CN112127848B - 一种海底可燃冰开采*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底可燃冰开采***,解决了开采过程中的自然灾害及污染问题,其技术方案要点是本公开所述的海底可燃冰开采***,包括钻井、管道***、摄像***、控制***、气体浓度传感器、气液分离器、气体收集装置、微界面发生器和混合器主体。微界面发生器产生开采所需的微气泡和/或微液滴乳化液,再将微气泡和/或微液滴乳化液注入到混合器主体,与混合器主体内的气体或液体充分混合反应,最终产物通过管道***传输至海底可燃冰层,可燃冰分解为液态或固态实现开采。同时,为了避免可燃冰开采后海底滑坡或是***性的压力释放,开采后将二氧化碳通过微界面发生器和混合器主体转换为二氧化碳水合物,输送至海底,占据可燃冰曾存在的空间。
Description
技术领域
本公开涉及天然气水合物开采领域,具体地说,涉及一种海底可燃冰开采***。
背景技术
可燃冰分布在深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。目前全球已探明可燃冰的资源量相当于传统石燃料碳总量的两倍,且其天然气含量是天然气资源量的60倍,具有重大的开采价值。因可燃冰的形成条件为高压低温,一旦失压或温度升高,可燃冰就会变成气体,利用可燃冰在升温时分解的特性,使其由固态分解出天然气蒸汽再输送至地面收集平台,从而完成对可燃冰的开采,一般称为“热解法”。
“热解法”开采可燃冰一般使用加热过的含有乙二醇的饱和盐水,注入到开采钻井中,最后再将乙二醇分离出来。一方面,乙二醇价格昂贵,用于商业开采成本较高,另一方面,乙二醇使用完成后的处理复杂,稍有不慎对环境污染很大。
同时,可燃冰在海底为稳定的固态晶体状,若单纯通过“热解法”使其分解,由于可燃冰层下可能有巨大的气体储量,很可能引起海底滑坡或是***性的压力释放,造成设备和人员的损失。
发明内容
本公开的目的是提供一种海底可燃冰开采***,达到安全无污染开采的效果。
本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种海底可燃冰开采***,包括钻井、管道***、摄像***、控制***、气体浓度传感器、气液分离器和气体收集装置,所述摄像***安装在管道***内,所述管道***设在所述钻井内,且所述管道***内设有立管,所述立管靠近海平面的一端设有入口和出口,所述气液分离器连接在所述出口处,所述气体收集装置与所述气液分离器连接;
所述气体浓度传感器设置在所述管道***内靠近海底可燃冰层处;气体浓度传感器设置的作用是实时监测和传输可燃冰层天然气和二氧化碳的浓度;
还包括微界面发生器和混合器主体,所述微界面发生器和混合器主体连接,所述混合器主体连接在所述管道***的入口处;
所述控制***与所述微界面发生器、混合器主体、气体浓度传感器、气液分离器和气体收集装置均连接。
进一步地,所述混合器主体为气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固多相反应介质的混合腔室。
进一步地,所述微界面发生器为气泡破碎器和/或液滴破碎器;所述气泡破碎器为气动式气泡破碎器、液动式气泡破碎器中的至少一种。
优选地,其特征在于,所述微界面发生器连接在所述混合器主体的进口端,其设置数量至少为一组。微界面发生器的作用是产生微气泡和/或微液滴乳化液,数量设置主要是为了液体或气体中充满气泡和/或微液滴的需要。
进一步地,所述摄像***包括水下摄像机、水下照明灯、水下以太网电缆、水下安装支架和水面控制装置;所述水面控制装置包括远程控制单元、数据接收单元和供电单元。
优选地,所述摄像***与所述控制***分开独立设置。摄像***本身带有远程控制单元、数据接收单元和供电单元,可以灵活使用,无需与控制***连接,当摄像***的远程控制单元出现故障时,也可以通过控制***连接控制完成摄像。
优选地,所述水下照明灯为LED灯或卤素灯。
进一步地,所述控制***包括控制模块、监测模块、通信模块和显示模块。
优选地,所述气液分离器为管式分离器或旋风式分离器。
优选地,所述管道***内至少有一个立管,所述立管为钢制立管。
综上所述,本公开的有益效果在于:本公开所述的海底可燃冰开采***,包括钻井、管道***、摄像***、控制***、气体浓度传感器、气液分离器、气体收集装置、微界面发生器和混合器主体,通过控制***可控制和安排整个开采***的开采工作及进程掌控,摄像***能实时将开采的进程以影像形式反馈至地面,微界面发生器主要是产生开采所需的微气泡和/或微液滴乳化液,再将微气泡和/或微液滴乳化液注入到混合器主体,与混合器主体内的气体或液体充分混合反应,最终产物通过管道***传输至海底可燃冰层,可燃冰分解为液态或固态实现开采。
同时,为了避免可燃冰开采后海底滑坡或是***性的压力释放,开采后将二氧化碳通过微界面发生器和混合器主体转换为二氧化碳水合物,输送至海底,占据可燃冰曾存在的空间。
附图说明
图1是本公开***结构示意图;
图中:1-钻井;2-管道***;3-控制***;4-气体浓度传感器;5-摄像***;6-气液分离器;7-气体收集装置;8-微界面发生器;9-混合器主体;21-立管;211-入口;212-出口;51-水面控制装置。
具体实施方式
以下结合附图对本公开作进一步详细说明。
在本公开的描述中,需要理解的是,术语“远离”、“靠近”等指示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本公开和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本公开的限制。
本公开所述的海底可燃冰开采***,包括钻井1、管道***2、摄像***5、控制***3、气体浓度传感器4、微界面发生器8、混合器主体9、气液分离器6和气体收集装置7,各部件及***之间的关系为:摄像***5安装在管道***2内,管道***2设在钻井1内,管道***2内设有立管21,且管道***2内至少有一个立管21,立管21为钢制立管;立管21靠近海平面的一端设有入口211和出口212,气液分离器6连接在出口212处,气体收集装置7与气液分离器6连接,气液分离器6可选择管式分离器或旋风式分离器。
气体浓度传感器4设置在管道***2内靠近海底可燃冰层处;微界面发生器8和混合器主体连接9,混合器主体9连接在管道***2的入口211处;控制***3与微界面发生器8、混合器主体9、气体浓度传感器4、气液分离器6和气体收集装置7均连接。
一般来讲,混合器主体为气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固多相反应介质的混合腔室,混合器主体9包括釜式混合器、管式混合器、塔式混合器、固定床混合器或流化床混合器等。
微界面发生器8为为气泡破碎器和/或液滴破碎器。包括机械微结构和/或湍流微结构,通过微通道作用方式、场力作用方式以及机械能作用方式,或者这三种方式的任意组合,将多相反应介质中的气相和/或液相破碎成直径为微米级的微气泡和/或微液滴。其中,微通道作用方式是通过构造流道的微结构,使通过微流道的气相和/或液相破碎成微气泡和/或液滴;场力作用方式是利用外场力作用以非接触的方式为流体输入能量,使其破碎成微气泡或微液滴;机械能作用方式是利用流体的机械能,将其转换成气泡或液滴的表面能,使气泡或液滴破碎成微气泡或微液滴。
作为实施例方式之一地,微界面发生器8为任意的一个实物平面,平面上具有贯穿其的孔,每个孔包括气体入口和气体出口,气体出口的宽度大于气体入口的宽度,若想要生成微米级的气泡,气体出口的平均宽度为5微米到90微米,气体入口的平均宽度为1微米到5微米。
微界面发生器8连接在混合器主体9的进口端,其设置数量至少为一组。需要生成大量的微气泡和/或微液滴乳化液时,微界面发生器8可设置多组。
开采***的摄像***5包括水下摄像机、水下照明灯、水下以太网电缆、水下安装支架和水面控制装置51,且水面控制装置51包括远程控制单元、数据接收单元和供电单元。水下摄像机为720度全景摄像机,水下照明灯为LED灯或卤素灯,水下以太网电缆用于实时传输水下的图像数据,水下安装支架用于水下摄像机的安装及稳固。远程控制单元用于实现水下摄像机的触发控制、同步和网络连接,以及水下照明灯的灯光控制等;数据接收单元用于接收水下摄像机的摄像数据,供电单元用于整个水下摄像机的供电。
控制***3包括控制模块、监测模块、通信模块和显示模块,控制模块包括主控电路、处理器模块、加热电路和气液体控制电路等,实现对整个开采***的控制。
摄像***5可与控制***3分开独立设置。因摄像***本身带有远程控制单元、数据接收单元和供电单元,可以灵活使用,无需与控制***3连接,当摄像***5的远程控制单元出现故障时,也可以通过控制***3连接控制完成摄像。
海底可燃冰开采***的工作原理如下:本公开实现的前提是钻井1已经探测好,钻井1内的管道***2包含若干个立管21。开采之始,先将适量饱和盐水(氯化钠含量在10%-22%之间)注入到混合器主体9,天然气通过微界面发生器8并在其的作用下生成微气泡和/或微液滴乳化液,微气泡和/或微液滴乳化液通过进口端进入混合器主体9,在混合器主体9的作用下,微气泡充满饱和盐水,使饱和盐水呈现为乳化液状。
将乳胶状的饱和盐水加热后通过管道***2输入到海底可燃冰层,可燃冰开始分解得到天然气水合物,将天然气水合物再经管道***2运输至海平面,通过气液分离器6将天然气与水和饱和盐水分离开来,水与饱和盐水可直接排入海面,没有污染,分离完成后用气体收集装置收集天然气并投入使用,整个过程由控制***3控制,摄像***5实时摄像并传输数据至水面控制装置51。
往可燃冰层输入加热后的饱和盐水的立管21贴近可燃冰层,可燃冰层分解后若需要通过另一立管将天然气输送至地面,输送天然气的立管在海底的安装深度比立管21更深,适宜搜集天然气并输送。
气液分离器6可选择管式分离器或旋风式分离器。
在开采进行中,气体浓度传感器4实时反馈可燃冰层气体的浓度,以便实时调整输入饱和盐水的温度和总量。当海底可燃冰层开采量达到一定程度,为避免不必要的海洋自然灾害,应向已开采地区添加填充物。由于在相同压力下,二氧化碳水合物生成压力比天然气水合物生成压力低,因此当二氧化碳水合物注入可燃冰存储层后,会有一部分天然气水合物转换成更为稳定的二氧化碳水合物。
所以,当加热后的充满微气泡和/或微液滴乳化液的饱和盐水将可燃冰分解后,可以通过微界面发生器8和混合器主体9对二氧化碳和水进行作用,微界面发生器8将二氧化碳气体破碎成微米级的气泡和/或微液滴乳化液注入到水中,通过混合器主体9的作用形成二氧化碳水合物,将其输送至还可燃冰层,与天然气水合物置换完成后,再将天然气输送至海平面。
综上,微界面发生器8和混合器主体9在本公开的作用其实可以有两个,既可以完成饱和盐水和天然气气体的微气泡和/或微液滴乳化液的合成,也可以完成二氧化碳气体的微气泡和/或微液滴乳化液与水的合成。当然,实际开采中使用微界面发生器8和混合器主体9所用到的气体与液体或固体的含量与开采环境及开采量有关,涉及到的突发因素也较多,需要具体问题具体分析。
应当理解,上面是对本公开的说明,而不应被认为是限于所公开的特定实施例,本公开由权利要求书及其等效物限定。
Claims (7)
1.一种海底可燃冰开采***,包括钻井、管道***、摄像***、控制***、气体浓度传感器、气液分离器和气体收集装置,其特征在于,所述摄像***安装在管道***内,所述管道***设在所述钻井内,且所述管道***内设有立管,所述立管靠近海平面的一端设有入口和出口,所述气液分离器连接在所述出口处,所述气体收集装置与所述气液分离器连接;
所述气体浓度传感器设置在所述管道***内靠近海底可燃冰层处;
还包括微界面发生器和混合器主体,所述微界面发生器和混合器主体连接,所述混合器主体连接在所述管道***的入口处;
所述控制***与所述微界面发生器、混合器主体、气体浓度传感器、气液分离器和气体收集装置均连接;
所述混合器主体为气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固多相反应介质的混合腔室;
所述微界面发生器为气泡破碎器和/或液滴破碎器;
所述微界面发生器连接在所述混合器主体的进口端,其设置数量至少为一组。
2.如权利要求1所述的海底可燃冰开采***,其特征在于,所述摄像***包括水下摄像机、水下照明灯、水下以太网电缆、水下安装支架和水面控制装置;所述水面控制装置包括远程控制单元、数据接收单元和供电单元。
3.如权利要求2所述的海底可燃冰开采***,其特征在于,所述摄像***与所述控制***分开独立设置。
4.如权利要求2所述的海底可燃冰开采***,其特征在于,所述水下照明灯为LED灯或卤素灯。
5.如权利要求1所述的海底可燃冰开采***,其特征在于,所述控制***包括控制模块、监测模块、通信模块和显示模块。
6.如权利要求1所述的海底可燃冰开采***,其特征在于,所述气液分离器为管式分离器或旋风式分离器。
7.如权利要求1所述的海底可燃冰开采***,其特征在于,所述管道***内至少有一个立管,所述立管为钢制立。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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