[发明专利]海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法及开采装置

说明书

本发明公开了一种海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法和开采装置，所述绿色开采方法包括以下步骤：在不改变海底天然气水合物地层周围温度和压力的情况下，利用海底采矿的方式采掘天然气水合物并二次破碎得到天然气水合物颗粒与海水的混合物；将天然气水合物颗粒与海水的混合物直接在海底进行密封环境下的热分解得到天然气，其中，热分解所需的能量来源于天然气水合物热分解时气体膨胀作功产生的能量；将天然气输送至海面进行后处理并得到液化天然气。所述绿色开采装置包括采掘破碎单元、第一输送管、分解单元、天然气输送管、能量供给单元和海面支持单元。

技术领域

本发明涉及海底天然气水合物开采的技术领域，更具体地讲，涉及一种海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法及开采装置。

背景技术

天然气水合物又称为可燃冰，是一种由甲烷为主的烃类气体和水在一定的温度压力条件下形成的“笼型化合物”，呈白色晶状结构。天然气水合物储量巨大，超过已知碳化石燃料总和的2倍，主要存在于陆地永冻土以及大洋海底，其中大洋海底天然气水合物的储量远远超过陆地永冻土区域的储量。

美国、日本、俄罗斯等国家分别对天然气水合物进行了试采研究，主要试采方法有注热法、降压法、抑制剂法以及几种方法的综合。这些开采方法并未脱离传统油气开采思路，且试采所选用的天然气水合物藏有良好的盖层，即便如此，也只验证了短期试采的技术可行性，长期开采引起的潜在环境地质灾害仍有待进一步评估。

我国天然气水合物的研究起步晚，但发展较快，目前已在南海进行过两次海底天然气水合物实地取样。从两次取样结果来看，发现我国海底天然气水合物与世界其它地区大多数天然气水合物类似，具有埋深浅、弱胶结的特点。针对这种深海浅层非成岩水合物，有学者提出了“固态流化”的开采方法，该方法是在不改变海底温度和压力的情况下，直接采掘天然气水合物固体，通过密闭管道将天然气水合物颗粒与海水的混合物泵送至海面，而后再进行分离、分解气化等处理。因为该方法不改变海底天然气水合物的温度和压力，从而避免了天然气水合物分解引起的工程地质与环境灾害。

固态流化为深海浅层非成岩天然气水合物的开采提供了新思路，然而该方法也存在着各种技术难题，尤其管输过程中水合物颗粒在多相流动条件下的非平衡分解问题，如果该问题不能有效解决或避免，固态流化开采方法的应用将受到严重制约。另外，如何充分利用海底的压力能和水合物分解产生的天然气膨胀所做的功，也是一个关键技术问题。探索更为节能的绿色开采方式，将是实现大规模开采所必须解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够节约能源并降低天然气开采成本的海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法及开采装置。

本发明的一方面提供了一种海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法，所述绿色开采方法包括以下步骤：

A、在不改变海底天然气水合物地层周围温度和压力的情况下，利用海底采矿的方式采掘天然气水合物并二次破碎得到天然气水合物颗粒与海水的混合物；

B、将所述天然气水合物颗粒与海水的混合物直接在海底进行密封环境下的热分解得到天然气；

C、将所述天然气输送至海面进行后处理并得到液化天然气；

其中，热分解所需的能量来源于天然气膨胀作功和天然气输送管路的内外压差作功。

根据本发明海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法的一个实施例，在步骤B中，还包括在热分解的同时向密封环境外排出海水和泥沙的步骤；在步骤C中，所述后处理包括净化处理和液化处理。

根据本发明海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法的一个实施例，在步骤B中，将所述天然气水合物热分解时气体膨胀作功产生的能量转化为电能并用于热分解和步骤A中的采掘和二次破碎。