海底天然气水合物开采与储运方法及装置.pdf

本发明提供了一种天然气水合物开采与储运方法及装置，包括多相混输管道1、破碎和分离系统2、冷冻和成型系统3、水合物储运船4等，所述破碎和分离系统2分别连接多相混输技术管道1与冷冻和成型系统3，所述冷冻和成型系统3输出至水合物储运船4。所述破碎和分离系统2还连接有平台能量供应系统5，所述平台能量供应系统5设置有发电装置6，并与破碎和分离系统2共同通过另一个水合物生成系统7连接到冷冻和成型系统3。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。

1、  一种海底天然气水合物开采与储运方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将水合物以固体形态输送到海底平面，进行初步的泥沙分离；
(2)采用多相混输技术将水合物-泥沙-水-气体的混合物输送到海上平台；
(3)输送到海上平台的水-水合物-泥沙-天然气的混合物经过破碎后将分离出来的泥沙排入海中，而天然气水合物则进入冷冻和成型系统挤压成型；
(4)挤压成型后的水合物装入储运船，采用固体形态输送到海岸。

2、  如权利要求1所述的海底天然气水合物开采与储运方法，其特征在于还包括以下步骤：将步骤(3)中已分解的天然气中一部分进入发动机用于发电，供海上平台使用，而其余的天然气则进入水合物生成系统，在此生成系统中合成天然气水合物，与已直接分离出来的水合物相混合，进入冷冻和成型系统挤压成型。

3、  如权利要求1所述的海底天然气水合物开采与储运方法，其特征在于：所述步骤(2)中的多相混输技术采用三相混输管道。

4、  如权利要求1或3所述的海底天然气水合物开采与储运方法，其特征在于：在多相混输管道入口水的体积百分比控制在25-35％。

5、  如权利要求1或3所述的海底天然气水合物开采与储运方法，其特征在于：所述多相混输管道由主管道和副管道组成，在所述多相混输管道上间断设置有储气环，由副管道把气体输送上海上平台。

6、  如权利要求1或2所述的海底天然气水合物开采与储运方法，其特征在于：在冷冻和成型系统中把疏松的、分散的天气水合物冷冻到-10℃以下，加压2Mpa压缩成致密的成型固体。

7、  一种海底天然气水合物开采与储运装置，其特征在于包括多相混输管道(1)、破碎和分离系统(2)、冷冻和成型系统(3)、水合物储运船(4)，所述破碎和分离系统(2)分别连接多相混输技术管道(1)与冷冻和成型系统(3)，所述冷冻和成型系统(3)输出至水合物储运船(4)；所述破碎和分离系统(2)还连接有平台能量供应系统(5)，所述平台能量供应系统(5)设置有发电装置(6)，并与破碎和分离系统(2)共同通过水合物生成系统(7)连接到冷冻和成型系统(3)。

8、  如权利要求7所述的海底天然气水合物开采与储运装置，其特征在于：所述多相混输管道(1)为三相混输管道。

9、  如权利要求7或8所述的海底天然气水合物开采与储运装置，其特征在于：所述多相混输管道(1)由主管道(8)和副管道(9)组成，在所述多相混输管道(1)上间断设置有储气环(10)，两个储气环(10)之间由副管道(9)相连接。

10、  如权利要求7所述的海底天然气水合物开采与储运装置，其特征在于：所述破碎和分离系统(2)包括破碎装置(20)和分离装置(14)，从多相混输管道(1)来的水合物-泥沙-水-气体的混合物首先进入破碎装置(20)，从破碎装置(20)出来经过管道(15)进入分离装置(14)。

海底天然气水合物开采与储运方法及装置
【技术领域】
本发明涉及天然气开采技术，尤其是一种海底储存的天然气水合物的开采与储运方法及装置。
【技术背景】
天然气体水合物主要蕴藏在海底，是天然气在低温高压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，其开采方法与常规能源(如煤炭、石油、天然气等)的开发不同。比如，煤炭在矿井下是固体，由于其储藏深度小，所以可以直接采用固态开采，也就是说，开采后仍是固体；石油储藏深度大，但由于石油在地下是流体，因此可以以液态形式开采，开采后仍是流体。与煤炭、石油不同，天然气水合物在海洋底部虽然以固体形态埋藏，开采技术与现有的煤炭和石油的均不同。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：气态开采和固态开采。
气态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和压力条件，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。
固态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或海面上来进行分解开采。有人提出如下方法：在深海使天然气水合物颗粒化，之后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。然而，这种方法的缺点一方面是间歇式生产，另一方面是开采量很小，不适合大规模开采。
鉴于以上原因，本发明在充分考虑气态开采和固态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，为水合物的开采及储运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、高效地大规模开采和储运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技术方案实现的：将水合物以固体形态输送到海底平面，在那里进行初步的泥沙分离，然后，采用多相混输技术，如三相混输管道等将水合物-泥沙-水-气体的混合物输送到海上平台。从三相混输管道来的水合物-泥沙-水-气体的混合物首先进入破碎装置，将大块的水合物和泥沙破碎成小的颗粒，以有利于泥沙的分离。之后，混合物进入泥沙分离装置，将分离出来的泥沙排入海中，而天然气水合物则进入冷冻和成型系统。已分解的天然气中一部分进入发动机用于发电，供平台使用，而其余的天然气则进入水合物生成系统，在此生成系统中合成天然气水合物，与前面直接生产出来的天然气水合物相混合，进入冷冻和成型装置，将水合物挤压成型后装入水合物储运船，采用固体形态输送到海岸。
本发明所采用的天然气水合物开采与储运装置，包括多相混输管道1、破碎和分离系统2、冷冻和成型系统3、水合物储运船4等，所述破碎和分离系统2分别连接多相混输技术管道1与冷冻和成型系统3，所述冷冻和成型系统3输出至水合物储运船4。所述破碎和分离系统2还连接有平台能量供应系统5，所述平台能量供应系统5设置有发电装置6，并与破碎和分离系统2共同通过水合物生成系统7连接到冷冻和成型系统3。
对本发明内容进一步说明如下：
多相混输技术：关键根据水合物和泥沙的量，控制水的混入量，在多相混输管道入口水的体积百分比控制在25-35％，该比例输送单位固体质量耗功最低。多相输送过程中尽可能把气体分离出来，多相混输管由主管道和副管道组成，在多相混输管上可每隔一段距离设置一个储气环把气体收集起来，由副管道把气体输送上海上平台。
破碎与分离系统：破碎后的天气水合物和泥沙混合物切向进入分离装置，搅拌器加速混合物旋转，在重力和离心力共同作用，比重大的泥沙从分离装置底部排入大海。分离后的天气水合物和海水从分离装置中上部排出，过滤掉海水就获得天气水合物。在分离过程产生的天然气从分离装置顶部排出。
冷冻和成型系统：把疏松的、分散的天气水合物冷冻到-10℃以下，加压2Mpa压缩成致密的成型固体，然后装入水合物储运船，保温保压运输。
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。
【附图说明】
图1是本发明装置图及方法的流程简图
图2是本发明实施例多相混输管道结构示意图
图3是本发明实施例破碎和分离系统结构示意图
图4是本发明实施例破碎和分离系统管道29与分离装置28位置示意图
附图标记说明
多相混输管道1、破碎和分离系统2、冷冻和成型系统3、水合物储运船4、平台能量供应系统5、发电装置6、水合物生成系统7、主管道8、副管道9、储气环10、浮力阀11、旁通孔12、水量调节门13、分离装置14、管道15、管道16、除沙管17、气体管道18、搅拌器19、破碎装置20
【具体实施方式】
如图1所示，本发明的装置包括多相混输管道1、破碎和分离系统2、冷冻和成型系统3、水合物储运船4等，所述破碎和分离系统2分别连接多相混输技术管道1与冷冻和成型系统3，所述多相混输技术管道1为三相混输技术管道，以将从海底经过初步的泥沙分离的水合物-泥沙-水-气体的混合物输送到海上平台，并进行破碎和分离。将分离出来的泥沙排入海中，而天然气水合物则进入冷冻和成型系统。所述冷冻和成型系统3将分离出的天然气水合物挤压成型输出至水合物储运船4。此外，所述破碎和分离系统2还连接有平台能量供应系统5，所述平台能量供应系统5设置有发电装置6，使用破碎和分离系统2中已分解的天然气中一部分进入发电装置6用于发电，并与破碎和分离系统共同通过另一个水合物生成系统7连接到冷冻和成型系统3，以将其余的天然气则进入水合物生成系统7，在此生成系统中合成天然气水合物，与前面直接生产出来地水合物相混合，进入冷冻和成型装置3，然后装入水合物储运船4，保温保压运输。
所述冷冻和成型系统3把疏松的、分散的天气水合物冷冻到-10℃以下，加压2Mpa压缩成致密的成型固体。
如图2所示，多相混输管道1需要控制管道内的海水量和气量。多相混输管道1由主管道8、副管道9、储气环10构成。在主管道8入口侧设置水量调节门13，通过调节它的开度大小，使入口处水的体积百分比控制在25-35％。在主管道8上每隔50米设置一个储气环10，主管道8的气体通过旁通孔12进入储气环10，两个储气环10之间由副管道9相连接，副管道9下端口在储气环10内上侧，在副管道9下端口正下方安装浮力阀11，当进入储气环10水量过多，浮力阀11上升堵住副管道9下端口，防止海水进入副管道9，当储气环10气量增加，水面下降，浮力阀11下降，副管道9重新开通；副管道9上端口进入上一个储气环10内上侧。水合物-泥沙-水-气体的混合物在主管道8输送的过程中分解出来的气体就可以排出主管道8，提高输送效率。
如图3所示，破碎和分离系统包括破碎装置20和分离装置14。三相混输管道来的水合物-泥沙-水-气体的混合物首先进入破碎装置20，从破碎装置20出来经过管道15进入分离装置14，管道15与分离装置14壁面呈切线方向(如图4所示)。分离装置14中心设置搅拌器19，经搅拌器19加速混合物旋转，在重力和离心力共同作用，比重大的泥沙从分离装置14除沙管17排入大海。分离后的天气水合物和海水从分离装置14中上部的管道16排出，过滤掉海水就获得天气水合物。在分离过程产生的天然气从分离装置14气体管道18顶部排出。