[發明專利]一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置

有效

• 申請號: 201510325300.1
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104948144B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 鄧嶸;邱順佐;豐波;李向東;李孟華;郭正偉
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于天然氣開采領域的利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置。

背景技術

天然氣水合物是天然氣(主要成分甲烷)和水在高壓低溫環境下形成的類冰固體化合物。全球天然氣水合物資源豐富，并且是清潔、優質的能源，在未來的能源戰略中占有重要的地位。技術統計顯示可滿足人類1000年的需求，是未來極具開發潛力的不可再生能源。它將是21世紀人類最重要的能源。成功的開采天然氣水合物可以有效的解決未來世界的能源短缺問題。

天然氣水合物是一種亞穩態礦物，以固態的形式存在于特定的溫壓條件下。在開采過程中容易破壞其水合物的相平衡，因此目前許多開采方法都是通過改變其形成的物理化學性質使其分解，從而實現天然氣水合物的開采。如熱刺激法，減壓法，化學試劑法，二氧化碳置換法。這些開采方式適合于通過鉆井，然后在井筒內實現開采。

但是這些方法在開采的過程中都有自身的缺點，如開采效率不高、大多面臨著儀器設備復雜、試劑價格昂貴、耗能量多等問題。并且以上幾種方法只適合于水合物上層具有良好的不可分解的覆蓋層的礦藏，否則都不可行。而海底的部分天然氣水合物形成于海底表層，以上幾種方法都不適合于海底表層的天然氣水合物開采。

發明內容

本發明的目的針對天然氣水合物開采現有技術的不足，為了提高開采效率、降低開采成本、減少能耗，特提供一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法及裝置。

為了實現上述目的，本發明采用以下的技術方案：一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物的方法，包括以下步驟：

1)將工作船上的供電裝置開關打開，電能通過電纜線輸入超聲波發生器，超聲波發生器發出的超聲波經過換能器、超聲聚能器、破碎頭傳輸到海底表層，超聲波帶動破碎頭振動與天然氣水合物相作用，將海底表層天然氣水合物破碎成顆粒漿；

2)開動工作船上的抽漿泵，將天然氣水合物顆粒漿通過破碎頭上的吸孔吸入，流經軟管C、調整臂、管柱的內腔，抽吸到工作船上的天然氣水合物分解設備中；

3)啟動天然氣水合物分解設備，天然氣水合物發生分解，將分離出的天然氣收集、干燥與用戶端聯接，將分離出的水、砂石直接排入海底回填。

在步驟1)中管柱與破碎頭間安裝有調整臂，使破碎頭能適應在海底高低不平的地勢，有效破碎海底表層天然氣水合物。破碎的天然氣水合物在超聲波的作用下還會產生空化作用，能提高其開采效率；

在步驟2)中吸孔位于破碎頭與海底表層天然氣水合物接觸面上，天然氣水合物漿進入吸孔后到破碎頭內腔，再依次進入軟管C、調整臂內腔、管柱內腔，最終達到工作船上的天然氣水合物分解設備中。

在步驟3)中天然氣水合物分解設備內部安裝有液氣分離部件、天然氣干燥清潔部件等。

一種利用超聲波開采海底表層天然氣水合物方法的裝置，是由海上工作船部分和海底開采部分組成。海上工作船的平臺上設置有抽漿泵，抽漿泵進口用軟管與管柱連接，抽漿泵出口與天然氣水合物分解設備之間用軟管A連接；海上工作船的平臺另一端安裝供電裝置，供電裝置用包裹電纜線軟管包裹的電纜線與海底開采部分的超聲波發生器相連接；海底開采部分：管柱與調整臂間用萬向節連接，萬向節的外部用軟管B包裹并且密封；調整臂與液壓動臂用螺柱B連接；液壓動臂與超聲波發生器間用螺柱C連接；超聲波發生器與換能器間用螺柱D連接；換能器與超聲聚能器間用螺柱E連接；超聲聚能器與破碎頭之間用螺柱A連接；破碎頭與調整臂之間還用單獨的軟管C相連接；在破碎頭與海底表層天然氣水合物接觸的面上布滿了破碎齒和吸孔。

所述萬向節保證傳遞到調整臂的力不受海底高低不平而改變，保證調整臂處于平穩的工作狀態。

所述的液壓動臂是調整破碎頭與天然氣水合物的接觸力，使其達到最大開采效率和實現連續開采。

所述的調整臂上半部分為空心，下半部分為實心的圓形構件；破碎頭的上半部分為實心，下半部分為空心的圓柱形與圓盤形的組合構件；破碎頭圓盤形部分與海底表層天然氣水合物接觸面上的破碎齒與吸孔分布在同一個圓上并且交錯排列；破碎齒為圓形齒。

本發明具有以下優點：(1)本發明的開采方法原理簡單、實用，能方便實現海底表層天然氣水合物的連續開采；(2)本開采方法用于海底開采方便傳輸動力；(3)本開采方法的開采裝置結構簡單，能耗少，易于實施。

附圖說明

圖1為本發明海底表層天然氣水合物開采裝置的結構示意圖；

圖2為本開采裝置中萬向節以下部分正視圖；