一种海底表层天然气水合物的开采方法及其开采装置.pdf

本发明涉及一种用于天然气开采领域的海底表层天然气水合物的开采方法及其开采装置。它克服目前开采中试剂价格昂贵、仪器设备复杂、提升需要消耗大量能量及提升涉及复杂的三相流动的问题。其技术方案：先开动采矿车上的开发装置，带动切削头切削海底表层天然气水合物；然后通过输送管B将天然气水合物浆吸入颗粒细化装置内，再用抽浆泵泵入右转移室；启动控制中心，固流气三相水合物进入右加热室，触发传感器B启动，微波管加热，天然气水合物分解，天然气经输气管被工作船上的集气装置收集；水和砂石由排废管排入海底。本开采方法原理简单、实用，能方便实现天然气水合物的连续开采；本开采装置结构简单、能耗少，用于海底天然气水合物开采。

1.  一种海底表层天然气水合物的开采方法，其特征在于：该开采方法包括以下步骤：先开动采矿车(1)上的开发装置，带动固定在采掘臂(28)一端的切削头(2)，切削头(2)切削海底表层天然气水合物，采掘臂(28)另一端固定在旋转平台(3)上控制切削头(2)的工作方位；然后通过输送管路B(22)将上述切削的海底表层天然气水合物浆用吸嘴吸入颗粒细化装置(4)内，再用抽浆泵(5)泵入到采矿车(1)上的天然气水合物分解装置中的右转移室(6)；其后启动控制中心向控制阀A(7)发出信号，控制阀A(7)开启，固液气三相水合物流经控制阀A(7)进入右加热室(8)；在右加热室(8)海水流经抽吸分离器(9)上的孔排入海中，固态天然气水合物被网孔挡着存入右加热室(8)中，随着切削头(2)不断地采集海底表层天然气水合物，右加热室(8)中的固态天然气水合物达到预定的积累量，触发传感器B(21)分别向控制阀A(7)和控制阀C(19)发出信号，控制阀A(7)关闭，微波管(10)开始加热，控制阀C(19)打开，天然气水合物流经控制阀C(19)通过输送管路A(15)进入左转移室(27)，右加热室(8)内的固态天然气水合物开始分解，天然气经输气管(16)自动上升被工作船(18)上的集气装置所收集；触发传感器A(11)检测到右加热室(8)反应完毕，向控制阀B(13)和控制阀D(20)发送信号，控制阀B、D(13、20)均开启，海水经控制阀B(13)进入右加热室(8)冲洗分解后的水和砂石，水和砂石由排废管(12)排入海底。

2.  根据权利要求1所述的海底表层天然气水合物的开采方法，其特征是:经颗粒细化装置(4)细化后的天然气水合物颗粒，分别交替送入右加热室(8)或左加热室(26)进行加热分解，分解后的天然气由输气管(16)运送到工作船(18)上的集气装置收集。

3.  一种用于权利要求1所述海底表层天然气水合物开采方法的开采装置，是由采矿车和工作船组成，其特征在于：采用履带式采矿车(1)作为行走机构，在采矿车(1)的平台上由开采装置和分解装置构成；开采装置包括切削头(2)、采掘臂(28)、旋转平台(3)、颗粒细化装置(4)、抽浆泵(5),切削头(2)用螺纹连接件与采掘臂(28)一端相连接，采掘臂(28)另一端固定在旋转平台(3)上，旋转平台(3)用轴承与采矿车(1)平台相连接，安装在采矿车(1)的前端，颗粒细化装置(4)与抽浆泵(5)安装在采矿车(1)平台上，颗粒细化装置(4)用输送管路B(22)与旋转平台(3)天然气水合物出口管相连接，抽浆泵(5)进口用管线连接颗粒细化装置(4)，出口用管线连接右转移室(6)顶部；分解装置从右到左由四个室组成，其中两两对称，右边是右转移室(6)和右加热室(8)，左边是左加热室(26)和左转移室(27)，右转移室(6)右侧用输送管路A(15)与左转移室(27)左侧相连接，在输送管路A(15)连接右转移室(6)处安装有控制阀C(19),在右转移室(6)与 右加热室(8)之间或左加热室(26)与左转移室(27)之间并联安装上通管路(29)和下通管路(30)，在上通管路(29)上设置控制阀A(7)、下通管路(30)上设置控制阀B(13)；在右转移室(6)内上通管路A(29)与下通管路B(30)之间、输送管路A(15)下方安装隔离挡板(14)，右加热室(8)上端分别设置有输气管(16)接口和抽吸分离器(9)的接入口及抽吸泵(25)的接头，在抽吸分离器(9)下方分别设置触发传感器A(11)、触发传感器B(21)及圆柱形滤网(23)；在右加热室(8)左侧的内壁上安装有4-8个微波管(10)，在右加热室(8)底部安装排废管(12)接口，在排废管(12)接口安装有控制阀D(20)；在右加热室(8)与左加热室(26)之间设置隔热室(24)，电缆(17)由工作船(18)上电源接头连接左、右加热室(26、8)。

4.  根据权利要求3所述的海底表层天然气水合物开采方法的开采装置，其特征在于：隔离挡板(14)的上平面和下平面呈球面型，且分布在隔离挡板(14)上的孔的纵向截面为倒立的梯形；抽吸分离器(9)外旋连接右加热室(8)的接入口,所有螺纹连接部位都安装密封件。

一种海底表层天然气水合物的开采方法及其开采装置
技术领域
本发明涉及一种用于天然气开采领域的海底表层天然气水合物的开采方法及其开采装置。
背景技术
天然气水合物是由水与气体分子(以甲烷为主)在低温高压条件下形成的白色结晶状固体物质。1m³天然气水合物蕴藏的能量相当于164m³天然气的热值。天然气水合物主要分布在陆地永久冻土和深海海域，其中深海海域天然气水合物的储量约是陆地的100倍，是全球其他化石燃料储量的2倍。因此,天然气水合物被认为是未来最有远景的、新型的、和净洁性的接替能源。
目前开采天然气水合物的开采方式很多，第一类是通过改变其形成的物理化学性质使其分解，从而实现天然气水合物的开采。如减压法，热刺激法，化学试剂法，二氧化碳置换法。这些开采方式适合于水合物表面有坚硬的冻土层，通过钻井，然后在井筒内实现开采。第二类是在深海中海底利用机械把天然气水合物以固体的形式开采,再利用海底集矿系统对表层的水合物进行初步的分离,然后利用水力提升系统将水合物提升到海平面。
针对此两类方法开采天然气水合物，大多面临着仪器设备复杂、试剂价格昂贵、提升需要消耗大量能量等问题,尤其第二类开采方法还需要解决提升水合物的过程中复杂的三相流动问题。并且第一类只适合于水合物上层具有良好的不可分解的覆盖层的矿藏，然而深海浅层非成岩地层的天然气水合物形成于海底表层，因此第一类不适合于海底表层的天然气水合物开采。
发明内容
本发明的目的是：为了克服目前开采中试剂价格昂贵、仪器设备复杂以及提升需要消耗大量能量,且提升水合物的过程涉及复杂的三相流动等问题，特提出一种海底表层天然气水合物的开采方法及其开采装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种海底表层天然气水合物的开采方法，包括以下步骤：先开动采矿车上的开发装置，带动固定在采掘臂一端的切削头，切削头切削海底表层天然气水合物，采掘臂另一端固定在旋转平台上控制切削头的工作方位；然后通过输送管路B将上述切削的海底表层天然气水合物浆用吸嘴吸入颗粒细化装置内，再用抽浆泵泵入到采矿车上的天然气水合物分解装置中的右转移室；其后启动控制中心向控制阀A发出 信号，控制阀A开启，固液气三相水合物流经控制阀A进入右加热室；在右加热室海水流经抽吸分离器上的孔排入海中，固态天然气水合物被网孔挡着存入右加热室中，随着切削头不断地采集海底表层天然气水合物，右加热室中的固态天然气水合物达到预定的积累量，触发传感器B分别向控制阀A和控制阀C发出信号，控制阀A关闭，微波管开始加热，控制阀C打开，天然气水合物流经控制阀C通过输送管路A进入左转移室，右加热室内的固态天然气水合物开始分解，天然气经输气管自动上升被工作船上的集气装置所收集；触发传感器A检测到右加热室反应完毕，向控制阀B和控制阀D发送信号，控制阀B、D均开启，海水经控制阀B进入右加热室冲洗分解后的水和砂石，水和砂石由排废管排入海底。
在上述步骤中管柱与切削头间安装有颗粒细化装置，使天然气水合物在管柱内的水力运输显得便利。微波管安装在分解装置的左右加热室内壁上，左右加热室中间的隔热室内接入电缆，为微波管提供电能，在隔热室内电缆的周围充满隔热材料，避免左右加热室的分解发生干扰。左右加热室内设置有触发传感器来检测加热室内的情况，左右分解装置的设计保证分解反应的连续性，进而提高开采效率。经颗粒细化装置细化后的天然气水合物颗粒，分别交替送入右加热室或左加热室进行加热分解，分解后的天然气由输气管运送到工作船上的集气装置收集。
一种海底表层天然气水合物的开采装置，是由采矿车和工作船组成，其特征在于：采用履带式采矿车作为行走机构，在采矿车的平台上由开采装置和分解装置构成；开采装置包括切削头、采掘臂、旋转平台、颗粒细化装置、抽浆泵,切削头用螺纹连接件与采掘臂一端相连接，采掘臂另一端固定在旋转平台上，旋转平台用轴承与采矿车平台相连接，安装在采矿车的前端，颗粒细化装置与抽浆泵安装在采矿车平台上，颗粒细化装置用输送管路B与旋转平台天然气水合物出口管相连接，抽浆泵进口用管线连接颗粒细化装置，出口用管线连接右转移室顶部；分解装置从右到左由四个室组成，其中两两对称，右边是右转移室和右加热室，左边是左加热室和左转移室，右转移室右侧用输送管路A与左转移室左侧相连接，在输送管路A连接右转移室处安装有控制阀C,在右转移室与右加热室之间或左加热室与左转移室之间并联安装上通管路和下通管路，在上通管路上设置控制阀A、下通管路上设置控制阀B；在右转移室内上通管路A与下通管路B之间、输送管路A下方安装隔离挡板，右加热室上端分别设置有输气管接口和抽吸分离器的接入口及抽吸泵接头，在抽吸分离器下方分别设置触发传感器A、触发传感器B及圆柱形滤网；在右加热室左侧的内壁上安装有4-8个微波管，在右加热室底部安装排废管接口，在排废管接口安装有控制阀D；在右加热室与左加热室之间设置隔热室，电缆由工作船上电源接头连接左、右加热室。
所述转移室内的分离挡板，阻挡泥浆混合物，隔离挡板的上平面和下平面呈球面型，且分布在隔离挡板上的孔的纵向截面为倒立的梯形；抽吸分离器外旋连接右加热室的接入口；所有螺纹连接部位都安装密封件；通过关闭上控制阀，打开下控制阀，在加热室内清洗水合物分解反应后残留下的水和砂石。
所述加热室内壁由隔热材料组成，左右加热室中间充满特殊的隔热材料，触发传感器可以监控左右加热室内天然气水合物的收集量。
本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的开采方法原理简单、实用，能方便实现海底表层天然气水合物的连续开采；(2)本开采方法的开采装置结构简单，能耗少，易于实施，用于海底天然气水合物的开采。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图为本发明海底表层天然气水合物的开采装置的结构示意图。
图中：1.采矿车，2.切削头，3.旋转平台，4.颗粒细化装置，5.抽浆泵，6.右转移室，7.控制阀A，8.右加热室，9.抽吸分离器，10.微波管，11.触发传感器A，12.排废管，13.控制阀B，14.隔离挡板，15.输送管路A，16.输气管，17.电缆，18.工作船，19.控制阀C，20.控制阀D，21.触发传感器B，22.输送管路B，23.圆柱形滤网，24.隔热室，25.抽吸泵，26.左加热室，27.左转移室，28.采掘臂，29.上通管路，30.下通管路。
具体实施方式
本发明提供的海底表层天然气水合物的开采方法，包括以下步骤：
1)在采矿车1前端，切削头2切削海底表层天然气水合物，通过输送管路B22，经过颗粒细化装置4,、抽浆泵5泵入右转移室6；
2)右转移室6充满海水，天然气水合物泵入右转移室6的同时控制中心向控制阀A7发出信号，控制阀A7开启，固液气三相水合物流经控制阀A7，进入右加热室8；
3)在右加热室8，当固液气三相水合物的液面上升设定高度时，触发抽吸分离器9上的触发传感器B21,抽吸分离器9开始工作，海水经抽吸分离器9上的孔和管道排到海底，固态水合物被网孔挡存在右加热室8中，随着切削头2不断地采集海底表层天然气水合物，右加热室8中的固态天然气水合物达到预定的积累量，触发传感器A11向控制阀A7和控制阀C19发出信号，控制阀A7关闭，微波管10开始加热，控制阀C19打开，天然气水合物流经控制阀C19通过输送管路A15进入左转移室27；与此同时，右加热室8内的固态水合物开始分解，经输气管16自由上升被工作船18上的集气装置所收集。天然气监控装置检测到右加热室8 内的固态天然气水合物分解完毕，向控制阀C19和控制阀B13发送信号，控制阀B13和控制阀D20开启，海水流经控制阀B13进入右加热室8，冲洗分解后的水和砂石，经过排废管12排入海底。
4)当天然气水合物流经控制阀C19向左边装置流入时，步骤重复(1)～(3),基于此种设计方式可以实现连续开采，节约时间，提高开采效率。
5)在此以上过程中整个反应分离系统内，保证存在一定的内压力，以便系统内的海水和废物顺利排出。