本发明涉及海洋油气资源开采技术领域，具体为一种深海可燃冰的开采及安全储运技术。
背景技术：
可燃冰即天然气水合物，它是甲烷气体与水在高压低温的特殊条件下形成的类冰状结晶体，遇火即可燃烧，每立方不同密度的可燃冰在常温常压下能产生160-180多倍体积的天然气及0.8立方的水，且燃烧后只剩水和少量二氧化碳，几乎不会产生任何残渣，全球矿藏储量巨大，多分布于深海海底岩层和永久冻土地带，可燃冰作为一种清洁的绿色未来能源有着诸多的优良特性，给人类带来了新的能源前景。由于自然界中的可燃冰多为固体状态，它不可能像开采石油、天然气一样的自己喷流而出，又不能像煤矿采煤那样直接将固态水合物挖掘出来，所以获取非常困难。为了能够得到这种清洁的优质能源，人们提出了使用降压法、热解法、置换法、化学药剂注入法等分解方法，去改变海底可燃冰的相态，使其成为流体之后，再用像以往抽取石油、天然气一样的常规方式去开采的方案，然而这样仅在理论上以及不计成本的试验性开采时勉强可行，但在复杂的深海环境下作业却困难重重；要想得到固态可燃冰，只有原位分解后再合成的方法才具有可行性，但实现量产更加困难；以往提出的热解法，由于常见的热源成本高、不经济，因而不具备推广前景。目前被广泛看好的是抽水降压分解法，它是通过抽水来降低储层压力使水合物分解的，以往的试开采都是采用潜水泵由井口将储层内的流体，通过井筒管路抽吸至开采平台再分离出天然气的，这种开采方法的缺点是不可避免地都会发生大量出砂现象，流体中天然气的占比较小，泥沙一部分随流体抽至平台，一部分则会在井筒内沉积或由于温、压变化使已分解的甲烷气体，重新在井筒内形成水合物堵塞管路，流体中的泥沙也会对设备造成磨损，导致工作效率及使用寿命降低，若正在运转的潜水泵突然停车或减速，都会导致回流的泥沙严重沉积而堵塞管路，造成不可逆转的损失；就目前而言，无论使用哪一种分解方法开采，都存在着实施成本投入过高，水合物分解的速度不可控制，提高产量难度大等技术难题。在储运方面，由于开采平台远离陆地，若采用管道方式输送得到的天然气，需长距离铺设输气管道，相关设施在高盐的海洋环境中极易腐蚀，且复杂的海底洋流使之容易损毁；如将天然气液化储运，液化过程需要在开采平台上完成，需要配置相应的大型压缩设备及大量的存储设施，且液化、净化等工艺繁杂，会耗费大量人力物力，并且整个作业区域易燃易爆极不安全；可燃冰的固态储运在安全等方面，虽然有着诸多的优点，但在常温常压下的天然气水合物，很难长时间维持它的固体形态，因此无论是以液态、固态或气态形式，在开采及储运方面都还存在着相当多的技术难题；甲烷的温室效应是二氧化碳的二十几倍，若开采不当大量的甲烷气体逃逸到大气中去，更会给环境造成无法估量的不良后果，至今国内外尚无任何一种安全、环保、高效的，用于深海可燃冰量产及安全储运的可靠方案。
技术实现要素：
为了解决在复杂的深海环境下，可燃冰的开采难度及操控难度巨大，实施成本投入过高以及在安全储运方面存在的种种技术难题，本发明提出一种深海可燃冰的开采及安全储运技术：在海底开采区域上方设置巨大的水下收集装置及成型装置，深海矿层中的水合物被分解后，大量的甲烷气体以气泡形式源源不断的随流体喷涌而出，所述水下收集装置所收集到的甲烷气体与水重新结合形成水合物，再由所述的成型装置包装成型，从而在海底原位得到大量纯净的、规格一致的固态可燃冰成品，再将这种固态可燃冰成品装入储运专用的外包装中，进而实现安全储运的目的。
所述收集装置是处于海底开采区域上方设置的巨型水下集气罩(口袋)，它由合适材料特制而成，为防止集气罩在复杂的海底洋流环境下像水母一样随波逐流发生位移，在所述水下集气罩的合适位置设置系泊定位装置、动力定位装置、洋流发电装置及各类传感器；系统由特定的算法智能控制，确保各装置正常运行，由有效方法分解出的大量甲烷气体(泡)在上升过程中会被所述集气罩收集，并且由于处在海底原位的低温高压环境，所收集的甲烷气泡会快速的重新结合成为洁净的水合物。由于原位合成的天然气水合物密度较低，形状也不规则，不方便储运，因而在所述集气罩内设置搅拌机构、刮板机构及特殊成型包装装置，由刮板机构，将松散的水合物推送至巨型螺旋压缩成型包装装置成型，并密封于合适的柔性材料包装中，从而得到规格统一的高密度纯净的可燃冰。所述密封的可燃冰包装物处在海底高压环境下形态会相对稳定，若在常压环境中，则会因减压及升温使包装物内可燃冰分解出气体，导致密封的包装物无限度的膨胀，所以为防止其在储运过程中发生胀裂造成意外，特为每个所述密封包装物再增加一个储运专用的(由合适的轻质材料特制而成的)外包装(笼)，用以对所述密封包装物加以束缚，以维持包装内应有的压力，保证可燃冰长时间呈固体形态，满足其在低压高温环境下的水陆运输的安全要求；所述储运专用的外包装(笼)是由a与b两部分壳体组成，壳体合适位置设有对接卡扣，使用时可像豆荚中包着豆粒一样的将壳体合起，组合成为一个供储运专用的外包装(笼)；为节省空间且方便运输及向深海作业区域运送，待用的壳体可像餐盘一样紧密摞在一起；在水下由于压力原因，摞在一起的外包装壳体不易分开，因此壳体设有若干孔洞，使个体间压力一致，便于将摞在一起的壳体分解开来使用；所述壳体设有牢固的起重吊耳，便于所述储运专用的包装(笼)满载着水合物，源源不断的经由水下缆车系统拖升至开采平台。所述开采平台为伺服及控制区域，设置有中控室以及其他必要设施，通过海底线缆输送电力及双向光电信号，操控水上、水下智能设备运行，并使用水中缆车向海底设备运送所需物料及向平台运回可燃冰成品，水陆运输任务可由特制的专用运载工具完成。
本发明提出的水合物可控的分解方法有几种：
1、环境减压开采方法，是由围挡将一个或多个井口、冷泉围成一个独立区域，在围挡上设置一个或多个大流量的排水装置，用来抽排围挡内的海水，通过调节围挡内的海水抽排流量、流速，使所排出去的速度快，而补充进来的速度慢，进而使围挡内井口区域的水压降低到某一个值，原本在高压环境下的水合物矿层由于环境压力的降低，而快速分解，甲烷气体以气泡形式随流体由井口、冷泉泉眼大量喷出，快速上浮的甲烷气泡被围挡上方所设置的水下集气罩(口袋)收集；通过调节抽排水的速度，动态的为这个区域创造所需的低压，从而实现对矿层内水合物分解速度的控制。
2、射流减压开采方法，适合于单一井口开采，通过连接在井口的、特制的高压水射流装置为井内矿层减压，此种方法不同于以往试开采时使用潜水泵将井内流体抽至平台的抽水减压法，而是通过特殊的大流量、高速射流泵在工作时所形成的强大的负压来抽吸井内流体，并在井口区域高速喷出，流体中的泥沙及杂质在被喷出后会自然下沉，只有大量的甲烷气泡及低比重的淡水自然上升，由井口上方的水下集气罩(口袋)收集，水合物分解的速度是通过动态调节射流泵的功率来完成的。
3、加热分解法，利用乏燃料(核废料)的半衰期长，持续发热的特点，使用屏蔽核辐射的容器盛装乏燃料，做为海底矿层分解水合物的热源，分解出的甲烷气体(泡)由井口上方设置的水下集气罩(口袋)收集。水合物的加热分解控制，只需调整乏燃料热源与矿层距离即可完成。
具体实施方式
本发明深海可燃冰的开采及安全储运技术，具体实施方式如下：
开采平台为伺服及控制区域，设置有中控室以及其他必要设施，平台通过海底线缆连接，输送电力及双向光电信号，操控水上、水下智能设备运行，在海底设置特殊的收集及成型装置以及相关设施，并设置水中缆车系统向海底设备运送所需物料及向平台运回可燃冰成品。
所述收集装置是处于海底开采区域上方设置的巨型水下集气罩(口袋)，它由合适材料特制而成，为防止集气罩在复杂的海底洋流环境下像水母一样随波逐流发生位移，在所述水下集气罩的合适位置设置系泊定位装置、动力定位装置、洋流发电装置及各类传感器；系统由特定的算法智能控制，确保各装置正常运行，由有效方法分解出的大量甲烷气体(泡)在上升过程中会被所述集气罩收集，并且由于处在海底原位的低温高压环境，所收集的甲烷气泡会快速的重新结合成为洁净的水合物。由于原位合成的天然气水合物密度较低，形状也不规则，不方便储运，因而在所述集气罩内设置搅拌机构、刮板机构及特殊成型包装装置，由刮板机构，将松散的水合物推送至巨型(尽可能大的)螺旋压缩成型包装装置(类似于香肠灌注)成型，并密封于合适的柔性材料(肠衣)包装中(形似一个巨大的香肠)，从而得到规格统一的高密度纯净的可燃冰。所述密封的可燃冰包装物处在海底高压环境下形态会相对稳定，若在常压环境中，则会因减压及升温使包装物内可燃冰分解出气体，导致密封的包装物无限度的膨胀，所以为防止其在储运过程中发生胀裂造成意外，特为每个所述密封包装物再增加一个储运专用的(由合适的轻质材料特制而成的)外包装(笼)，用以对所述密封包装物加以束缚，以维持包装内应有的压力，保证可燃冰长时间呈固体形态，满足其在低压高温环境下的水陆运输的安全要求；所述储运专用的外包装(笼)是由a与b两部分壳体组成，壳体合适位置设有对接卡扣，使用时可像豆荚中包着豆粒一样的将壳体合起，组合成为一个供储运专用的外包装(笼)；为节省空间且方便运输及向深海作业区域运送，待用的壳体可像餐盘一样紧密摞在一起；在水下由于压力原因，摞在一起的外包装壳体不易分开，因此壳体设有若干孔洞，使个体间压力一致，便于将摞在一起的壳体分解开来使用；所述壳体设有牢固的起重吊耳，便于所述储运专用的包装(笼)满载着水合物，源源不断的经由水下缆车系统拖升至开采平台，再装船运送至陆地，水陆运输任务由专用的运载工具完成。
本发明提出的水合物可控的分解方法有几种：
1、环境减压开采方法，是由围挡将一个或多个井口、冷泉围成一个独立区域，在围挡上设置一个或多个大流量的排水装置(如大船用螺旋桨)，用来抽排围挡内的海水，通过调节围挡内的海水抽排流量、流速，使所排出去的速度快，而补充进来的速度慢，进而使围挡内井口区域的水压降低到某一个值，原本在高压环境下的水合物矿层由于环境压力的降低，而快速分解，甲烷气体以气泡形式随流体由井口、冷泉泉眼大量喷出，快速上浮的甲烷气泡被围挡上方所设置的水下集气罩(口袋)收集；通过调节抽排水的速度，动态的为这个区域创造所需的低压，从而实现对矿层内水合物分解速度的控制。
2、射流减压开采方法，适合于单一井口开采，通过连接在井口的、特制的高压水射流装置为井内矿层减压，此种方法不同于以往试开采时使用潜水泵将井内流体抽至平台的抽水减压法，而是通过特殊的大流量、高速射流泵在工作时所形成的强大的负压来抽吸井内流体，并在井口区域高速喷出，流体中的泥沙及杂质在被喷出后会自然下沉，只有大量的甲烷气泡及低比重的淡水自然上升，由井口上方的水下集气罩(口袋)收集，水合物分解的速度是通过动态调节射流泵的功率来完成的。
3、加热分解法，利用乏燃料(核废料)的半衰期长，持续发热的特点，使用屏蔽核辐射的容器盛装乏燃料，做为海底矿层分解水合物的热源，分解出的甲烷气体(泡)由井口上方设置的水下集气罩(口袋)收集。水合物的加热分解控制，只需调整乏燃料热源与矿层距离即可完成。
发明效果
本发明原理简单合理、安全可控、节能高效、经济环保、适用范围广。