[發明專利]基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統

有效

• 申請號: 201811486351.2
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109707348B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 劉昌嶺;李彥龍;胡高偉;陳強;吳能友;萬義釗
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/017;E21B43/34;E21C50/00
• 代理公司: 37241 青島中天匯智知識產權代理有限公司
• 代理人: 萬桂斌

1.基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統，其特征在于，包括表層沉積物剝離單元、塊狀水合物采掘單元(1)、水下中繼站(2)、動力舉升單元(3)和水面支持單元(4)；

所述表層沉積物剝離單元用以實現在可控條件下對淺層水合物上覆泥質層的高效清除或轉移，采用鉸吸式剝離機剝離表層沉積物，剝離后的區域為碗狀礦坑(6)；

所述塊狀水合物采掘單元(1)包括海底智能采礦機，所述海底智能采礦機包括抽吸裝置及套設在采礦機破碎頭(7)上的導流罩(9)，所述導流罩(9)用以收集破碎后漂浮的水合物塊體，導流罩(9)為向下開口的喇叭口狀；所述抽吸裝置(8)設置在導流罩(9)內，采用旋轉式渦輪風扇抽吸，通過渦輪風扇的扇葉旋轉將破碎頭導流罩內混合物抽入海底智能采礦機內部；

所述水下中繼站設置在海底，通過柔性軟管與海底智能采礦車相連，水下中繼站包括泥砂分離艙和水合物分解艙，海底智能采礦車處理破碎后的含泥砂水合物漿體首先通過柔性軟管泵入泥砂分離艙，泥砂分離艙的入口端設置有進料閥；在泥砂分離艙內設置有一旋流除砂器，旋流除砂器的外側設置有一儲砂罐，泥砂水合物漿體在旋流除砂器內旋轉時泥砂被甩至除砂器外側，進入儲砂罐，水合物塊體和部分海水進入水合物分解艙；

所述水下中繼站(2)通過動力舉升單元(3)與水面支持單元(4)相連，所述水面支持單元(4)包括水合物開采工程船和液化天然氣制備與儲運船；所述水合物開采工程船為大型工程船并具有水合物開采配套裝備，且在水合物開采工程船上設置有月池和A架收放系統，所述水合物開采配套裝備包括復合集成纜及收放纜車、軟管收放絞車、硬管連接與收放機架、氣液固二次處理裝置、泥砂暫存料斗以及天然氣中轉站；

所述動力舉升單元包括舉升硬管，所述舉升硬管的下端與水下中繼站相連，舉升硬管的上端與平臺月池上部的提升裝置相連，與舉升硬管同步連接有動力通信電纜，通過動力通信電纜給水下中繼站提供動力，水下中繼站上端通過硬管與采礦船甲板的水合物三相分離裝置連接，所述舉升硬管下端與中繼站水合物分解艙的出口連接，上端與水面支持系統的提升裝置連接固定，并與月池的氣管路油嘴相連排出水合物分解產生的氣體；

所述舉升硬管由內外兩層結構構成，包括外層隔水管(13)和內層油管(14)及連接管(15)，所述油管(14)與連接管(15)上下連接，連接管(15)外徑小于油管(14)內徑，連接管(15)與油管(14)之間通過一帶孔錐面(20)相連，所述隔水管(13)與油管(14)同心安裝形成的環空為水相流通通道，油管(14)內部為氣相流動通道；所述舉升硬管下端安裝有電泵電機(16)，電泵電機(16)出口與連接管(15)螺紋連接，所述電泵電機(16)向下深入水下中繼站的水合物分解艙(10)內部，電泵一級入口(17)與水合物分解艙出口(22)對接，在電泵一級入口(17)上方與隔水管(13)之間的環空安裝有下封隔器(19)，在油管(14)下端與隔水管(13)形成的環空之間安裝有上封隔器(23)，所述上封隔器(23)為油管穿越封隔器，安裝有單流閥(24)的液體二次分離管路(25)穿越上封隔器(23)進入上封隔器上部的水相流通通道，電泵二級入口(18)位于下封隔器(19)上方，進入電泵一級入口(17)的氣-水兩相經過電泵電機(16)的分離，水相進入油管與隔水管形成的環空中，氣體進入電泵電機上部的連接管(15)，且在連接管(15)內部設置有螺旋葉輪轉子。

2.根據權利要求1所述的基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統，其特征在于：所述水合物分解艙(10)內部上側設置有一層電加熱網(11)，以激發水合物分解，水合物分解艙(10)內還安裝有一用以檢測艙內進水量的液位傳感器(12)，當艙內進水量達到上限時關閉進料閥，開啟電加熱網(11)，漂浮在上層的水合物塊體逐漸受熱分解。

3.根據權利要求1所述的基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統，其特征在于：所述氣液固二次處理裝置包括旋流除砂器和二次水氣分離器，旋流除砂器的入口與月池的氣管路油嘴連接，實現氣管路中泥砂的二次分離；旋流除砂器上出口與二次水氣分離器的入口連接，二次水氣分離器用于將氣體中的剩余水分分離，二次水氣分離器的上出口與天然氣中轉站入口連接，將經過處理的天然氣輸送到天然氣中轉站；旋流除砂器下出口與泥砂暫存料斗連接，將經過二次分離的泥砂排出至泥砂暫存料斗。

4.根據權利要求1所述的基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統，其特征在于：所述礦坑(6)的坡面角度α小于45°。