[发明专利]一种海底天然气水合物开采方法及装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种海底天然气水合物开采方法及装置，属于天然气开采领域。

背景技术

自从首次在自然界发现有天然气水合物大规模赋存以来，许多国家都将目光投 向了这个能量密度高、储量巨大、清洁环保的未来潜在新能源。进入21世纪后，随 着能源短缺加剧，油气价格高涨，全球加快了开发利用天然气水合物的步伐。不少 发达国家如美国、日本、德国、加拿大等国家都投入巨资进行与水合物开采相关的 理论与技术研究。美国制定了甲烷水合物研究和发展中长期规划，预计在2015年进 行商业试开采，日本也计划在2016年正式进行商业生产。海域中发现的水合物数量 占绝大多数，因此开采海底天然气水合物应是未来研究的重心。但海底水合物赋存 在距海底0-1000m深的沉积地层中，海水深度超过500m，埋藏模式很复杂，不像油 气那样大规模聚集。因此，开采方式也有别于传统油气、煤炭等能源开采，它不是 将地下物质原封不动地送至地表，而是用某种方法控制固态水合物在原位分解，达 到只采收天然气的目的。此外还要考虑海底地质灾害和环境气候等因素，这就使得 开采海底水合物比起传统油气来说要复杂和困难的多，因此必须建立全新概念的开 采模式。

开采海底天然气水合物就是要想办法破坏它的相平衡条件从而收集其分解产生 的天然气。根据这一思路，业界提出了常规热激法、减压法、化学抑制剂法、CO₂置换法和混合开采法等多种开采方式。此外还有很多比较有特色的开采方式，比如 火烧法、电磁加热法、井底燃烧法以及埋核废料等，这些方法都属于热激发方式。 常规热激发法主要是将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入天然气水合物 地层，也可采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器，使温度上升从而达到天 然气水合物分解的目的。减压法是通过降低储层压力达到天然气水合物分解的目的。 一般是通过天然气水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个 天然气“囊”(由热激发或化学试剂作用人为形成)，与天然气接触的天然气水合物变 得不稳定并且分解为天然气和水。减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发，因 而可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。化学抑制剂法是将某些 化学试剂如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等从井孔泵入地层，利用这些试剂 可以改变天然气水合物形成相平衡条件的特性，达到引起天然气水合物分解的目的。

上述三种水合物开采方法只是在冻土地区试用过，至今都没有应用到海底水合 物试开采中。除了环境和海底地质灾害等外部因素制约外，它们本身存在的缺陷也 是很重要的原因。对于热激发法来说热损失大、效率低、能耗高是其最大不足。因 为绝大多数水合物分布在超过300m水深的海底沉积物中，有的达几千米，其在海底 埋藏也还有一定厚度。这导致热液会在很长管线中循环，热损失较大也就不可避免 了。减压法和化学试剂法虽有降低能耗之优点，但作用很缓慢，无法满足商业生产要 求。当储层下方没有游离气藏存在时，最初还不能用减压法开采。化学试剂法代价 昂贵，污染环境，且海底水合物所处地层压力较高，不宜采用此方法。因此最好是将 上述三种方法组合起来应用，比如将降压法和热激法结合，但能耗、成本以及污染 仍然是它们在商业大规模开采应用中所不得不面临的难题。虽然井底燃烧的方法热 效率高，但是需要纯氧，存在安全和成本问题。也有学者提出海面分解法，将含水 合物地层沉积物一同开采到地面然后再分解，但这种方面只适合于海底表面水合物 开采，而且该方法需要大体积的容器才能保证较高的日产气量。

发明内容

为克服上述现有技术不足，本发明提供了一种海底天然气水合物开采方法及装 置，该方法利用可再生能源开采海底天然气水合物，将海洋区域丰富的太阳能收集 起来转换为电能，再通过电能转换为热能加热距海底地层一定深处的含天然气水合 物地层，使其中的水合物分解，收集分解产生的天然气。这种方法效率高、能耗低、 可行性强、安全环保，且所用装置简单、成本相对低廉。