[发明专利]利用表层热海水高效开采天然气水合物的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采领域，尤其是一种利用表层热海水高效开采天然气水合物的装置及方法。

背景技术

已探明我国南海地区赋存天然气水合物资源，初步预测，我国南海地区天然气水合物远景资源量可达上百亿吨油当量。如何开采我国南海地区的水合物资源成为一个关键的问题。开采水合物的方法有减压法、加热法和注化学剂法。天然气水合物的分解过程是一个吸热过程，分解热大约是10⁴J/mol。如果要进行大量的水合物藏的开采，则需要巨大的热能。减压法是利用地层自身的能量来分解水合物，因此很难满足水合物分解所需的大量热量，而注化学剂法使水合物分解的能量来源则是个难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种效率高、能源获取方便的利用表层热海水高效开采天然气水合物的装置，本发明的进一步目的是提供一种利用表层热海水高效开采天然气水合物的方法。

为实现上述目的，本发明利用表层热海水高效开采天然气水合物的方法，具体为：通过循环水管将海面表层高温海水导入到海底的水合物层中，利用水管管壁将高温海水的热量散热到水合物层内，以使水合物温度升高并分解。

进一步，所述循环水管的进口端从海面表层注入高温海水，出口端将散热后的海水排出到海面。

一种实施权利要求1所述方法的利用表层热海水高效开采天然气水合物的装置，包括下水管、散热管和出水管，散热管铺设在海底的水合物层中，散热管的两端分别与下水管、出水管相接通，通过水泵向下水管中注入海面表层高温海水，高温海水流经散热管，并将其热量通过散热管向水合物层散热，以使水合物分解，散热后的海水经由出水管排出。

进一步，所述散热管为直管或波浪型弯曲管结构。

进一步，所述下水管的外壁上设置有保温层。

进一步，所述下水管、散热管和出水管为管径为400mm的钢管。

本发明通过在海底铺设管道，用水泵将表层的热海水注入到管道中，通过注入海水与海底周围环境存在温差和热交换，使水合物吸收热量，分解气体，实现高效开采。本发明充分利用现成的便利资源，能经济、高效地实现海底天然气水合物的开采，可望得到广泛应用，具有较好的市场前景。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为海底用散热管波浪型弯曲布置示意图；

图3为直径为400mm时不同流速下的水头损失曲线图；

图4为流速为1m/s时不同管径下的水头损失曲线图；

图5为管道温降曲线示意图；

图6为不同管径下的沿线温降曲线图；

图7为不同传热系数下的沿线温降曲线图；

图8为不同注入速度下的沿线温降曲线图；

图9为半无限空间内水合物分解示意图；

图10为单台DZS 350×470×2型离心泵的水头损失曲线图；

图11为单台DZS 350×470×2型离心泵的温降曲线曲线图；

图12为水合物分解前沿的移动速率曲线图；

图13为水合物分解前沿随时间的变化曲线图；

图14为水合物储层温度场随时间的变化曲线图；

图15为单位面积上的产气量随时间的变化曲线图；

图16为1平方公里面积上的产气量随时间的变化曲线图；

图17为水合物开采的热效率曲线图。

具体实施方式

天然气水合物的分解过程是一个吸热过程，分解热大约是40～60KJ/mol。对于热带海洋地区，由于太阳照射，海水表面温度较高，海水中储备有巨大的热能。

本发明利用表层热海水高效开采天然气水合物的装置及方法，适用于广泛的热带海洋区域，本实施例中仅以我国南海地区海洋为例。我国南海地区地处热带，由于太阳照射，海水表面温度较高，在靠近海表面的水温约为25～30℃。虽然海水的热流密度低，但由于量大，所以其总热能量是很可观的。

如图1所示，本发明利用表层热海水高效开采天然气水合物的装置，包括下水管1、散热管3和出水管2，散热管3铺设在海底的水合物层4中，散热管3的两端分别与下水管1、出水管2相接通，通过水泵向下水管中注入海面表层高温海水6，高温海水流经散热管3，并将其热量通过散热管3向水合物层4散热，水合物吸收热量温度升高，当温度升高到高于水合物的相平衡温度时，水合物开始分解，释放出甲烷气体，散热后的海水经由出水管2排出。散热管3可为直管，如图2所示，为了增大散热面积，散热管3可为波浪型弯曲管结构。