[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

本發明公開一種基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統及開采方法，所述開采系統包括表層沉積物剝離單元、塊狀水合物采掘單元、動力舉升單元和水面支撐單元等組成，具體實施時，首先，采用海底采礦/挖掘多用車將海底表層沉積物剝離，露出可燃冰礦體；接著用采礦車采掘塊狀水合物，經過脫泥、破碎，同時用強力吸取技術將水合物漿體通過軟管輸送到海底中繼倉里；在中繼倉里水合物漿體經過攪拌、靜置后，漿體中的泥沙與純水合物分層，將純化后的水合物漿體通過輸送管道中由高壓泵將其提升到海面的采礦船甲板的水合物分解倉中分解，通過三相分離裝置，實現氣、液、固的三相分離，液、固經處理后達到環保要求排放，氣體通過干燥、液化后收集與儲存。總之，本發明從技術手段上克服了塊狀水合物開采技術難題，可實現海洋淺表層塊狀水合物大規模的連續開采。

技術領域

本發明涉及海域天然氣水合物開采技術領域，具體涉及一種基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統。

背景技術

海洋天然氣水合物從賦存形態看主要有兩種，一種是孔隙填充型水合物，即水合物填充在沉積物的孔隙中，分布較為均勻，一般埋藏較深(>100米)，也叫擴散型水合物；另一種為裂隙型水合物，即水合物填充在沉積物的裂隙中，形成結核狀、透鏡狀或層狀等肉眼可見的塊狀水合物，也叫滲漏型水合物。

滲漏型水合物主要由富含烴類流體沿斷層或構造薄弱帶向上運移至淺表層，在合適的溫壓和成藏圈閉條件下，形成肉眼可見的塊狀水合物。由于這類水合物埋藏淺，主要在海底0-60米賦存，飽和度為35％-100％，因此被稱為淺表層天然氣水合物，常賦存于泥火山、泥底辟或麻坑等特殊地質體的淺表層沉積物中，水深500-1300米，地熱梯度9.2-20℃/100米。

近年來調查顯示，淺表層天然氣水合物資源比重正在大幅提升。國際上，在美國俄勒岡邊緣水合物脊、俄羅斯鄂霍次克海、貝加爾湖、日本東部邊緣海、里海、黑海、巴倫支海、安哥拉近海等多處發現了淺表層水合物；中國海域也獲取了淺表層水合物的實物樣品，證實了該種類型的天然氣水合物在海域內廣泛存在，表明該類型水合物的資源量巨大。

然而，目前為止，日本和中國分別開展的3次海域天然氣水合物試采都聚焦在埋深200米左右的擴散型水合物層，該類水合物在地層中分布較為均勻，適合采用降壓法開采。通過抽取開采井中的流體而使水合物沉積層降壓，水合物分解后氣體由開采井產出，同時產出的還有水及細沙。該法經實踐證明可行、可持續開采，但由于擴散型水合物在地層中的飽和度低，一般為20％～40％，且降壓法開采還受水合物儲層傳質傳熱效率的影響，產氣效率較低，與投入的巨大資金量相比，經濟效益極低，要實現產業化開采還有一段很長的路要走。而且，降壓法開采極易造成地層出砂，堵塞產氣管道，日本的兩次海域水合物試采都由于砂堵塞了管道而被迫終止。

與擴散型水合物相比，淺表層水合物則有其獨特的資源優勢。其能量密度更高，飽和度為35％～100％，如果找到大片的塊狀水合物，厚度可達20米以上，類似海底冰山，有巨大的資源量和開采價值。然而，由于受開采技術制約，國際上尚未進行過任何淺表層塊狀水合物試采嘗試，開采基礎理論尚不清楚，技術裝備仍是空白。

淺表層塊狀水合物埋層淺、局部純度高但礦體不連續的特點，其開采技術與擴散型水合物完全不同，單純的降壓法并不適合塊狀水合物的開采。從目前的深海科技水平看，塊狀水合物最有效的開采方法是機械采掘法，但該法涉及到一系列的技術難點，如：水合物覆蓋層(通常5～20米)快速剝離問題、塊狀水合物的破碎問題、水合物漿體(含砂、水)抽吸技術、提升過程管道中有相變的氣液固多相流動問題、氣-水-砂泥的三相分離和砂泥的回填問題、氣體快速收集與存儲問題、排采區回填問題等，都是急需解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明針對海洋淺表層塊狀水合物開采存在的水合物覆蓋層快速剝離、破碎以及抽吸的技術難題，提出一套完整的基于海洋淺表層塊狀水合物固體采掘的開采系統，可實現海洋淺表層塊狀水合物大規模的連續開采。