[發明專利]一種海下可燃冰儲層開采方法和裝置

在審

• 申請號: 201710794133.4
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107420074A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 楊曉峰;畢涵喆;周洲;李航宇;張靜遠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 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

本發明涉及海下可燃冰開采領域，具體而言涉及一種海下可燃冰儲層開采方法和裝置。

背景技術

隨著傳統能源的可開采儲量的日益減少，且對環境產生嚴重影響，不符合國家發展的戰略要求。商業開發新型的清潔能源的需求迫在眉睫。可燃冰作為一種甲烷含量高、資源儲量大、燃燒后對環境無污染的新型能源引起了世界各地的廣泛關注。在我國東海和南海海域都有大量分布，其儲量大約為常規油氣儲量的二倍左右。可燃冰的形成條件有低溫、高壓、有充足的氣源。根據其存在條件，全世界開采方式大致分為三種：①熱激法：直接對可燃冰儲層進行加熱，破壞可燃冰的平衡狀態，使可燃冰分解為甲烷和水的開采方法。②降壓法：通過降低壓力使可燃冰分解的開采方法。③化學試劑法:向可燃冰儲層中注入化學試劑破壞其平衡條件，促使可燃冰分解的開采方法。但傳統開采方法仍存在諸多不足，海下破壞其原有的穩態環境，可能會造成可燃冰儲層不穩定、大面積垮塌，造成地震、海嘯等大型災難，或者產生溫室氣體泄漏，化學試劑污染等環境影響。除此之外，傳統的開采方法經濟成本高，開采難度大。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種海下可燃冰儲層開采方法和裝置。

一種海下可燃冰儲層開采方法，其主要包括如下步驟：

步驟S1，海上開采平臺駛至待開采可燃冰儲層上方海域。

特別說明，海上開采平臺上載有甲烷收集壓縮罐、水凝膠存儲罐、熱流發生裝置、高壓泵、過濾器、海下管道鉆進模塊以及伸縮型激光開采模塊并由平臺電機為各個模塊供電。

步驟S2，海上開采平臺釋放海下管道鉆進模塊，模塊在海上開采平臺中工作人員的控制下，利用螺旋槳所提供的動力到達預定可燃冰鉆探地點。

特別說明，每個海下管道鉆進模塊都有外壁帶有螺紋的可伸縮管道與海上開采平臺相連。

作為優選，管道直徑為2-3m。且管壁由韌性材料制成、可伸縮。

特別說明，海下管道鉆進模塊內集成有熱射流噴嘴。

步驟S3，達到鉆探條件后，海下管道鉆進模塊通過固定系統固定，該模塊所攜帶的環形鉆頭開始工作，對可燃冰儲層進行開采，制造出一條開采豎井。與此同時，螺旋升降器帶動可伸縮管道外壁上的螺紋控制環形鉆的鉆探深度。達到預定深度后，再由螺旋升降器控制收回一定長度的管道，此時管道作為可燃冰收集管道。

特別說明，步驟S3中所述的固定系統由海下管道鉆進模塊四周均布的四個固定射釘組成。

特別說明，步驟S3中所述的環形鉆頭為特制高強度、耐腐蝕鉆頭。

作為優選，環形鉆頭內環直徑為2-3m。

步驟S4，海上開采平臺釋放多個伸縮型激光開采模塊，到達可開采可燃冰儲層后通過激光切割可燃冰，并通過螺旋槳提供動力進行推進。快速將大面積的可燃冰儲層分割成若干可采集尺寸的可燃冰塊。

特別說明，伸縮型激光開采模塊通過外壁帶有螺紋的可伸縮管道內部抵達至開采區域。

特別說明，伸縮型激光開采模塊由管線和海上開采平臺相連。由管線為激光開采模塊提供電力、控制信號以及填充采空區所需的水凝膠。

作為優選，伸縮型激光開采模塊展開前邊界最長距離在50-60cm。

步驟S5，通過海上開采平臺的高壓泵提供吸力將開采出的可燃冰塊通過管道運回。在經過海下管道鉆進模塊后，利用海下管道鉆進模塊內置熱流噴嘴噴射熱射流對可燃冰塊進行二次處理，破壞其穩定狀態，使其轉化為甲烷氣體，進行采集。

作為優選，熱流噴嘴噴射的熱射流溫度控制在65-75C^°。

步驟S6，采集的氣、液、固三類物質經由海上開采平臺的過濾系統過濾掉固體雜質，再經由氣液分離裝置分離出甲烷氣體，最后在海上開采平臺上的甲烷搜集壓縮罐中存儲。

特別說明，分離后的廢液經凈化處理模塊處理后排放回海洋。

步驟S7，伸縮型激光開采模塊在完成開采任務后倒退釋放水凝膠對可燃冰采空區進行回填，起到對原有地形骨架的支撐保護作用，防止發生采區塌陷等環境災害。

一種海下可燃冰儲層開采裝置，所述的一種海下可燃冰儲層開采裝置主要由海上開采平臺、外壁帶有螺紋的可伸縮管道、海下管道鉆進模塊、伸縮型激光開采模塊四部分組成。

優選地，所述外壁帶有螺紋的可伸縮管道直徑控制在2-3m。

優選地，所述海上開采平臺載有甲烷收集壓縮罐、水凝膠存儲罐、熱流發生裝置、高壓泵、過濾器、海下管道鉆進模塊以及伸縮型激光開采模塊并由海上開采平臺的電機為各個模塊供電。