专利名称：海底天然气水合物气举开采装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通过从海面向采气管道中注气开采海底天然气水合物的生产装置。
背景技术：
海底天然气水合物的蕴藏量巨大，传统的天然气水合物开采技术主要包括固体开采法、水力提升法、热激发开采法、微波开采法。例如中国专利号为200710168759. O、名称为“一种海底天然气水合物开采方法及装置”公开的固体开采法，用海底软管吸入固体形式的天然气水合物，并通过海底中转站将泥浆输送到海面，然后利用高温海水分解采集到的天然气水合物。水力提升法是使用海底中转泵提升多相混合流动的水合物，然后再用热水分解水合物，该方法需要将电流输入海底驱动中转泵，需要消耗大量能量，且对电缆连接头的绝缘性要求较高，海底设备结构复杂、运转部件多、产液不稳定、设备可靠性低。中国专利申请号为200910235236. 2、名称为“一种海底天然气水合物开采方法”采用热激发开采法，该方法主要的开采对象为海底岩层中的天然气水合物，需要钻两口井，成本高、工艺流程复杂、经济性差，热利用效率低、加热区域小。此外，中国专利申请号为200910194333. I、名称为“一种利用风能供电的天然气水合物微波原位开发系统”介绍了利用风能供电的微波开采方法，利用风力发电机的电流在井下采用微波进行加热，该方法加热区域小，微波穿透率低，设备寿命较短。综上所述，现有的天然气水合物的开采方法和设备均未考虑到天然气水合物储藏丰度低、分布面积广、分布厚度薄的特点，对于如何充分利用自然的能量将海底表面的天然气水合物收集到海面均未加以考虑。开采中需要建设海底中转站、下入微波发生器或钻分支井，工艺流程复杂。
发明内容本实用新型的目的是为克服上述背景技术的不足，基于陆上石油开采中较为成熟的气举技术和天然气的相变理论，提出一种结构简单、流道内活动部件少、天然气水合物采出物相态可调、开采成本低廉、占地面积小、适用于深水的海底天然气水合物气举开采装置。本实用新型采用的技术方案是海面采气平台或船舶上设有天然气的分离与储存系统和注入气体的储存与加压系统，分离与储存系统与采气管道的出口相连接，采气管道通过采气管道入口伸在海底天然气水合物与泥沙混合层中；采气管道的中部经若干个注气阀和注气管道连接储存与加压系统，每个注气管道上端均连接储存与加压系统，下端均通过一个注气阀连接采气管道，注气阀外部是一个壳体，壳体的底部连接阀座，壳体中有将内腔分隔成上下两个腔室的膜片，上腔室中设有弹簧，弹簧下端连接膜片、上端支撑于壳体顶部；下腔室中有一端垂直连接膜片、另一端连接阀球的阀杆，阀球设在阀座上；下腔室连通注气管道，阀座连通采气管道。、[0006]本实用新型的有益效果是I、依靠海水自身的重力位能造成采气管道内外压差而形成的水流开采海底天然气水合物，对注入气体需求量小、运行成本低廉，适合开采散布于海床上的低丰度天然气水合物。2、无需增加井下加热装置或向海床注入热介质，节约能量；海面注入井筒的天然气被完全回收，不对环境造成影响。3、海面下井筒内没有活动部件和电热部件，结构简单、工作状态稳定。4、开采位置的海床深度不受限制，尤其适用于深海开采天然气水合物。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明；图I是本实用新型的组成示意图；图2是图I中采气管道入口 7的结构放大示意图；图3是图I中注气阀5的结构放大示意图；图中1.海面采气平台或船舶；2.分离与储存系统；3.储存与加压系统；4.注气管道；5.注气阀；6.采气管道；7.采气管道入口 ；8.海水；9.海底天然气水合物与泥沙混合层；10.喇叭口 ；11.筛管；12.弹簧；13.注气阀壳体；14.膜片；15.阀球；16.阀座；17.阀杆。
具体实施方式
参见
图1，在海面采气平台或船舶I上安装天然气的分离与储存系统2和注入气体的储存与加压系统3。储存与加压系统3中的气体加压系统可以为离心泵，也可以为其他类型的防爆气体压缩泵。天然气的分离与储存系统2与采气管道6的出口相连接。采气管道6向下伸入海水8下，采气管道6的下口是采气管道入口 7，采气管道6通过采气管道入口 7伸在海底天然气水合物与泥沙混合层9中。采气管道6是海底天然气水合物、水及泥沙混合物流动到海面的通道，有若干根金属或非金属或复合管道通过接箍连接而成，也可使用连续油管。采气管道6可从海面采气平台或船舶I上按任意指定方位向海床下入一定长度，根据平台或船舶对海底天然气水合物开采的范围要求，在强度允许的条件下，采气管道6可以任意长，并可以有一部分平躺于海底。采气管道6中可安装井下节流阀等流量控制装置。在采气管道6中部的任意位置，根据开采工艺的需要安装若干个注气管道4和注气阀5。采气管道6经注气阀5和注气管道4连接海面采气平台或船舶I上的储存与加压系统3。注气管道4由若干根金属或非金属或复合管道通过接箍连接而成，也可使用连续油管，注气管道4上端连接储存与加压系统3，下端通过注气阀5与采气管道6相连，是海面注入气体的通道。参见图2，采气管道入口 7通过螺纹与采气管道6相连接，采气管道入口 7可以根据需要采用喇叭口 10与筛管11连接组成的结构，采气管道入口 7的前端是喇叭口 10，可增加过流断面的面积，采气管道入口 7的后端是封闭的筛管11，筛管11与喇叭口 10可通过螺纹形式连接。在筛管11边壁上开有若干孔眼，目的是过滤掉水草和各种尺寸较大的海底杂物。筛管11的外径与采气管道5的接箍内径相匹配。参见图3，注气阀5分别通过两端的螺纹与注气管道4和采气管道6相连接。注气阀5外部是一个壳体13，壳体13的底部连接阀座16，壳体13内腔中有弹簧12、膜片14、阀球15和阀杆17。膜片14将整个壳体13内腔分隔成上下两个腔室，在上腔室中安装弹簧12，弹簧12的下端连接膜片14，弹簧12的上端支撑在壳体13顶部。在壳体13的下腔室中，阀杆17 —端垂直连接膜片14，另一端连接阀球15，阀球15安装在阀座16上。注气管道4连通壳体13的下腔室，使注气管道4中的气体作用于膜片14，阀座16与采气管道6连通，使采气管道6中的液体作用于阀球15。当注气管道4中的气体作用在膜片14上的力和采气管道6中的液体作用在阀球15上的合力大于弹簧12的弹力时，膜片14在壳体13内腔中向上移动，阀杆17带动阀球15离开阀座16，此时，注气管道4与采气管道6连通，气体即可进入采气管道6。当气体进入采气管道6后，随着采气管道6压力的降低，采气管道6中流体作用在阀球15上的力下降，当该力与注气管道4中气体作用在膜片14上的合力小于弹簧12的弹力时，注气阀5自动关闭。 开采海底天然气水合物时，从海面向注气管道4中注入天然气、氮气或二氧化碳等气体，经注气阀5后进入采气管道6，降低采气管道6中流体的密度，通过降低采气管道6中从入口到海面的液柱的重位压差，从而减小入口处压力，利用管外、管内压力差在采气管道入口 7处形成吸入水流，吸入海床上的天然气水合物颗粒。具体是海面采气平台或船舶I上安装的注入气体的储存与加压系统3从注气管道4注入气体。当注气阀5中注入的气体和液体的总压力大于注气阀3中膜片14处所受弹簧12的压力时，阀杆17带动阀球15离开阀座16，注气管道4中的注入气体经过注气阀5向充满海水的采气管道6中注入，使采气管道6中混合液体的密度变小，在采气管道6外面的海水8的压力作用下，海底天然气水合物与泥沙混合物9从采气管道入口 7连续进入采气管道6中并流动到海面天然气的分离与储存系统2中，实现海底天然气水合物的连续开采。开采出的部分天然气外输，另一部分天然气注入采气管道6循环使用，分离出的泥沙返排海底。根据开采目的和后续工艺的要求，可通过调节注入注气管道4的气体流量及注气阀5位置调整采气管道6内的平均压力，从而调整天然气水合物产量和在井筒内的相态。注入阀5的位置、数量以有气体的注入量和压力可以根据海水深度设计优化。采气管道入口 7的位置可以通过海面采气平台或船舶的运动进行开采位置的任意调节，并可通过海面平台或船舶的旋转装置调整开采的径向方位，便于开采尽可能多的海底面积。
权利要求1.一种海底天然气水合物气举开采装置，海面采气平台或船舶(I)上设有天然气的分尚与储存系统(2)和注入气体的储存与加压系统(3),其特征是分尚与储存系统(2)与米气管道(6)的出口相连接，采气管道(6)通过采气管道入口( 7)伸在海底天然气水合物与泥沙混合层(9)中；采气管道(6)的中部经若干个注气阀(5)和注气管道(4)连接储存与加压系统(3)，每个注气管道(4)上端均连接储存与加压系统(3)，下端均通过一个注气阀(5)连接采气管道(6)，所述注气阀(5)外部是一个壳体(13)，壳体(13)的底部连接阀座(16)，壳体(13)中有将内腔分隔成上下两个腔室的膜片(14)，上腔室中设有弹簧(12)，弹簧(12)下端连接膜片(14)、上端支撑于壳体 (13)顶部；下腔室中有一端垂直连接膜片(14)、另一端连接阀球(15)的阀杆(17)，阀球(15)设在阀座(16)上；下腔室连通注气管道(4)，阀座(16)连通采气管道(6)。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征是所述采气管道入口(7)由前端的喇叭口(10)与后端的筛管(11)连接组成，筛管(11)边壁上开有若干个孔。
专利摘要本实用新型公开一种海底天然气水合物气举开采装置，从海面向注气管道中注入气体，使注入气体作用在膜片上的力和采气管道中的液体作用在阀球上的合力大于弹簧的弹力，阀杆带动阀球离开阀座，注入气体向采气管道中注入，降低采气管道中液体的密度；采气管道利用管外和管内的压力差在采气管道入口处形成吸入水流，吸入海底天然气水合物与泥沙混合层中的天然气水合物颗粒并流动到海面采气平台或船舶上的分离与储存系统中，实现海底天然气水合物的连续开采，对注入气体需求量小，运行成本低廉，适合开采散布于海床上的低丰度天然气水合物，不对环境造成影响。结构简单，工作状态稳定。
文档编号E21B43/01GK202370492SQ20112050368
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者于晓玲, 何岩峰, 吴艳华, 李涛 申请人:常州大学