[發明專利]利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的裝置及方法

無效

• 申請號: 201010135520.5
• 申請日: 2010-03-29
• 公開（公告）號: CN101806206A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 李家春;張珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: E21B43/241
• 分類號: E21B43/241
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采領域，尤其是一種利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的裝置及方法。

背景技術

已探明我國南海地區賦存天然氣水合物資源，初步預測，我國南海地區天然氣水合物遠景資源量可達上百億噸油當量。如何開采我國南海地區的水合物資源成為一個關鍵的問題。開采水合物的方法有減壓法、加熱法和注化學劑法。天然氣水合物的分解過程是一個吸熱過程，分解熱大約是10⁴J/mol。如果要進行大量的水合物藏的開采，則需要巨大的熱能。減壓法是利用地層自身的能量來分解水合物，因此很難滿足水合物分解所需的大量熱量，而注化學劑法使水合物分解的能量來源則是個難題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種效率高、能源獲取方便的利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的裝置，本發明的進一步目的是提供一種利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的方法。

為實現上述目的，本發明利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的方法，具體為：通過循環水管將海面表層高溫海水導入到海底的水合物層中，利用水管管壁將高溫海水的熱量散熱到水合物層內，以使水合物溫度升高并分解。

進一步，所述循環水管的進口端從海面表層注入高溫海水，出口端將散熱后的海水排出到海面。

一種實施權利要求1所述方法的利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的裝置，包括下水管、散熱管和出水管，散熱管鋪設在海底的水合物層中，散熱管的兩端分別與下水管、出水管相接通，通過水泵向下水管中注入海面表層高溫海水，高溫海水流經散熱管，并將其熱量通過散熱管向水合物層散熱，以使水合物分解，散熱后的海水經由出水管排出。

進一步，所述散熱管為直管或波浪型彎曲管結構。

進一步，所述下水管的外壁上設置有保溫層。

進一步，所述下水管、散熱管和出水管為管徑為400mm的鋼管。

本發明通過在海底鋪設管道，用水泵將表層的熱海水注入到管道中，通過注入海水與海底周圍環境存在溫差和熱交換，使水合物吸收熱量，分解氣體，實現高效開采。本發明充分利用現成的便利資源，能經濟、高效地實現海底天然氣水合物的開采，可望得到廣泛應用，具有較好的市場前景。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構示意圖；

圖2為海底用散熱管波浪型彎曲布置示意圖；

圖3為直徑為400mm時不同流速下的水頭損失曲線圖；

圖4為流速為1m/s時不同管徑下的水頭損失曲線圖；

圖5為管道溫降曲線示意圖；

圖6為不同管徑下的沿線溫降曲線圖；

圖7為不同傳熱系數下的沿線溫降曲線圖；

圖8為不同注入速度下的沿線溫降曲線圖；

圖9為半無限空間內水合物分解示意圖；

圖10為單臺DZS?350×470×2型離心泵的水頭損失曲線圖；

圖11為單臺DZS?350×470×2型離心泵的溫降曲線曲線圖；

圖12為水合物分解前沿的移動速率曲線圖；

圖13為水合物分解前沿隨時間的變化曲線圖；

圖14為水合物儲層溫度場隨時間的變化曲線圖；

圖15為單位面積上的產氣量隨時間的變化曲線圖；

圖16為1平方公里面積上的產氣量隨時間的變化曲線圖；

圖17為水合物開采的熱效率曲線圖。

具體實施方式

天然氣水合物的分解過程是一個吸熱過程，分解熱大約是40～60KJ/mol。對于熱帶海洋地區，由于太陽照射，海水表面溫度較高，海水中儲備有巨大的熱能。

本發明利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的裝置及方法，適用于廣泛的熱帶海洋區域，本實施例中僅以我國南海地區海洋為例。我國南海地區地處熱帶，由于太陽照射，海水表面溫度較高，在靠近海表面的水溫約為25～30℃。雖然海水的熱流密度低，但由于量大，所以其總熱能量是很可觀的。

如圖1所示，本發明利用表層熱海水高效開采天然氣水合物的裝置，包括下水管1、散熱管3和出水管2，散熱管3鋪設在海底的水合物層4中，散熱管3的兩端分別與下水管1、出水管2相接通，通過水泵向下水管中注入海面表層高溫海水6，高溫海水流經散熱管3，并將其熱量通過散熱管3向水合物層4散熱，水合物吸收熱量溫度升高，當溫度升高到高于水合物的相平衡溫度時，水合物開始分解，釋放出甲烷氣體，散熱后的海水經由出水管2排出。散熱管3可為直管，如圖2所示，為了增大散熱面積，散熱管3可為波浪型彎曲管結構。