于所述举升管柱采集口，用于监测举升管柱采集口开采数据。
[0014]进一步的，还包括可调节补偿窗口，所述可调节补偿窗口安装于所述举升管柱采
集口处，用于调节举升管柱内进水量。
[0015]进一步的，还包括角度补偿器，所述角度补偿器安装于所述举升管柱采集口处，用于调节举升管柱采集口角度。
[0016]进一步的，所述举升管柱采集口处还设有十字刀片。
[0017]进一步的，所述地面以及举升管柱下产层端还增设有高频脉冲式增压对撞机。
[0018]进一步的，所述气体分配器与所述氮气源之间连通管道上设有压力传感器、气体流量传感器与电控阀门。
[0019]一种可燃冰开采工艺，包括以下步骤：
[0020]1)利用拖船将可燃冰开采系统运送至可燃冰采集区域；
[0021]2)利用管柱提升装置将举升管柱下放至海底，并通过角度补偿器调整举升管柱采集口角度，以使得举升管柱与海底契合；
[0022]3)打开电控阀门，氮气源向气体分配器内输送氮气，氮气由气体分配器输送至一级举升管柱，以将举升管柱上部举通，并根据管内环境监测模组所监测到的数据，将氮气由气体分配器以脉冲形式输送至二级举升管柱，对举升管柱采集口进行引力抽吸，将可燃冰、淤泥、海水返出物经举升管柱输送至分离存储库；
[0023]4)对进入分离存储库的返出物进行分离存储；
[0024]在所述步骤1)
‑
4)的可燃冰开采过程中，根据采集口环境监测模组所监测到的数据，调整海水经可调节补偿窗口进入举升管柱采集口的进水量，以及调整气体分配器对举升管柱的氮气输入量和脉冲频次。
[0025]进一步的，在所述步骤3)中：当向储层中施加氮气时，氮气对储层加压后迅速放空，瞬间改变储层中压强，使储层表面真空形成负压，以产生拉应力，破碎可燃冰块，再经过引力抽吸将可燃冰开采至分离存储库。
[0026]进一步的，在所述步骤3)过程中：利用注入的氮气将储层中液体推走造成举升管柱内气体欠平衡状态，并在注入的氮气中加入体积含量为1％的液体，提供切割孔隙动力能，在高频脉冲式增压对撞机的配合工作下，通过引力抽吸，以进行二次扩孔。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术，通过管柱提升装置下放一级举升管柱与二级举升管柱至海底可燃冰，气体分配器依次向一级举升管柱和二级举升管柱内注入高压低温氮气，利用井内气液密度差产生引力，实现引力抽吸以实现固、液、气三相同采可燃冰的目的，并采用欠平衡水马力扩孔以及过盈激降拉应力破冰，配合引力抽吸实现持续开采，实现了井内无各种形式机械泵的开采工艺，工艺简单，全面颠覆传统常规冲砂工艺，有助于实现海底可燃冰的商业性开采，推进可燃冰商业化开采与大规模利用的时代。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的实施例的整体示意图。
[0029]附图说明：1、管柱提升装置；2、气体分配器；3、分离储存库；4、一级举升管柱；5、二级举升管柱；6、氮气源；7、管内环境监测模组；8、采集口环境监测模组；9、可调节补偿窗口；10、角度补偿器；11、压力传感器；12、气体流量传感器；13、电控阀门。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0031]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0032]本专利技术利用井内气液密度差产生的引力，以实现可燃冰的开采，可实现液固气三相同时开采可燃冰。
[0033]根据可燃冰特征，其固相即可产生液体又可挥发成气体，并且储藏在高压低温永冻的情况下，基本没有孔隙度成整体冰层，不同于煤、油、天然气等能源。根据性价比看，一个单位可燃冰可挥发168个单位气体甲烷，采固态可燃冰是性价比最高的。在本实施例中，以开采固相可燃冰为例，详细说明本实施例的实施方式。但是需要理解的是，本专利技术实施例的实施方式不仅限于开采固相可燃冰，同样可开采气液相可燃冰。
[0034]本专利技术根据根据气液两相相对理论等自然科学基础理论在井内控化后产生的工程力学，利用引力抽吸、欠平衡水马力扩孔等方法，达到过盈激降拉应力破冰，实现可燃冰开采。
[0035]具体地，在一个可能的实施例中，如图1所示，一种可燃冰开采系统，包括管柱提升装置1、气体分配器2、举升管柱、分离储存库、氮气源6、管内环境监测模组8、采集口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可燃冰开采系统，其特征在于，包括管柱提升装置、气体分配器、举升管柱以及分离储存库；所述管柱提升装置，安装于地面上，连接所述举升管柱，用于实现举升管柱的提升；所述举升管柱包括由内向外依次设置的一级举升管柱与二级举升管柱，所述一级举升管柱位于二级举升管柱上端；所述气体分配器安装于举升管柱顶端，所述气体分配器连接氮气源，用于为举升管柱分配氮气；所述举升管柱上端通过可燃冰输送管道连接可燃冰分离存储室。2.根据权利要求1所述的可燃冰开采系统，其特征在于，还包括管内环境监测模组以及采集口环境监测模组；所述管内环境监测模组安装于所述举升管柱内，用于监测举升管柱管内开采数据；所述采集口环境监测模组安装于所述举升管柱采集口，用于监测举升管柱采集口开采数据。3.根据权利要求2所述的可燃冰开采系统，其特征在于，还包括可调节补偿窗口，所述可调节补偿窗口安装于所述举升管柱采集口处，用于调节举升管柱内进水量。4.根据权利要求1所述的可燃冰开采系统，其特征在于，还包括角度补偿器，所述角度补偿器安装于所述举升管柱采集口处，用于调节举升管柱采集口角度。5.根据权利要求1所述的可燃冰开采系统，其特征在于，所述举升管柱采集口处还设有十字刀片。6.根据权利要求1所述的可燃冰开采系统，其特征在于，所述地面以及举升管柱下产层端还增设有高频脉冲式增压对撞机。7.根据权利要求1所述的可燃冰开采系统，其特征在于，所述气体分配器与所述氮气源之间连通管道上设有压力传感器、气体流量传感器与电控阀门...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，曹溪，张朝纯，李松涛，张忠涛，林纯建，钟鸣，贺群，田华，李青青，孙振勇，邹强，金钊，王虎，田沛然，赵晓宇，张雁飞，张群通，郑海东，刘晶，耿娜，张荣涛，
申请(专利权)人：上海万维亿通装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：