专利名称：一种海洋天然气水合物开采的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋天然气水合物开采方法及装置。
背景技术：
天然气水合物是一种未来的优质、洁净能源，其蕴藏量与现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)总碳量相当，它将成为人类21世纪最重要的能源。成功进行天然气水合物的开采，对缓解人类社会所面临的能源危机具有十分重要的意义，目前天然气水合物的开采技术已成为一个世界研究热点课题。
天然气体水合物主要蕴藏在海洋中，是天然气小分子在一定条件下与水相互作用形成的白色固态结晶物质。由于天然气水合物的自身特性，其与常规传统型能源的开发不同。煤炭在矿井下是固体，开采后仍是固体；石油在地下是流体，开采后仍是流体；而水合物在洋底埋藏是固体，在开采过程中分子构造发生变化，从固体变为气体。也就是说，水合物在开采过程中发生相变。综合各国科学家提出的天然气水合物开发技术，大体上可分为两类地下分解开采和地上分解开采。
地下分解开采是参考石油开采的工艺过程，首先在地层中形成井筒，然后考虑如何人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，将蕴藏在沉积物中的水合物进行分解，最后再将天然气采至地面。主要包括(1)加热法，是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物储层，促使温度上升达到水合物的分解；(2)降压法，是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使天然气水合物分解的目的；(3)化学剂法，将盐水、甲醇、乙醇等化学剂从井孔泵入地层后，可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，引起天然气水合物的分解。对于地下分解开采，由于大陆斜坡的不稳定、铺设的管道非常长、管道中易于形成水合物堵塞等原因，会产生一定的技术和经济问题。同时，以上各种开采技术都有其本身的局限性，如加热法热损失大、效率低，降压法开采速度慢，化学剂法费用昂贵等。以上这些因素，都有可能使得人们难以利用这种手段来开采天然气水合物资源。
地上分解开采是指在不使天然气水合物分解的情况下，把天然气水合物运送到陆地上来进行分解开采。一个新的天然气水合物开发方法是在深海使天然气水合物颗粒化，或将天然气水合物装入一种可膨胀的软式气袋(其内部保持天然气水合物稳定所需要的温压条件)中，再用潜水艇把天然气水合物拖到大陆架附近的浅水地区，在那里，天然气水合物能够缓慢地分解，产生燃料和水。或许今后能研制出一种添加剂，使天然气水合物在较低的压力和较高的温度下能够稳定。如果能做到这些，天然气水合物在传统的船舶上运输起来可能比液化的天然气还要安全。地上分解开采虽然克服了地下分解开采的一些缺点，但目前还仅仅是一种设想，还有许多难题需要克服，距离实际矿场应用还有相当的距离。
综上所述，到目前为止，还没有一种可以用来开采天然气水合物的具体而有效的方法。现阶段受关注的方法有注入热水、降低储层压力、注入抑制剂、注入不会形成水合物的气体、采用微波技术等。实际投入生产尚有争议的只有俄罗斯西伯利亚的麦索雅哈气田，利用降压和注入抑制剂的方法已经生产了20年。从以上各方法的使用来看，单单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达到对天然气水合物的经济有效的开采。
鉴于以上原因，本发明在分考虑地下分解开采和地上分解开采的优点和不足的基础上，提出了一种经济、高效地大规模开采海洋天然气水合物的方法及装置，为水合物的开采开辟了一条新的途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种经济、高效地大规模开采海洋天然气水合物的方法及装置。
本发明的目的是通过以下的技术方案实现的本发明的装置包括钻进设备、泥沙分离装置、海水加热设备、水合物分解装置、天然气导出管道及各种输送管道。所述钻进设备包括在地层中开采产生水合物、泥沙以及分解气体的混合物的钻机。所述泥沙分离装置位于海底，用于将混合物中的泥沙分离出来。所述水合物分解装置位于海面，用于导入经海水加热设备加热过的温度较高的海水或蒸汽以分解水合物。
本发明的方法及装置工作原理是使用钻机对海底水合物层进行开采，通过注入海水将水合物、泥沙以及分解气体的混合物排到位于海底的泥沙分离装置以分离泥沙。分离后的水合物、分解气体和水的混合物通过管道被输送到位于海面上的水合物分解装置，而分离出的泥沙则留在海底。这样，输送需要的动力大大减小。
水合物分解装置的工作方式是抽取海洋表面的温度较高的海水，抽取的海水先进入海水加热设备被加热，之后进入分解装置。海水加热设备输出的可以是热水、也可以是蒸汽。在海水加热设备启动初期，使用的燃料可以是油、天然气等。在开采出天然气后，可以直接引导部分天然气到海水加热设备，从而实现燃料自给，大大减少从陆地燃料运输量。
海水加热设备输出的热水或蒸汽从水合物分解装置的底部通入，而从海底来的水合物与海水的混合物从水合物分解装置的中部或上部导入，这样，水合物进入该分解装置后呈悬浮状态下降，在下降的过程中被从底部来的温度较高的海水或蒸汽溶化分解，分解产生的气体上升到分解装置顶部，进入输气管道。分解装置的上部设有出水管，用于排水。
分解装置的进水管和出水管可以是一根至多根。在天然气导出管道出气口可以设置捕水装置或其他干燥装置，用于除去天然气中的水分。
本发明的方法和装置，较好地克服了现有开采海洋天然水合物各种方法的弊端，设备简单、操作方便、成本低廉、工作效率高，可以应用于大规模地开采海洋天然水合物，为人类大规模利用海洋天然气资源找到了一条新途径。
图1是本发明一个实施例的工作原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的内容进一步说明本发明所采用的装置包括以下部分1、钻头 2、钻机 3、混合物通道 4、泥沙分离装置 5、分解罐 6、加热设备 7、海水输入管道 8、热水或蒸汽输出管道 9、天然气输入管道 10、天然气输出管道 11、海水输出管道 12、泵 13、泵 14、泵 15、管道如附图1所示，在海底天然气水合物层伸入钻头1进行开采，将水合物、泥沙以及分解气体的混合物排到位于海底的泥沙分离装置4，分离后的水合物、分解气体和水的混合物通过管道15被输送到位于海面上的分解罐5，泵14将海面的温度较高的海水输入加热设备6，加热后的热水或蒸汽经管道8输入分解罐5，分解出的天然气经管道10导出，另有部分天然气经管道9导入加热设备6作为加热用的能源，使用过的海水经管道11重新输出至海面。
权利要求
1.一种海洋天然气水合物开采方法，其特征在于包括以下步骤(1)对海底天然水合物层进行开采，产生水合物、泥沙以及分解气体的混合物并上排到海底；(2)泥沙在海底进行分离，并将与泥沙分离后的天然水合物、分解气体和水的混合物传送到位于海平面的分解装置；(3)加热海平面的温度较高的海水；(4)将加热后的热水或蒸汽导入分解装置用于分解；(5)分解后的天然气和海水分别导出。
2.如权利要求1所述的海洋天然气水合物开采方法，其特征在于从海底来的含有水合物的混合物从热水或蒸汽的上部进入分解装置。
3.如权利要求1或2所述的海洋天然气水合物开采方法，其特征在于分解后导出的部分天然气导入加热装置作为步骤(3)的加热能源。
4.一种海洋天然气水合物开采设备，包括天然气导出管道，其特征在于还包括钻进设备、泥沙分离器、水合物分解装置、海水加热设备；所述钻进设备包括在地层中开采产生水合物、泥沙以及分解气体的混合物的钻头与钻机；所述泥沙分离器位于海底，用于将混合物中的泥沙分离出来；所述水合物分解装置位于海面，用于导入经海水加热设备加热过的温度较高的海水或蒸汽以分解水合物。
5.根据权利要求4所述的海洋天然气水合物开采设备，其特征在于从海水加热装置导入的热水或蒸汽从水合物分解装置的底部进入，从上部排出。
6.根据权利要求4或5所述的海洋天然气水合物开采设备，其特征在于在水合物分解装置中从海底来的含有水合物的混合物从海水加热设备导入的热水或蒸汽的上部进入水合物分解装置。
7.根据权利要求4所述的海洋天然气水合物开采设备，其特征在于水合物分解装置上部设有天然气导出管道。
8.根据权利要求4或7所述的海洋天然气水合物开采设备，其特征在于从水合物分解装置导出的部分天然气经管道导入海水加热装置作为加热能源。
9.根据权利要求4或5所述的海洋天然气水合物开采设备，其特征在于所述的海水加热装置为锅炉。
10.根据权利要求7所述的海洋天然气水合物开采设备，其特征在于天然气导出管道出气口设置有捕水装置或其他干燥装置。
全文摘要
本发明公开了一种海洋天然气水合物开采方法及装置。该方法包括以下步骤对海底天然水合物层进行开采；之后在海底进行泥沙分离，将与泥沙分离后的天然水合物、分解气体和水的混合物传送到位于海平面的分解装置；加热海平面的温度较高的海水；将加热后的热水或蒸汽导入分解装置用于分解；分解后的天然气和海水分别导出。该装置包括钻进设备、泥沙分离装置、海水加热设备、水合物分解装置、天然气导出管道等。本发明的方法和装置，较好地克服了现有开采海洋天然水合物各种方法的弊端，设备简单、操作方便、成本低廉、工作效率高，可以应用于大规模地开采海洋天然水合物。
文档编号E21C50/00GK1587641SQ20041005154
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者冯自平, 郝永卯, 黄冲, 肖睿 申请人:中国科学院广州能源研究所