[发明专利]一种利用超声波开采海底表层天然气水合物的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于天然气开采领域的利用超声波开采海底表层天然气水合物的方法及装置。

背景技术

天然气水合物是天然气(主要成分甲烷)和水在高压低温环境下形成的类冰固体化合物。全球天然气水合物资源丰富，并且是清洁、优质的能源，在未来的能源战略中占有重要的地位。技术统计显示可满足人类1000年的需求，是未来极具开发潜力的不可再生能源。它将是21世纪人类最重要的能源。成功的开采天然气水合物可以有效的解决未来世界的能源短缺问题。

天然气水合物是一种亚稳态矿物，以固态的形式存在于特定的温压条件下。在开采过程中容易破坏其水合物的相平衡，因此目前许多开采方法都是通过改变其形成的物理化学性质使其分解，从而实现天然气水合物的开采。如热刺激法，减压法，化学试剂法，二氧化碳置换法。这些开采方式适合于通过钻井，然后在井筒内实现开采。

但是这些方法在开采的过程中都有自身的缺点，如开采效率不高、大多面临着仪器设备复杂、试剂价格昂贵、耗能量多等问题。并且以上几种方法只适合于水合物上层具有良好的不可分解的覆盖层的矿藏，否则都不可行。而海底的部分天然气水合物形成于海底表层，以上几种方法都不适合于海底表层的天然气水合物开采。

发明内容

本发明的目的针对天然气水合物开采现有技术的不足，为了提高开采效率、降低开采成本、减少能耗，特提供一种利用超声波开采海底表层天然气水合物的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：一种利用超声波开采海底表层天然气水合物的方法，包括以下步骤：

1)将工作船上的供电装置开关打开，电能通过电缆线输入超声波发生器，超声波发生器发出的超声波经过换能器、超声聚能器、破碎头传输到海底表层，超声波带动破碎头振动与天然气水合物相作用，将海底表层天然气水合物破碎成颗粒浆；

2)开动工作船上的抽浆泵，将天然气水合物颗粒浆通过破碎头上的吸孔吸入，流经软管C、调整臂、管柱的内腔，抽吸到工作船上的天然气水合物分解设备中；

3)启动天然气水合物分解设备，天然气水合物发生分解，将分离出的天然气收集、干燥与用户端联接，将分离出的水、砂石直接排入海底回填。

在步骤1)中管柱与破碎头间安装有调整臂，使破碎头能适应在海底高低不平的地势，有效破碎海底表层天然气水合物。破碎的天然气水合物在超声波的作用下还会产生空化作用，能提高其开采效率；

在步骤2)中吸孔位于破碎头与海底表层天然气水合物接触面上，天然气水合物浆进入吸孔后到破碎头内腔，再依次进入软管C、调整臂内腔、管柱内腔，最终达到工作船上的天然气水合物分解设备中。

在步骤3)中天然气水合物分解设备内部安装有液气分离部件、天然气干燥清洁部件等。

一种利用超声波开采海底表层天然气水合物方法的装置，是由海上工作船部分和海底开采部分组成。海上工作船的平台上设置有抽浆泵，抽浆泵进口用软管与管柱连接，抽浆泵出口与天然气水合物分解设备之间用软管A连接；海上工作船的平台另一端安装供电装置，供电装置用包裹电缆线软管包裹的电缆线与海底开采部分的超声波发生器相连接；海底开采部分：管柱与调整臂间用万向节连接，万向节的外部用软管B包裹并且密封；调整臂与液压动臂用螺柱B连接；液压动臂与超声波发生器间用螺柱C连接；超声波发生器与换能器间用螺柱D连接；换能器与超声聚能器间用螺柱E连接；超声聚能器与破碎头之间用螺柱A连接；破碎头与调整臂之间还用单独的软管C相连接；在破碎头与海底表层天然气水合物接触的面上布满了破碎齿和吸孔。

所述万向节保证传递到调整臂的力不受海底高低不平而改变，保证调整臂处于平稳的工作状态。

所述的液压动臂是调整破碎头与天然气水合物的接触力，使其达到最大开采效率和实现连续开采。

所述的调整臂上半部分为空心，下半部分为实心的圆形构件；破碎头的上半部分为实心，下半部分为空心的圆柱形与圆盘形的组合构件；破碎头圆盘形部分与海底表层天然气水合物接触面上的破碎齿与吸孔分布在同一个圆上并且交错排列；破碎齿为圆形齿。

本发明具有以下优点：(1)本发明的开采方法原理简单、实用，能方便实现海底表层天然气水合物的连续开采；(2)本开采方法用于海底开采方便传输动力；(3)本开采方法的开采装置结构简单，能耗少，易于实施。

附图说明

图1为本发明海底表层天然气水合物开采装置的结构示意图；

图2为本开采装置中万向节以下部分正视图；