[发明专利]一种天然气水合物海底气-液-固多相流化分离的方法

说明书

本发明公开了一种深海天然气水合物开采过程中所涉及的气‑液‑固多相分离系统，主要包括流化床、进料锁斗、旋风分离器、砂粒锁斗、气体分布板、加热板和控制阀等。首先水合物沉积物经机械破碎成水合物颗粒并与适量海水混合形成水合物浆体储存于进料锁斗中，水合物浆体再通过进料闸阀进入流化床内；而流化气甲烷则通过流化床底部经气体分布板进入流化床内；水合物颗粒、海水和流化气在流化床内形成稳定的气‑液‑固多相流态化；水合物颗粒在高温海水和内加热构件作用下发生热分解并释放出甲烷气体，粗甲烷气体经旋风分离器进一步分离后输送至海上平台，而分解残留的泥沙经砂粒锁斗回填至海底。

技术领域

本发明涉及一种深海浅层天然气水合物海底开采、分解和分离的一种方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等常规能源的日益减少，促使人们开始寻求各类可替代的能源。作为非常规能源之一的天然气水合物因其储量大、分布广、清洁，被认为是一种重要的潜在能源。根据国际天然气潜力委员会的初步统计，世界各大洋天然气水合物的总量换算成甲烷气体约为1.8～2.1×10¹⁶m³，大约相当于全世界煤、石油和天然气等总储量的两倍。据测算，我国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当于中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。中国、日本、美国等先后制定了水合物勘探计划，尤其是日本已于2013年3月在其东南部海域进行了天然气水合物试采，首次从海域天然气水合物藏中分离出甲烷。

现有在研天然气水合物的开采方法很多，包括热激开采、减压开采、CO₂置换开采和固体开采，但是这些方法都存在一定的局限性，热激开采的能耗过高，降压开采不能实现连续稳定生产，CO₂置换的效率过低，而固体开采输送到海面的能耗成本又太高。日本在现有原油开采技术的基础上通过抽提天然气水合物层的水达到降低水合物层的压力从而实现水合物的溶解和分解，以提高岩层沙粒中水合物的渗透性和流动性，但因该技术不能保证水合物开采过程的稳定性和连续性，仍未能实现工业化规模开采。大连理工大学刘瑜等人开发的“一种安全高效的海洋天然气水合物降压分解开采装置和方法”(CN201410098311.6)，主要是增加出砂装置和气水分离装置来防止减压开采过程中砂粒和二次生成水合物堵塞管道，该方法主要适用于成岩水合物的开采，且在开采过程中不能提高水合物的分解速度。哈尔滨工程大学蒋运华等人提出的“天然气水合物快速热激发开采装置”(CN201410475887.X)，采用纳米铝粉与冰反应产生的热可以快速加热水合物沉积物，使其快速分解。但是该方法需要大量的铝粉作为热源，会污染海底环境，成本也高。中国海洋石油总公司周守为提出的“深海海底浅层非成岩天然气水合物的绿色开采方法”(CN201310596104.9)，提出使用固态形式采掘天然气水合物沉积物后将其粉碎为小颗粒，再与海水混合以气-液-固多相混合物流的形式提升至海上进行分离和处理。首先，该方法需要将水合物与砂粒、海水一起提升至海上，将无价值的砂粒和海水输送至海上作业平台会极大地增加能耗成本；其次，在气-液-固多相流管输过程中存在相态变化，很难实现稳态输送。

综上所述，无论是开采过程中砂粒和水合物的堵塞问题还是甲烷的稳定生产及开采的能耗成本问题，在现有在研开采技术中均未能得到有效解决。另外，海洋生态和环境的有效保护也是海洋天然气水合物开采需要考虑的重要问题。因此，亟需一种安全、高效、经济的海洋天然气水合物开采技术，特别是海底天然气水合物的分离方法。

发明内容