CN112302626A - 一种海底天然气水合物开采监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种海底天然气水合物开采监测***,包括设置在海洋平台组件上的大气监测单元、海水监测单元、海床监测单元和海底储层监测单元,即大气—海水—海底—储层“四位一体”环境监测***,实现对天然气水合物开采过程中可能的甲烷泄漏、天然气水合物分解导致的近海低温缺氧低盐水的释放、海床变形、储层稳定性等实现实时、多元化和全过程监测。
Description
技术领域
本发明属于海底天然气水合物开发技术领域,具体涉及一种海底天然气水合物开采监测***。
背景技术
天然气水合物是甲烷、乙烷、丙烷等低分子质量的烃类气体在低温高压条件下与水结合形成的一种笼状结构的冰样固态化合物,可直接燃烧,俗称“可燃冰”。
自然界中天然气水合物广泛分布于300m~3000m水深的海域,少部分位于永久冻土带,多以甲烷水合物为主90%,蕴藏量巨大。据测算,全球天然气水合物所含天然气约为3×1016m3~3×1017m3,其热当量相当于目前已探明的所有化石燃料包括煤、石油和天然气总和的2倍,可供人类使用约1000年。与常规油气资源相比,天然气水合物燃烧产生污染较少,是一种真正的清洁能源,有望在21世纪成为继页岩气、致密气、煤层气、油砂之后储量最大的、理想的可替代能源之一。
虽然天然气水合物的研究工作得到世界上很多国家的重视,但是开采技术难、开发成本高、环境隐患大等问题成为制约海底天然气水合物开采的瓶颈,特别是开采带来的环境安全问题。天然气水合物的开采会改变天然气水合物赖以赋存的温压条件,引起天然气水合物的分解。在天然气水合物的开采过程中如果不能有效地实现对温压条件的控制,就可能产生一系列环境安全问题,如温室效应的加剧、海洋生态的变化以及海底滑塌事件等。
针对上述海域天然气水合物开采过程中可能出现的环境风险,海域天然气水合物开采过程必须进行全面的监测。然而,目前在日本南海海槽Nankai Trough和中国南海神狐海域进行的4次海域水合物试采项目虽各自都进行了一定的监测设备布置,但均未全面地对海底天然气水合物开发的上述四方面环境安全问题展开监测,更未形成一套完善的海底天然气水合物开发环境监测***。
发明内容
为了解决现有技术中海底天然气水合物开发环境监测的不足,本发明提出一套完整的海底天然气水合物开采监测***,即大气—海水—海底—储层“四位一体”环境监测***。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种海底天然气水合物开采的监测***,包括设置在海洋平台组件上的大气监测单元、海水监测单元、海床监测单元和海底储层监测单元,其中,所述大气监测单元包括甲烷传感器组件和大气监测数据采集组件,所述大气监测单元用于监测海洋平台附近海面上方大气中甲烷的浓度;所述海水监测单元包括海水甲烷原位传感器组件和海水监测控制组件,所述海水监测单元用于监测海水中甲烷的浓度;所述海床监测单元包括海床监测控制组件,所述海床监测单元用途用于监测海床变形;所述海底储层监测单元包括钻井组件和海底储层监测控制组件,所述海底储层监测单元用于监测储层中的温度、压力和变形。
进一步的,所述大气监测单元中所述甲烷传感器组件通过安装支架组件安装在海洋平台组件11上,所述甲烷传感器组件通过第一电缆组件与设置在海洋平台组件11中的大气监测数据采集组件连接。
进一步的,所述海水监测单元中所述海水甲烷原位传感器组件通过所述第二电缆组件和所述海水监测控制组件连接,所述海水监测控制组件设置在所述海洋平台组件上。
进一步的,所述海床监测控制组件包括声学深拖控制部件、侧扫声纳控制部件、压力监测控制部件和三分量加速度监测控制部件,所述海床监测控制组件设置在所述海洋平台组件上。
进一步的,所述声学深拖***组件通过第三电缆组件和声学深拖控制部件连接,所述声学深拖***组件用于监测海底地形地貌;所述侧扫声纳***组件通过第四电缆组件和侧扫声纳控制部件连接,所述侧扫声纳***组件用于监测海底地貌;所述压力传感器组件通过第五电缆组件和压力监测控制部件连接,所述压力传感器组件用于监测海床上的海水压力;所述三分量加速度传感器组件通过第六电缆组件和三分量加速度监测控制部件连接,所述三分量加速度传感器组件用于监测海床沉降。
进一步的,所述海底储层监测控制组件包括压力监测控制部件、温度监测控制部件、流动电位监测控制部件和取样控制部件,所述海底储层监测控制组件设置在所述海洋平台组件上。
进一步的,所述压力传感器组件通过第七电缆组件与压力监测控制部件连接;所述温度传感器组件通过第八电缆组件与温度监测控制部件连接;所述流动电位组件通过第九电缆组件与流动电位监测控制部件连接;所述取样组件通过不锈钢管组件与取样控制部件连接。
进一步的,所述海洋平台组件为海洋船或海洋钻井平台。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明提供的监测***作为一套完备的监测体系,该监测***考虑了各种可用的监测技术和手段,以便适用于各种环境、地质、经济条件下海底天然气水合物的开采监测;
本发明提供的监测***结构清晰、功能全面,能够实现海底天然气水合物开采的全方位监测,为降低海底天然气水合物开采的环境风险从而实现安全开采提供保障,具有良好的应用前景和商业价值。
本发明提供的监测***考虑各种可用于海底天然气水合物开采监测的监测技术和手段,以便适用于各种环境、地质、经济条件下海域天然气水合物的开采。
本发明提供的监测***可以根据具体项目的实际情况,适当选取其中一些技术组合,形成特定项目最优的监测技术方案。
附图说明
图1为一种海底天然气水合物开采监测***结构示意图
附图中:11—海洋平台组件。
21—甲烷传感器组件;22—安装支架组件;23—第一电缆组件;24—大气监测数据采集组件。
31—海水甲烷原位传感器组件;32—第二电缆组件;33—海水监测控制组件。
41—海床监测控制组件,411—声学深拖***组件;412—第三电缆组件;413—声学深拖控制部件;421—侧扫声纳***组件;422—第四电缆组件;423—侧扫声纳控制部件;431—压力传感器组件;432—第五电缆组件;433—压力监测控制部件;441—三分量加速度传感器组件;442—第六电缆组件;443—三分量加速度监测控制部件。
51—钻井组件;52—海底储层监测控制组件;511—压力传感器组件;512—第七电缆组件;513—温度监测控制部件;521—温度传感器组件;522—第八电缆组件;523—压力监测控制部件;531—流动电位组件;532—第九电缆组件;533—取样控制部件;541—取样组件;542—不锈钢管组件;543—流动电位监测控制部件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
一种海底天然气水合物开采的监测***,它包括海洋平台组件11、大气监测单元、海水监测单元、海床监测单元和海底储层监测单元。
大气监测单元中的甲烷传感器组件21通过安装支架组件22安装在海洋平台组件11上,并通过第一电缆组件23与安置在海洋平台组件11中的大气监测数据采集组件24连接,用于监测海洋平台附近海面上方大气中甲烷的浓度;
海水监测单元中的海水甲烷原位传感器组件31通过第二电缆组件32和海水监测控制组件33连接,用于监测海水中甲烷的浓度;
海床监测单元中的声学深拖***组件411通过第三电缆组件412和海床监测控制组件41中的声学深拖控制部件413连接,侧扫声纳***组件421通过第四电缆组件422和海床监测控制组件41中的侧扫声纳控制部件423连接,压力传感器组件431通过第五电缆组件432和海床监测控制组件41中的压力监测控制部件433连接,三分量加速度传感器组件441通过第六电缆组件442和海床监测控制组件41中的三分量加速度监测控制部件443连接,用于监测海床变形,用于监测储层中的温度、压力和变形;
海底储层监测单元包括钻井组件51和海底储层监测控制组件52,用于监测储层中的温度、压力和变形。
优选的,钻井组件51中设置压力传感器组件511、温度传感器组件521、流动电位组件531和取样组件541,海底储层监测控制组件52设置在海洋平台组件11上,其中压力传感器组件511通过第七电缆组件512与海底储层监测控制组件52中的压力监测控制部件523连接,温度传感器组件521通过第八电缆组件522与海底储层监测控制组件52中的温度监测控制部件513连接,流动电位组件531通过第九电缆组件532与海底储层监测控制组件52中的流动电位监测控制部件543连接;取样组件541通过钻井组件51和不锈钢管组件542与取样组件541通过不锈钢管组件542与海底储层监测控制组件中52的533连接取样控制部件。
利用本发明进行海底天然气水合物开采监测的方法如下:
1、将本发明的各单元、组件、部件按照上述连接关系连接,集成完整的海底天然气水合物开发监测***。
2、按照实际项目的监测方案设定的监测频率,利用本发明中的各监测单元分别开展相应的监测。
总之,本发明克服了现有海底天然气水合物开发环境监测的上述不足,提出一套完整的海底天然气水合物开采监测***,作为一套完备的监测体系,该监测***考虑了各种可用的监测技术和手段,以便适用于各种环境、地质、经济条件下海底天然气水合物的开采监测。该***结构清晰、功能全面,能够实现海底天然气水合物开采的全方位监测,为降低海底天然气水合物开采的环境风险从而实现安全开采提供保障,具有良好的应用前景和商业价值。
应用该监测***,对于不同环境、地质、经济条件下海域天然气水合物的开采,可适当选取其中一些技术组合,形成特定项目最优的监测技术方案。监测方案需要对天然气水合物开采过程中可能的甲烷泄漏、天然气水合物分解导致的近海低温缺氧低盐水的释放、海床变形、储层稳定性等实现实时、多元化和全过程监测。
Claims (8)
1.一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,包括设置在海洋平台组件(11)上的大气监测单元、海水监测单元、海床监测单元和海底储层监测单元,其中,所述大气监测单元包括甲烷传感器组件(21)和大气监测数据采集组件(24),所述大气监测单元用于监测海洋平台附近海面上方大气中甲烷的浓度;所述海水监测单元包括海水甲烷原位传感器组件(31)和海水监测控制组件(33),所述海水监测单元用于监测海水中甲烷的浓度;所述海床监测单元包括海床监测控制组件(41),所述海床监测单元用于监测海床变形;所述海底储层监测单元包括钻井组件(51)和海底储层监测控制组件(52),所述海底储层监测单元用于监测储层中的温度、压力和变形。
2.根据权利要求1所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述大气监测单元中所述甲烷传感器组件(21)通过安装支架组件(22)安装在海洋平台组件(11)上,所述甲烷传感器组件(21)通过第一电缆组件(23)与设置在海洋平台组件(11)中的大气监测数据采集组件(24)连接。
3.根据权利要求1所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述海水监测单元中所述海水甲烷原位传感器组件(31)通过所述第二电缆组件(32)和所述海水监测控制组件(33)连接,所述海水监测控制组件(33)设置在所述海洋平台组件(11)上。
4.根据权利要求1所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述海床监测控制组件(41)包括声学深拖控制部件(413)、侧扫声纳控制部件(423)、压力监测控制部件(433)和三分量加速度监测控制部件(443),所述海床监测控制组件(41)设置在所述海洋平台组件(11)上。
5.根据权利要求4所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述声学深拖***组件(411)通过第三电缆组件(412)和声学深拖控制部件(413)连接,所述声学深拖***组件用于监测海底地形地貌;所述侧扫声纳***组件(421)通过第四电缆组件(422)和侧扫声纳控制部件(423)连接,所述侧扫声纳***组件用于监测海底地貌;所述压力传感器组件(431)通过第五电缆组件(432)和压力监测控制部件(433)连接,所述压力传感器组件用于监测海床上的海水压力;所述三分量加速度传感器组件(441)通过第六电缆组件(442)和三分量加速度监测控制部件(443)连接,所述三分量加速度传感器组件用于监测海床沉降。
6.根据权利要求1所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述海底储层监测控制组件(52)包括压力监测控制部件(523)、温度监测控制部件(513)、流动电位监测控制部件(543)和取样控制部件(533),所述海底储层监测控制组件(52)设置在所述海洋平台组件(11)上。
7.根据权利要求6所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述压力传感器组件(511)通过第七电缆组件(512)与压力监测控制部件(523)连接;所述温度传感器组件(521)通过第八电缆组件(522)与温度监测控制部件(513)连接;所述流动电位组件(531)通过第九电缆组件(532)与流动电位监测控制部件(543)连接;所述取样组件(541)通过不锈钢管组件(542)与取样控制部件(533)连接。
8.根据权利要求1所述的一种海底天然气水合物开采的监测***,其特征在于,所述海洋平台组件(11)为海洋船或海洋钻井平台。
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