[发明专利]一种覆盖式深海泥火山型天然气水合物开采系统及方法

说明书

本发明公开一种覆盖式深海泥火山型天然气水合物开采系统及方法，应用于海底泥火山型浅层块状水合物，根据深海泥火山水合物的赋存特征，采用覆盖式保温加热的方法，基于特殊设计的隔气绝热罩和热电极加热来开采天然气水合物，将分解的水合物在井底压差的作用下，从产出井的射孔流进产出井，并在产出井中布设降压装置进一步分解水合物。本方案能够有效克服加热开采水合物中加热范围小、耗能多、产出率低的缺点，大大提高开采效率；同时，也能够有效避免已有方法中海底大范围开挖造成环境风险和生态灾难的可能性；另外，现场利用太阳能，成本低廉、绿色环保，实现水合物的大规模高效经济开采，具有较高的应用前景及价值。

技术领域

本发明属于海底天然气水合物资源勘探和开采技术领域，特别涉及一种覆盖式深海泥火山型天然气水合物开采系统及方法。

背景技术

天然气水合物(又称“可燃冰”)是甲烷等烃类气体和水在低温高压环境下形成的类冰状结晶化合物，按气体运聚方式、埋藏深度以及成因模式等综合因素划分，海洋中的天然气水合物又可分为深层扩散型和浅层渗漏型两类。其中，浅层渗漏型水合物通常和很多特殊地质体，如泥底辟、泥火山、气烟囱密切相关。

在很多海域，泥火山型浅表层水合物非常发育，这些泥火山的直径在数米到数百米之间，高出海底数米到数十米，其中充填着巨量的高饱和度水合物。据调查，南海海槽单个泥火山的甲烷储量达到10亿立方米，而这样的泥火山在海域中通常成群出现，动辄数十到数百个，如日本海已经发现了1742个浅表型水合物构造体，大多数是泥火山构造。由于在海底分布的普遍程度、浅埋深和厚层状的赋存方式以及所具有高饱和度等特征，泥火山型浅表层水合物有望和深层扩散型水合物成为水合物产业化同等重要的目标，其资源意义不可估量。

当前针对浅表层水合物已经有人提出数种开采方法，包括已经广为人知的固态流化法、机器人采掘法等。但到现在为止没有针对泥火山这种特殊构造提出相应的办法。同时，固态流化法虽然简单易行、但需要在海底大面积开挖，有可能造成大面积的生态灾难和环境灾害，风险不可控；机器人采掘法思路较新颖，但同样具有海底开挖造成环境风险的可能性，同时，机器人采矿涉及到的技术难度大、困难多，到目前为止，包括海底锰结核结壳、金属硫化物在内的各个海底采矿领域，未有一例进入实施阶段的机器人工作的先例，说明海底机器人在目前阶段采矿仍能是一种概念化的设计，真正投入到工业化生产中任重道远。

由于深海泥火山型水合物由于赋存位置较浅，甚至裸露在海底表面，且赋存范围一般较集中，上部成丘状突出海表，中心位置发育气气体流经的通道，针对此特殊构造，亟待提出具有针对性的开采技术。

发明内容

本发明提供一种覆盖式深海泥火山型天然气水合物开采系统及方法，主要应用于海底泥火山型浅层块状水合物，根据深海泥火山水合物的赋存特征，采用覆盖式保温加热的方法开采水合物。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种覆盖式深海泥火山型天然气水合物开采系统，包括工程船支持单元、供电单元、钻井及套管单元以及隔气绝热单元，工程船支持单元为水合物开采提供基础硬件支持并实现对开采天然气水合物的收集，供电单元通过供电电缆与隔气绝热单元相连；

所述钻井及套管单元包括生产井、射孔和天然气输送管道，所述射孔设置在生产井内水合物富集层位，以更好地导流水合物释放流体，天然气输送管道一端设置在生产井内，另一端与工程船支持单元相连，且在天然气输送管道上布设有减压控制阀，以达到加压和热采联用，确保天然气水合物的顺利产出；

所述隔气绝热单元均匀铺设覆盖在泥火山上，包括与供电单元相连的隔气绝热罩，所述隔气绝热罩从下至上依次分别为导热铝箔层、碳纤维发热丝层、石棉绝热层和耐热隔气层，用以向面向沉积物层的内部供热，实现对天然气水合物储层的加热。