内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置及方法，属于天然气采集技术领域。本发明包括母船和内空的天然气收集罩，所述母船上设有天然气收储装置，所述天然气收储装置通过采气管路连接天然气收集罩顶部，所述天然气收集罩通过隔水管连接至母船底部，所述采气管路设于隔水管内；所述天然气收集罩底部四周布置有锚定系统，在天然气收集罩的底部设有压力调节系统，所述天然气收集罩外壁上设有推进系统，所述天然气收集罩的侧壁内设有密度调节系统，所述天然气收集罩内部设有温度调节系统和搅动系统。本发明主要解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题。
【专利说明】
内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及天然气采集技术领域，尤其是海底天然气水合物采集技术。
【背景技术】
[0002]海底天然气水合物是甲烷气体在海底的低温高压环境下与水分子结合形成的结晶体，是一种储量巨大的清洁能源，有希望替代石油、煤炭成为主要能源。天然气水合物广泛分布于海底沉积层，具有储量大、弱胶结、稳定性差的特点，一旦所在区域的温度、压力条件发生变化，就可能导致海底天然气水合物的大量分解、气化和自由释放。
[0003]由于天然气水合物主要分解为甲烷气体和水，然而甲烷气体是温室气体，大量释放到大气中会造成温室效应，对环境造成严重破坏。如何保证开采海底的天然气水合物的过程中天然气不泄露、不逸散以及如何高效率的分解天然气水合物，都是目前海底天然气水合物矿藏开发的主要研究方向。
[0004]现有天然气水合物开采技术中，通常通过降压法、注热法或者注化学试剂法等，将海底具的天然气水合物矿藏转化为气体和水，对转化后得到的气体进行收集，再通过水下生产设施或浮式生产设施进行生产，目前还没有一种成熟的海底天然气水合物的开采办法及系统正式投入商业运行，美国、日本等国均进行实验性质的开采。
[0005]主要原因是现有的开采办法都比较复杂，成本高，而且缺乏可控性和可操作性，容易引起甲烷气体的泄漏，造成环境污染和大气的温室效应，开采效率也无法达到工业开发最低要求，均还处于试验室探索阶段，无法投入商业运营。因此，需要一种能够实现绿色环保，经济高效的开采系统，实现对海底天然气水合物的开采。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置及方法，主要解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题，本发明突破常规思维模式，巧妙地利用压力调节形成负压和温度调节系统增温，来促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率，为海底天然气水合物的开采提供新方向；可见，本发明可通过对密度、压力、温度的控制以保证稳定生产，天然气采集方便、采集效率高，能多次重复使用。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，包括母船和内空的天然气收集罩，所述母船上设有天然气收储装置，所述天然气收储装置通过采气管路连接天然气收集罩顶部，所述天然气收集罩通过隔水管连接至母船底部，所述采气管路设于隔水管内；所述天然气收集罩底部四周布置有锚定系统，在天然气收集罩的底部设有压力调节系统，所述天然气收集罩外壁上设有推进系统，所述天然气收集罩的侧壁内设有密度调节系统，所述天然气收集罩内部设有温度调节系统和搅动系统，所述温度调节系统包括加热装置和支架，所述天然气收集罩内布置有若干并排的支架，其中所述支架上固定有若干加热装置，所述加热装置连接于电缆上，所述电缆穿过隔水管连接至母船上的控制中心。
[0008]由于上述结构，母船用于操作人员在海面上进行操作和控制。天然气收集罩可罩于指定区域的海底泥床上，并对该区域的海底泥床进行密封，并对该区域内的天然气进行收集，并通过天然气采气管路传送至母船上的天然气收储装置进行收储。隔水管用于将采气管路、气压管路、供氧管路和电缆等全部置于其中，避免海水对其的腐蚀，确保其寿命。锚定系统设于天然气收集罩底部四周，可将收集罩密封固定于海底泥床上，确保进行天然气收集过程中发生泄漏。压力调节系统可将收集罩内的液体排出，使密闭的收集罩内形成负压，促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采。而搅动系统则，是可是在指定区域采集一定时间后，通过搅动系统对海底泥床进行搅动，从而促使海底泥床的深层水合物分解。推进系统，可用于将天然气收集罩下放到指定区域时，对收集罩进行微调，以确保收集罩的精确定位。而密度调节系统，则是对天然气收集罩本身的密度进行调节，从而控制收集罩的上提和下放。将所有浮力模块设于收集罩的内、外层壳体间，从而使收集罩整体的结构更紧凑更简单，且收集罩不易受外部环境的影响而产生移动，更利于运输和保存。其中在天然气收集罩内布置若干并排的支架，这些支架被安装和固定于收集罩的内壁上，使收集罩的连接更加的温靠;另外一方面支架并排布置在收集罩内，使收集罩在纵向上均布有支架，而每个支架上均设计有加热装置，当收集罩内温度过低时，可通过电加热的方式对收集罩内进行加热，并使收集罩内部的温度均匀，从而避免收集罩内局部温度过高，形成较大的温差，造成天然气瞬间膨胀压力瞬间增大，而带来的危险事故，确保生产安全。且通过母船上的控制中心通过电缆进行控制，使得控制更加方便快捷可靠，操作更加简便。本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，主要解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题，本发明突破常规思维模式，巧妙地利用压力调节形成负压和温度调节系统增温，来促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率，为海底天然气水合物的开采提供新方向；可见，本发明可通过对密度、压力、温度的控制以保证稳定生产，天然气采集方便、采集效率高，能多次重复使用。
[0009]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述密度调节系统包括浮力模块、供压模块和气压管路;所述天然气收集罩上设置的内、外层壳体间布置有若干浮力模块，所述浮力模块包括密封的内空箱体，所述箱体内设电子液位计，所述箱体上设有连通内外的排水管与进气管，所有浮力模块的进气管并联于气压管路上，所述气压管路固定于天然气收集罩的外壳上并从隔水管中穿过连接至供压模块，所述供压模块设于母船上。
[0010]由于上述结构，密度调节系统通过供压模块产生压力气体，并通过气压管路向浮力模块的箱体内供入压力气体，从而可将箱体内的水排出，从而降低收集罩本身的密度进行上提;相反在进行收集罩的下放时，可通过控制箱体内的压力气体排出，海水进入箱体内增加收集罩本身的密度，使收集罩下放至海底泥床。将所有浮力模块设于收集罩的内、外层壳体间，从而使收集罩整体的结构更紧凑更简单，且收集罩不易受外部环境的影响而产生移动，更利于运输和保存。
[0011]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述天然气收集罩包括壳体、顶部平台、挡板和吊环，所述壳体包括内外层壳体，所述壳体呈内空的金字塔形结构，所述壳体的顶部设为顶部平台，所述壳体的底边上密封连接有一圈环形挡板，所述壳体的外壁中部设有若干吊环。
[0012]由于上述结构，内空的金字塔形结构的壳体，使壳体便于生产制造，且结构更加可靠，更利于天然气集中于壳体的内顶部，便于天气的收集。内外层壳体之间可用于设置浮力模块，从而使得整个收集罩结构更紧凑;顶部平台用于连接隔水管，便于母船与收集罩之间进行连接。壳体的底边的环形挡板，可将收集罩底部与海底泥床进行密封，从而可确保收集罩内形成负压，促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采。吊环，一方面可用于将收集罩进行起吊，另一方面可用于连接漂浮的浮力模块，提高对收集罩浮力的控制能力。
[0013]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述锚定系统设于天然气收集罩底部四周，所述锚定系统包括螺杆、电动机、传动装置和密闭的锚固壳，所述锚固壳固定于挡板上部，所述锚固壳内固定有电动机，所述电动机连接传动装置并驱动螺杆旋转运动，所述螺杆穿出销固壳的底部。
[0014]由于上述结构，可利用电动机通过传动装置控制螺杆，将螺杆伸入到海底泥床中，将收集罩固定于海底泥床上，确保收集罩的密封性和稳定性，避免海底环境因素对收集罩的影响，从而可有效地避免在分解收集和开采的过程中，天然气的逸散和泄露的问题。
[0015]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述采气管路的一端位于顶部平台并连通天然气收集罩内部，另一端位于母船上连接天然气收储装置;其中隔水管内穿设有采气管路、气压管路、供氧管路和电缆。
[0016]由于上述结构，采气管路主要用于连接天然气收集罩和天然气收储装置，可将收集罩内收集的天然气，经采气管路将天然气传输至天然气收储装置。其中隔水管可用于将母船与收集罩之间连接的管路及电缆等，有效地对管路和电缆进行保护，使其寿命更加长久。
[0017]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述压力调节系统设于天然气收集罩的底部，所述压力调节系统包括潜水栗和吸水箱，所述吸水箱置于天然气收集罩内部，所述潜水栗固定于天然气收集罩上，所述潜水栗通过进水软管连通吸水箱，所述潜水栗通过出水管连通至天然气收集罩外部。
[0018]由于上述结构，该压力调节系统可通过吸水箱，将收集罩内部的海水通过进水软管及潜水栗排出至收集罩外部，从而使收集罩内部形成负压，更利于促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率；同时压力调节系统还能确保天然气收集罩的内部压力稳定。
[0019]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述天然气收集罩的内部下侧设有搅动系统，所述搅动系统包括行车和水射流装置，所述行车固定于壳体内壁，所述水射流装置安装于行车上能随行车移动。
[0020]由于上述结构，当同一指定海底区域内的天然气水合物采集一定时间后，启动搅动系统，控制水射流装置对准海底泥床并喷出高压水流，搅动海底泥床促使深层水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率。
[0021]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述推进系统包括有搭载平台、螺旋桨推进器和电机，所述搭载平台固定在天然气收集罩外侧中部，电机连接螺旋桨推进器安装在搭载平台上。
[0022]由于上述结构，当收集罩下放至接近预定位置时，可启动推进系统将天然气收集罩进行位置微调，可确保收集罩到达预定位置，更利于对预定区域内天然气的收集。
[0023]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，所述天然气收集罩内设有监测系统，所述监测系统包括温度与压力监测装置、及壳体应力监测装置，所述温度与压力监测装置安装在顶部平台内部，若干壳体应力监测装置安装在天然气收集罩的壳体外部;所述监测系统、推进系统、压力调节系统、锚定系统、搅动系统及密度调节系统分别通过电缆连接于控制中心。
[0024]由于上述结构，监测系统可实施地监测收集罩内及收集罩上的压力值、温度值，从而可实时地对收集罩进行监控，避免天然气收集罩上的压力过大发生危险，确保操作安全可靠;或者温度过低不能进行天然气的采集，提高天然气的采集率。
[0025]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气水合物采集方法，通过以下步骤实现: 步骤1、母船运输若干天然气收集罩到指定海底区域，控制密度调节系统向浮力模块内充水，控制天然气收集罩下放至接近预定位置时，启动推进系统将天然气收集罩进行位置微调；
步骤2、天然气收集罩达到预定位置后，控制环形挡板插入海底泥床，启动锚定系统使螺杆伸入海底泥床内，将天然气收集罩固定并密封；
步骤3、开启压力调节系统，排出天然气收集罩内部的海水，使天然气收集罩内部形成负压促使水合物分解，天然气水合物通过采气管路收集至天然气收储装置内处理与储存，同时监测系统监测天然气收集罩内部压力变化，实时调整压力调节系统的工作状态，确保天然气收集罩的内部压力稳定；
步骤4、监测系统监测天然气收集罩内部温度值，并将检测温度值与设定值进行比较，若温度值较低时，启动温度调节系统，控制中心控制布置于支架上的加热装置进行电加热，产生热量提高天然气收集罩的内部温度，当温度值达到预设值时，控制加热装置停止工作步骤5、当同一指定海底区域内的天然气水合物采集一定时间后，启动搅动系统，控制水射流装置对准海底泥床并喷出高压水流，搅动海底泥床促使深层水合物分；
步骤6、当指定海底区域的天然气开采完成后，密度调节系统通过向浮力模块供气，降低天然气收集罩的整体密度，锚定系统解除固定，天然气收集罩上并浮脱离与海底泥床的接触，推进系统推动天然气收集罩移动到下一个待开采域，重复步骤2至步骤5。
[0026]由于上述方法，通过精度的天然气收集罩的控制，应用在海底天然气收集上，为海底天然气水合物的开采提供新方向。本发明的采集方法，解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题，本发明突破常规思维模式，巧妙地利用压力调节形成负压和温度调节系统增温，来促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率，能多次重复使用，寿命长久。
[0027]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1、本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置及方法，主要解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题，本发明突破常规思维模式，巧妙地利用压力调节形成负压和温度调节系统增温，来促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率，为海底天然气水合物的开采提供新方向。
[0028]2、本发明可通过对密度、压力、温度的控制以保证稳定生产，天然气采集方便、采集效率高，能多次重复使用，且构思新颖，结构巧妙，寿命长久，可广泛用于海底天然气采集，适用范围广，适合推广应用。
【附图说明】
[0029]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是本发明的结构示意图。
[0030]图2是本发明中支架的结构示意图。
[0031 ]图3是本发明中浮力模块的示意图。
[0032]图中标记:1-天然气收集罩，101-壳体，102-顶部平台，103-挡板，104-吊环；2_密度调节系统，201-浮力模块，202-供压模块，203、11-气压管路，204-电动阀门，205-进气管，206-排水管，207电子液位计;3-压力调节系统，301-潜水栗，302-吸水箱;4-温度调节系统，401-加热装置，402-支架;5-母船，6-推进系统，7-天然气收储装置，8-锚定系统，801-螺杆，802-电动机，803-传动装置;9-搅动系统，I O-监测系统，12-采气管路，13-隔水管。
【具体实施方式】
[0033]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0034]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0035]如图1和图2所示，本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，包括母船5和内空的天然气收集罩I，所述母船5上设有天然气收储装置7，所述天然气收储装置7通过采气管路12连接天然气收集罩I顶部，所述天然气收集罩I通过隔水管13连接至母船5底部，所述采气管路12设于隔水管13内；所述天然气收集罩I底部四周布置有锚定系统8，在天然气收集罩I的底部设有压力调节系统3，所述天然气收集罩I外壁上设有推进系统6，所述天然气收集罩I的侧壁内设有密度调节系统2，所述天然气收集罩I内部设有温度调节系统4和搅动系统9，所述温度调节系统4包括加热装置401和支架402，所述天然气收集罩I内布置有若干并排的支架402，其中所述支架402上固定有若干加热装置401，所述加热装置401连接于电缆上，所述电缆穿过隔水管13连接至母船5上的控制中心。
[0036]其中所述密度调节系统2包括浮力模块201、供压模块202和气压管路203;所述天然气收集罩I上设置的内、外层壳体间布置有若干浮力模块201，所述浮力模块201包括密封的内空箱体，所述箱体内设电子液位计207，所述箱体上设有连通内外的排水管206与进气管205，所有浮力模块201的进气管205并联于气压管路203上，所述气压管路203固定于天然气收集罩I的外壳上并从隔水管13中穿过连接至供压模块202，所述供压模块202设于母船5上。
[0037]其中所述天然气收集罩I包括壳体101、顶部平台102、挡板103和吊环104，所述壳体101包括内外层壳体，所述壳体101呈内空的金字塔形结构，所述壳体101的顶部设为顶部平台102，所述壳体101的底边上密封连接有一圈环形挡板103，所述壳体101的外壁中部设有若干吊环104。
[0038]其中所述锚定系统8设于天然气收集罩I底部四周，所述锚定系统8包括螺杆801、电动机802、传动装置803和密闭的锚固壳，所述锚固壳固定于挡板103上部，所述锚固壳内固定有电动机802，所述电动机802连接传动装置803并驱动螺杆801旋转运动，所述螺杆801穿出销固壳的底部。
[0039]其中所述采气管路12的一端位于顶部平台102并连通天然气收集罩I内部，另一端位于母船5上连接天然气收储装置7;其中隔水管13内穿设有采气管路12、气压管路203、供氧管路401和电缆。
[0040]其中所述压力调节系统3设于天然气收集罩I的底部，所述压力调节系统3包括潜水栗301和吸水箱302，所述吸水箱302置于天然气收集罩I内部，所述潜水栗301固定于天然气收集罩I上，所述潜水栗301通过进水软管连通吸水箱302，所述潜水栗301通过出水管连通至天然气收集罩I外部。
[0041]其中所述天然气收集罩I的内部下侧设有搅动系统9，所述搅动系统9包括行车901和水射流装置902，所述行车901固定于壳体101内壁，所述水射流装置902安装于行车901上能随行车移动。
[0042]其中所述推进系统6包括有搭载平台601、螺旋桨推进器602和电机603，所述搭载平台601固定在天然气收集罩I外侧中部，电机603连接螺旋桨推进器622安装在搭载平台601 上。
[0043]其中所述天然气收集罩I内设有监测系统10，所述监测系统10包括温度与压力监测装置、及壳体应力监测装置，所述温度与压力监测装置安装在顶部平台102内部，若干壳体应力监测装置安装在天然气收集罩I的壳体101外部;所述监测系统10、推进系统6、压力调节系统3、锚定系统8、搅动系统9及密度调节系统2分别通过电缆连接于控制中心。
[0044]母船用于操作人员在海面上进行操作和控制。天然气收集罩可罩于指定区域的海底泥床上，并对该区域的海底泥床进行密封，并对该区域内的天然气进行收集，并通过天然气采气管路传送至母船上的天然气收储装置进行收储。隔水管用于将采气管路、气压管路、供氧管路和电缆等全部置于其中，避免海水对其的腐蚀，确保其寿命。锚定系统设于天然气收集罩底部四周，可将收集罩密封固定于海底泥床上，确保进行天然气收集过程中发生泄漏。压力调节系统可将收集罩内的液体排出，使密闭的收集罩内形成负压，促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采。而搅动系统则，是可是在指定区域采集一定时间后，通过搅动系统对海底泥床进行搅动，从而促使海底泥床的深层水合物分解。推进系统，可用于将天然气收集罩下放到指定区域时，对收集罩进行微调，以确保收集罩的精确定位。而密度调节系统，则是对天然气收集罩本身的密度进行调节，从而控制收集罩的上提和下放。其中在天然气收集罩内布置若干并排的支架，这些支架被安装和固定于收集罩的内壁上，使收集罩的连接更加的温靠;另外一方面支架并排布置在收集罩内，使收集罩在纵向上均布有支架，而每个支架上均设计有加热装置，当收集罩内温度过低时，可通过电加热的方式对收集罩内进行加热，并使收集罩内部的温度均匀，从而避免收集罩内局部温度过高，形成较大的温差，造成天然气瞬间膨胀压力瞬间增大，而带来的危险事故，确保生产安全。且通过母船上的控制中心通过电缆进行控制，使得控制更加方便快捷可靠，操作更加简便。本发明的海底天然气水合物采集装置，主要解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题，本发明突破常规思维模式，巧妙地利用压力调节形成负压和温度调节系统增温，来促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率，为海底天然气水合物的开采提供新方向；可见，本发明可通过对密度、压力、温度的控制以保证稳定生产，天然气采集方便、采集效率高，能多次重复使用。
[0045]本发明的内置浮箱多层支架的海底天然气气水合物采集方法，通过以下步骤实现:
步骤一、母船5运输若干天然气收集罩I到指定海底区域，控制密度调节系统2向浮力模块201内充水，控制天然气收集罩I下放至接近预定位置时，启动推进系统6将天然气收集罩I进行位置微调；
步骤二、天然气收集罩I达到预定位置后，控制环形挡板103插入海底泥床，启动锚定系统5使螺杆801伸入海底泥床内，将天然气收集罩I固定并密封；
步骤三、开启压力调节系统3，排出天然气收集罩I内部的海水，使天然气收集罩I内部形成负压促使水合物分解，天然气水合物通过采气管路12收集至天然气收储装置7内处理与储存，同时监测系统10监测天然气收集罩I内部压力变化，实时调整压力调节系统3的工作状态，确保天然气收集罩I的内部压力稳定；
步骤四、监测系统10监测天然气收集罩I内部温度值，并将检测温度值与设定值进行比较，若温度值较低时，启动温度调节系统4，控制中心控制布置于支架402上的加热装置401进行电加热，产生热量提高天然气收集罩I的内部温度，当温度值达到预设值时，控制加热装置401停止工作；
步骤五、当同一指定海底区域内的天然气水合物采集一定时间后，启动搅动系统9，控制水射流装置902对准海底泥床并喷出高压水流，搅动海底泥床促使深层水合物分；
步骤六、当指定海底区域的天然气开采完成后，密度调节系统2通过向浮力模块201供气，降低天然气收集罩I的整体密度，锚定系统8解除固定，天然气收集罩I上并浮脱离与海底泥床的接触，推进系统6推动天然气收集罩I移动到下一个待开采域，重复步骤二至步骤五。
[0046]通过精度的天然气收集罩的控制，应用在海底天然气收集上，为海底天然气水合物的开采提供新方向。本发明的采集方法，解决了海底泥床的天然气水合物，在分解收集和开采的过程中，不会形成天然气的逸散和泄露的问题，本发明突破常规思维模式，巧妙地利用压力调节形成负压和温度调节系统增温，来促使海底泥床种的天然气水合物分解，利于海底天然气水合物的开采，继而大大地提高天然气的采集率，能多次重复使用，寿命长久。
[0047]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:包括母船(5)和内空的天然气收集罩(I)，所述母船(5)上设有天然气收储装置(7)，所述天然气收储装置(7)通过采气管路(12)连接天然气收集罩(I)顶部，所述天然气收集罩(I)通过隔水管(13)连接至母船(5)底部，所述采气管路(12)设于隔水管(13)内；所述天然气收集罩(I)底部四周布置有锚定系统(8)，在天然气收集罩(I)的底部设有压力调节系统(3)，所述天然气收集罩(I)外壁上设有推进系统(6)，所述天然气收集罩(I)的侧壁内设有密度调节系统(2)，所述天然气收集罩(I)内部设有温度调节系统(4)和搅动系统(9)，所述温度调节系统(4)包括加热装置(401)和支架(402)，所述天然气收集罩(I)内布置有若干并排的支架(402)，其中所述支架(402)上固定有若干加热装置(401)，所述加热装置(401)连接于电缆上，所述电缆穿过隔水管(13)连接至母船(5)上的控制中心。2.如权利要求1所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述密度调节系统(2)包括浮力模块(201)、供压模块(202)和气压管路(203);所述天然气收集罩(I)上设置的内、外层壳体间布置有若干浮力模块(201)，所述浮力模块(201)包括密封的内空箱体，所述箱体内设电子液位计(207)，所述箱体上设有连通内外的排水管(206)与进气管(205)，所有浮力模块(201)的进气管(205)并联于气压管路(203)上，所述气压管路(203)固定于天然气收集罩(I)的外壳上并从隔水管(13)中穿过连接至供压模块(202)，所述供压模块(202)设于母船(5)上。3.如权利要求2所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述天然气收集罩(I)包括壳体(101)、顶部平台(102)、挡板(103)和吊环(104)，所述壳体(101)包括内外层壳体，所述壳体(101)呈内空的金字塔形结构，所述壳体(101)的顶部设为顶部平台(1 2 )，所述壳体(1I)的底边上密封连接有一圈环形挡板(1 3 )，所述壳体(1I)的外壁中部设有若干吊环(104)。4.如权利要求3所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述锚定系统(8)设于天然气收集罩(I)底部四周，所述锚定系统(8)包括螺杆(801)、电动机(802)、传动装置(803)和密闭的锚固壳，所述锚固壳固定于挡板(103)上部，所述锚固壳内固定有电动机(802)，所述电动机(802)连接传动装置(803)并驱动螺杆(801)旋转运动，所述螺杆(801)穿出销固壳的底部。5.如权利要求3所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述采气管路(12)的一端位于顶部平台(102)并连通天然气收集罩(I)内部，另一端位于母船(5)上连接天然气收储装置(7);其中隔水管(13)内穿设有采气管路(12)、气压管路(203)、供氧管路(401)和电缆。6.如权利要求3或4或5所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述压力调节系统(3)设于天然气收集罩(I)的底部，所述压力调节系统(3)包括潜水栗(301)和吸水箱(302)，所述吸水箱(302)置于天然气收集罩(I)内部，所述潜水栗(301)固定于天然气收集罩(I)上，所述潜水栗(301)通过进水软管连通吸水箱(302)，所述潜水栗(301)通过出水管连通至天然气收集罩(I)外部。7.如权利要求6所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述天然气收集罩(I)的内部下侧设有搅动系统(9 )，所述搅动系统(9)包括行车(901)和水射流装置(902)，所述行车(901)固定于壳体(101)内壁，所述水射流装置(902)安装于行车(901)上能随行车移动。8.如权利要求6所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述推进系统(6)包括有搭载平台(601)、螺旋桨推进器(602)和电机(603)，所述搭载平台(601)固定在天然气收集罩(I)外侧中部，电机(603)连接螺旋桨推进器(622)安装在搭载平台(601)上。9.如权利要求8所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置，其特征在于:所述天然气收集罩(I)内设有监测系统(10)，所述监测系统(10)包括温度与压力监测装置、及壳体应力监测装置，所述温度与压力监测装置安装在顶部平台(102)内部，若干壳体应力监测装置安装在天然气收集罩(I)的壳体(101)外部;所述监测系统(10)、推进系统(6)、压力调节系统(3)、锚定系统(8)、搅动系统(9)及密度调节系统(2)分别通过电缆连接于控制中心。10.—种采用权利要求1至9之一所述的内置浮箱多层支架的海底天然气采集装置的海底天然气水合物采集方法，其特征在于:它通过以下步骤实现: 步骤1、母船(5)运输若干天然气收集罩(I)到指定海底区域，控制密度调节系统(2)向浮力模块(201)内充水，控制天然气收集罩(I)下放至接近预定位置时，启动推进系统(6)将天然气收集罩(I)进行位置微调； 步骤2、天然气收集罩(I)达到预定位置后，控制环形挡板(103)插入海底泥床，启动锚定系统(5)使螺杆(801)伸入海底泥床内，将天然气收集罩(I)固定并密封； 步骤3、开启压力调节系统(3 )，排出天然气收集罩(I)内部的海水，使天然气收集罩(I)内部形成负压促使水合物分解，天然气水合物通过采气管路(12)收集至天然气收储装置(7)内处理与储存，同时监测系统(10)监测天然气收集罩(I)内部压力变化，实时调整压力调节系统(3)的工作状态，确保天然气收集罩(I)的内部压力稳定； 步骤4、监测系统(10)监测天然气收集罩(I)内部温度值，并将检测温度值与设定值进行比较，若温度值较低时，启动温度调节系统(4)，控制中心控制布置于支架上的加热装置(401)进行电加热，产生热量提高天然气收集罩(I)的内部温度，当温度值达到预设值时，控制加热装置(401)停止工作； 步骤5、当同一指定海底区域内的天然气水合物采集一定时间后，启动搅动系统(9)，控制水射流装置(902)对准海底泥床并喷出高压水流，搅动海底泥床促使深层水合物分解；步骤6、当指定海底区域的天然气开采完成后，密度调节系统(2)通过向浮力模块(201)供气，降低天然气收集罩(I)的整体密度，锚定系统(8)解除固定，天然气收集罩(I)上并浮脱离与海底泥床的接触，推进系统(6)推动天然气收集罩(I)移动到下一个待开采域，重复步骤2至步骤5。
【文档编号】E21B43/01GK105840150SQ201610170978
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】黎伟, 宋金丽, 李斌, 张欣, 司虚, 袁圣桐, 宋伟, 周研竹, 杨牧, 雷鸿翔, 唐崇尧
【申请人】西南石油大学