[发明专利]海底可燃冰的开采系统及开采方法

说明书

本发明公开了一种海底可燃冰的开采系统，包括海底开采机构，海底开采机构通过井下接头连接复合材料连续管的下端，复合材料连续管绕过连续管注入提升机构，复合材料连续管的上端固定连接连续管收放机构，复合材料连续管卷绕于连续管收放机构的卷绕盘上；复合材料连续管的上端通过气态可燃冰输送管道连接气态可燃冰液化炉，气态可燃冰液化炉连接液态可燃冰输送管道；所述连续管注入提升机构、连续管收放机构及气态可燃冰液化炉设置于可燃冰海上开采平台上。本发明能够实现海底可燃冰的安全开采，使人类将海底可燃冰作为新能源加以利用成为可能。本发明将彻底解决地球能源短缺的问题。本发明还公开了一种海底可燃冰的开采方法。

技术领域

本发明涉及一种海底可燃冰的开采系统。本发明还涉及一种海底可燃冰的开采方法。

背景技术

可燃冰，即天然气水合物(Natural Gas Hydrate)，分子结构式为CH4·H2O，是在一定条件下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时结合形成的固体笼状结晶化合物，分布于深海海底或陆域的永久冻土中。因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以被称作“可燃冰”。

形成可燃冰至少要满足三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可燃冰在0℃以下生成，一旦超过20℃便会分解，而海底温度一般保持在2～4℃左右，最适合可燃冰的形成；其次是压力要足够大，可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海底的深度，30个大气压很容易保证，并且海底越深压力就越大，可燃冰也就越稳定；第三是要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉积物被细菌分解后会产生甲烷，因此可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。

因此，地球上绝大部分的可燃冰分布在海洋里，据估算，海洋里可燃冰的资源量是陆地上的100倍以上。据最保守的统计，全球海底可燃冰中贮存的甲烷总量约为1.8亿亿立方米(18000×1012m³)，约合1.1万亿吨(11×1012t)，如此数量巨大的能源是人类未来动力的希望，是21世纪具有良好前景的后续能源。可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能源”。1m³体积的可燃冰大概可以分解为164m³体积的甲烷气体和0.8m³淡水。迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上，其中海底可燃冰的储量够人类使用1000 年。

但是，可燃冰的发现在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。要想对可燃冰进行利用，必须将其从海底运送至海面，在运送过程中，可燃冰所处的环境条件会发生明显的变化，压力降低、温度升高，导致甲烷气逸出，固态可燃冰便趋于崩解。不仅无法将海底可燃冰作为能源加以利用，而且如果让海底可燃冰中的甲烷气逃逸到大气中去，其强烈的温室效应会造成气候异常和海面上升，会严重威胁人类赖以生存的环境。另外，固结在海底沉积物中的可燃冰，一旦条件变化使甲烷气从可燃冰中释出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性，使海底软化，会出现大规模的海底滑坡、海沟坍塌等严重事故。因此，如果开采不当，后果绝对是灾难性的。

为了获取这种清洁能源，世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。目前可燃冰的开采方法有以下三种：

热激化开采法：直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使可燃冰分解为水和天然气。

减压开采法：减压开采法是一种通过降低压力促使可燃冰分解的开采方法。

化学试剂注入开采法：通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂，破坏可燃冰矿藏的相平衡条件，促使可燃冰分解。