[发明专利]一种绞吸式水合物开采装置及开采方法

说明书

技术领域

本发明涉及水合物开采装置及开采方法，尤其涉及一种绞吸式水合物开采装置及开采方法。

背景技术

天然气水合物是天然气和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物，是21世纪具有很大开采潜力的新型非常规能源。水合物沉积物广泛分布于陆地冻土环境与海洋、湖泊等深水地层环境。我国在南海北部陆坡取得了水合物沉积物样品，分析证实样品是由水合物、粉砂质粘土、气、水等多相组成的混合物。

目前，国际上提出的水合物开采方式有降压法、注热法、置换法、抑制剂法、固体挖掘法等。降压法、注热法、置换法、抑制剂法等过程中，主要是通过升温或降压扰动使土/岩石沉积物中的水合物分解相变原理来生产气体，然后经过井筒输送并收集天然气的过程，由于水合物地层传热效率低，水合物沿井筒的分解范围有限，因此很大程度上限制了开采效率。固体法需要通过机械挖掘的方式将水合物地层挖掘并粉碎成小颗粒，然后在下部分解后或者通过管道输送到开采平台上进行采集气体的过程，但更适合沉积物骨架强度较高、密实度较好的水合物地层。进一步，从全球尤其是我国南海水合物地层勘探结果来看，软粘土质沉积物中水合物的储量最大。对于粘土质沉积物，采用以上几种水合物开采方式并不适合。

发明内容

本发明针对现有技术的水合物开采的不同要求，提出一种绞吸式水合物开采装置及开采方法，以解决软土沉积物中大储量水合物开采难的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种绞吸式水合物开采装置，包括：绞碎装置、软管、活塞式推进装置、吸力装置、输水管道、注海水系统和开采平台，其中，

所述绞碎装置与软管相连，用于沿预设的倾斜度从竖直井筒向水合物地层绞碎掘进，以及，绞碎软管与其连接端部的水合物沉积物；

所述吸力装置位于竖直井筒中，用于提供吸力，使得气体、液体和水合物沉积物流动到软管内；

所述注海水系统位于开采平台上，与输水管道相连，用于海平面较高温度的海水注入到输水管道中；

所述输水管道与活塞式推进装置相连，用于将所注入的海水通过所述活塞式推进装置输送至软管中；

所述活塞式推进装置与软管相连，包括过滤网和推进回填机械传动部分，所述过滤网用于仅允许气体和液体进入竖直井筒；所述推进回填机械传动部分用于将软管中的沉积物推送至软管末端，使沉积物回填至绞碎区域；

所述软管，用于海水与水合物沉积物掺混；

所述开采平台位于竖直井筒上方，用于收集进入竖直井筒的气体，以及控制绞碎装置、活塞式推进装置、吸力装置、注海水系统等。

优选地，上述开采装置还具有以下特点：

所述软管的直径为10-40cm。

优选地，上述开采装置还具有以下特点：

所述吸力装置进一步用于利用气体膨胀做功转化为提供吸力的能量。

优选地，上述开采装置还具有以下特点：

所述较高温度的海水为：25℃左右的表层海水。

为了解决上述问题，本发明提供一种绞吸式水合物开采装置进行开采的方法，包括：

（1）绞碎装置沿着预设的倾斜度从竖直井筒向水合物地层绞碎掘进，并将软管带入，然后继续将软管端部的水合物沉积物绞碎；

（2）吸力装置提供吸力吸收下部井管和软管中的气液，使得水合物沉积物、气体、液体的混合物吸收到软管中，由于软管的倾斜，只有小部分沉积物颗粒进入到软管；

（3）注海水系统将海平面较高温度的海水通过输水管道注入到软管中，在软管中，加速水合物的分解以及液体、气体与沉积物的分离；

（4）液体和水合物分解后的气体通过活塞式推进装置的过滤网进入到竖直井筒中，利用推进回填机械传动部分将沉积物向前推进，使多余的沉积物回填至绞碎区域。

优选地，所述方法还包括：

气体到达竖直井筒的吸力装置处时，所述吸力装置利用气体膨胀做功转化为提供吸力的能量，为进一步开采提供足够的吸力能。

优选地，所述方法还包括：

所述步骤（4）执行之后，开采平台根据接收的绞碎装置的推进参数、采气参数、海水注入参数，向绞碎装置、活塞式推进装置、吸力装置和注海水系统发送指令，使得开采向下一步进展，重复执行步骤（1）～（4）。