一種海底天然氣水合物開采裝置制造方法及圖紙

一種天然氣水合物開采裝置，主要包括：開采船，渦流管，采氣管，采氣套管以及收集罩，來自于壓縮機的高壓天然氣進入渦流管，將高壓氣體分離成冷、熱兩股流體。熱流體直接進入水合物儲層，固態水合物受熱分解為天然氣,通過采氣管進入收集罩搜集，而冷氣流用于保持生產過程中儲層結構穩定。與現有的水合物開采技術相比，本發明專利技術依賴水合物開展過程中產生的天然氣作為動力源，無需消耗額外能源，具有投資成本低、運行費用少、環保、高效等優點，在海底水合物開采中具有廣泛應用前景。

Seabed gas hydrate mining device

A kind of natural gas hydrate production device, mainly including: the mining ship, vortex tube, gas producing pipe, casing and collecting cover, high pressure gas from the compressor into the vortex tube, separate high-pressure gas into cold and hot two fluids. Hot fluid directly into the hydrate reservoir, solid thermal decomposition of natural gas hydrate, the trachea into the collecting hood and the cold air to collect, keep the production process of reservoir structure stability. Compared with the existing hydrate mining technology, the present invention relies on hydrate generated in the process of developing natural gas as a power source, no need to consume extra energy, has the advantages of low investment cost, operation cost, environmental protection and high efficiency, has a broad application prospect in the exploitation of natural gas hydrate.

【技術實現步驟摘要】
一種海底天然氣水合物開采裝置
:本專利技術涉及一種天然氣水合物開采裝置，尤其是用于開發蘊藏在海底的天然氣水合物開采的裝置。
技術介紹
:天然氣水合物，俗稱“可燃冰”，是在一定條件下由水和天然氣組成的類冰的、非化學計量的籠形結晶化合物。自然界中存在的天然氣水合物絕大部分是甲烷水合物。水合物是目前最具發展前景的高效清潔能源之一，每立方米的天然氣水合物可釋放出164立方米甲烷。目前已發現水深3000米以內的天然氣水合物中CH4的碳總量相當于全世界已知煤、石油、天然氣總量的二倍，約2.1×1016m3，可滿足人類1000年的能源需求。當前的水合物開采方法主要有：熱激法、減壓法、化學試劑法。熱激法是直接對天然氣水合物層進行加熱，使天然氣水合物層的溫度超過其平衡溫度，從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣的開采方法。選取的加熱方法有注入熱水或蒸汽法、電磁加熱法以及微波加熱法等。該方法的主要缺點是熱能損失大，加熱中有10％到75％的熱損失掉，熱利用效率較低，開發的成本較高。化學試劑法通過向天然氣水合物層中注入某些化學試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇等來改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物的穩定溫度，促使天然氣水合物分解。這種方法缺點是作用緩慢，費用太高。另外，所加注的化學試劑可能對環境造成較大的破壞。降壓開采法是通過降低壓力使天然氣水合物穩定的相平衡曲線發生移動，從而促使天然氣水合物分解的開采方法。一般是通過抽取水合物層下的游離體天然氣實現降低水合物的壓力，使與天然氣接觸的水合物變得不穩定并且分解為天然氣和水。降壓開采天然氣往往速度較慢，而且對天然氣水合物儲層的性質有特殊的要求，只有當天然氣水合物儲層位于溫壓平衡邊界附近時，減壓法才具有經濟可行性。由于天然氣水合物埋藏于海底巖石中，和石油、天然氣相比，鉆探的難度要大很多，不易開采和運輸。天然氣水合物是一種亞穩態礦物，以固態形式被埋藏，在開采過程中很容易導致礦場坍塌。當前的水合物開采技術普遍存在開采效率低、生產成本高，開采過程中儲層容易坍塌失穩等問題，為了克服現有技術的缺陷，提出了一種海底水合物開采裝置，為實現水合物的高效、大規模開采開辟了一條新的途徑。
技術實現思路
：本專利技術涉及一種天然氣水合物開采裝置，主要包括：開采船、渦流管、采氣管、采氣套管和集氣罩，所述的開采船上布置有水合物再生室和燃氣壓縮機，燃氣壓縮機的出口安裝有高壓分氣器，高壓分氣器的一個出口通過管線與水合物再生室相連通，另一出口通過注氣管線與渦流管的渦流室相連，渦流管的冷端管末端深入到采氣管內，采氣管的外圍安裝有采氣套管，采氣管的出口與天然氣集氣罩的進氣口相連通，天然氣集氣罩出氣口通過集氣管線與低壓分氣器的入口相連通，低壓分氣器的一個出口與燃氣壓縮機的進口相連，另一出口與燃氣發動機供氣口相連通。所述的渦流管由渦流室、冷端管、熱端管組成，熱端管出口安裝有熱力調節閥，冷端管末端設有對稱布置的冷氣連接管，冷氣連接管與采氣管外壁和采氣套管內壁所形成的冷氣環腔相連通。所述的開采船上布置有計量泵，計量泵的進水口浸沒在海水中，出口通過管道與水合物生成室相連通。所述的水合物再生室內布置有冷凝器，冷凝器的入口通過冷氣回收管線與冷氣環腔相連通，冷凝器的出口與燃氣壓縮機的進口相連通。所述的采氣管與采氣套管均為圓筒狀，采氣套管一端固定在海床上，另一端深入到海床以下，采氣管安裝在采氣套管內，連通集氣罩和水合物空腔，與二者保持同軸。所述的集氣罩可漂浮于海平面上，其底面水平，其底面設置有進氣口，頂部設置有出氣口，出氣口上安裝有壓力傳感器、溫度傳感器以及自動調節閥。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：(1)利用開采出的天然氣作為能源驅動燃氣壓縮機工作，無需額外動力，配套系統少，開采成本低；(2)利用渦流管產生的熱氣流加熱水合物礦藏，利用冷氣流保持生產過程中礦藏結構穩定，適用范圍廣，對水合物藏層無特殊要求。(3)無需化學藥劑，對環境無污染，實現了綠色環保開采。附圖說明：圖1為本專利技術的組成示意圖；圖2為渦流管工作原理示意圖；圖3為A-A截面示意圖；圖4為集氣罩結構示意圖。圖中：1-開采船；2-渦流管；3-采氣管；4-采氣套管；5-集氣罩；6-水合物再生室；7-燃氣壓縮機；8-高壓分氣器；9-注氣管線；10-集氣管線；11-低壓分氣器；12-燃氣發動機；13-冷凝器；14-冷氣回收管線；15-計量泵；16-渦流室；17-冷端管；18-熱端管；19-熱力調節閥；20-進氣口；21-出氣口；22-冷氣連接管；23-壓力傳感器；24-溫度傳感器；25-冷氣環腔；26-自動調節閥；27-水合物空腔。具體實施方式:本專利技術涉及一種天然氣水合物開采裝置，主要包括：開采船1、渦流管2、采氣管3、采氣套管4和集氣罩5，所述的開采船1上布置有水合物再生室6和燃氣壓縮機7，燃氣壓縮機7的出口安裝有高壓分氣器8，高壓分氣器8的一個出口通過管線與水合物再生室6相連通，另一出口通過注氣管線9與渦流管2的渦流室16相連，渦流管2的冷端管17末端深入到采氣管3內，采氣管3的外圍安裝有采氣套管4，采氣管3的出口與天然氣集氣罩5的進氣口20相連通，集氣罩5的出氣口21通過集氣管線10與低壓分氣器11的入口相連通，低壓分氣器11的一個出口與燃氣壓縮機7的進口相連，另一出口與燃氣發動機12供氣口相連通。如圖2所示，所述的渦流管2由渦流室16、冷端管17、熱端管18組成，熱端管18出口安裝有熱力調節閥19，冷端管17末端設有對稱布置的冷氣連接管22。如圖3所示，冷氣連接管22與采氣管3外壁和采氣套管4內壁所形成的冷氣環腔25相連通。來自于高壓分氣器8的高壓天然氣通過注氣管線9進入渦流管2。渦流管2是一種能量分離裝置，能將高壓氣體分離成冷、熱兩股流體，這一現象即被稱為能量分離效應，又稱Ranque效應。如圖2所示，高壓天然氣以很高的速度沿切線方向進入渦流室16，氣流在渦流室16內形成高速渦旋，在渦流效應作用下分離成溫度不相等的兩部分氣流。其中，處于中心部位的回流氣流溫度降低，形成冷氣流，由冷端管17末端的冷氣連接管22流出，而處于外層部位的氣流溫度升高，形成熱氣流，從熱端管18的熱氣出口流出，熱端管18靠近熱氣出口處安裝有熱力調節閥19。通過熱力調節閥19可以控制進入冷端管17和熱端管18的氣體流量比例，進而改變冷氣出口與熱氣出口的氣流溫度。如圖1所示，從渦流管2的熱端管18末端排出的高溫天然氣直接進入水合物藏,與固體水合物進行充分的熱交換。固態水合物受熱發生相變，分解出甲烷氣體，形成水合物空腔27。隨著熱氣流的不斷注入，固態水合物分解數量逐漸增加，所形成的空腔體積不斷增大。分解的天然氣通過采氣管3進入天然氣集氣罩5。如圖1所示，為了保證在開采過程中上層水合物不發生坍塌，在采氣管3的外圍安裝有采氣套管4。采氣管3與采氣套管4均為圓筒狀，采氣套管4一端固定在海床上，另一端深入到海床以下，采氣管3安裝在采氣套管4內，連通集氣罩5和水合物空腔27，與二者保持同軸。圖3為A-A截面示意圖，來自于冷氣連接管22的低溫氣流進入采氣管3外壁和采氣套管4內壁所形成的冷氣環腔25。在冷氣流的保護下，套管周圍水合物不會因熱量侵入而發生分解導致坍塌，從而保證采氣工藝安全和穩定運行。采氣套管4上還本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于：主要包括開采船(1)、渦流管(2)、采氣管(3)、采氣套管(4)和收集罩(5)，開采船(1)上布置有水合物再生室(6)和燃氣壓縮機(7)，燃氣壓縮機(7)的出口安裝有高壓分氣器(8)，高壓分氣器(8)的一個出口通過管線與水合物再生室(6)相連通，另一出口通過注氣管線(9)與渦流管(2)的渦流室(16)相連，渦流管(2)的冷端管(17)末端深入到采氣管(3)內，采氣管(3)的外圍安裝有采氣套管(4)，采氣管(3)的出口與天然氣收集罩(5)的底部進氣口(20)相連通，天然氣收集罩(5)頂部出氣口(21)通過集氣管線(10)與低壓分氣器(11)的入口相連通，低壓分氣器(11)的一個出口與燃氣壓縮機(7)的進口相連，另一出口與燃氣發動機(12)供氣口相連通。

【技術特征摘要】
1.一種海底天然氣水合物開采裝置，其特征在于：主要包括開采船(1)、渦流管(2)、采氣管(3)、采氣套管(4)和收集罩(5)，開采船(1)上布置有水合物再生室(6)和燃氣壓縮機(7)，燃氣壓縮機(7)的出口安裝有高壓分氣器(8)，高壓分氣器(8)的一個出口通過管線與水合物再生室(6)相連通，另一出口通過注氣管線(9)與渦流管(2)的渦流室(16)相連，渦流管(2)的冷端管(17)末端深入到采氣管(3)內，采氣管(3)的外圍安裝有采氣套管(4)，采氣管(3)的出口與天然氣收集罩(5)的底部進氣口(20)相連通，天然氣收集罩(5)頂部出氣口(21)通過集氣管線(10)與低壓分氣器(11)的入口相連通，低壓分氣器(11)的一個出口與燃氣壓縮機(7)的進口相連，另一出口與燃氣發動機(12)供氣口相連通。2.根據權利要求1所述的一種天然氣水合物開采裝置，其特征在于：所述的渦流管(2)由渦流室(16)、冷端管(17)、熱端管(18)組成，熱端管(18)出口安裝有熱力調節閥(19)，冷端管(17)末端設有對稱布置的冷氣連接管(22)，冷氣連接管(22)與采氣管(3)外壁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁法春，陳婧，韓璐媛，王驊鐘，王曉霖，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東,37