[发明专利]一种深海海底天然气水合物采集方法及生产大棚

说明书

本发明属于天然气水合物采集技术领域，首次公开了一种深海海底天然气水合物采集方法及生产大棚，采集方法包括：确定海底水合物稳定区向陆分布边界附近活跃的甲烷渗漏区，获取海底甲烷渗漏原位观测数据，确定甲烷渗漏速率，并评价其经济性；在海底安装生产大棚，安装完毕后，打开监控系统，实时监测海底甲烷渗漏情况和水合物生成进度，评估水合物生成量，并进行水合物采集工作；利用海上平台的天然气水合物采集系统迅速处理大棚内的天然气水合物，继续监测甲烷渗漏情况。本发明能够通过无污染收集系统，收集海底渗漏的大量甲烷；能够防止海底渗漏的甲烷进入海水甚至大气中，造成严重的环境和气候影响，具有资源和环境双重意义。

技术领域

本发明属于天然气水合物采集技术领域，尤其涉及一种深海海底天然气水合物采集方法及生产大棚。

背景技术

目前，海域天然气水合物存储有大量的甲烷，其估算地质储量超过了全球陆地已知天然气地质储量总和，因此被认为是未来的清洁替代能源。除能够提供大量的洁净能源外，天然气水合物由于其埋深较浅、稳定性较差，以及所蕴含的甲烷具有比二氧化碳更强的温室效应等特点，被认为还可能在海洋生态威胁(如海洋酸化)和全球气候变暖等方面发挥重要作用。近年来，“温室效应”和“地球升温”成为全世界关注的热门话题，不少学者认为极地冻土和海域浅部地层中的天然气水合物分解导致的甲烷泄漏可能是影响气候变化的重要因素。

在海洋环境，天然气水合物稳定区是一个向海增厚的楔状体，地震资料上表现为BSR(天然气水合物稳定底界的地震标志)随海底深度变浅而变浅，在某一深度与海底相交(图5-图6)。BSR与海底相交处即为天然气水合物稳定区向陆一侧分布边界LLGHSZ(Landward Limit of Gas Hydrate Stability Zone)。LLGHSZ位置对海底的变化事件最敏感，易受海底洋流、沉积作用、底辟作用等影响而使天然气水合物稳定区发生垂向上的迁移，因此导致天然气水合物的形成或分解。当水合物分解时，LLGHSZ处释放的甲烷气体可能会进入水体，以及附近的冷泉、珊瑚礁等生态系统，甚至大气中，从而造成发生在岩石圈、水圈、生物圈和大气圈之间的碳循环。放的甲烷若进入水体甚至大气中，会对环境和气候产生严重影响。在全球海域，被动大陆边缘LLGHSZ附近的海底存在大量甲烷渗漏特征，如在美国大西洋陆缘50-1700mbsl水深处发现了此前未被发现的570个气体羽状流，其中约440个位于现今LLGHSZ附近，可能与天然气水合物稳定区在海底水温变化时发生的垂向动态迁移有关。Berndt等(2014)认为北极变暖导致水合物分解，从而在LLGHSZ附近发生了大量的甲烷渗漏，进而加速全球变暖。Westbrook等(2009)在西Spitsbergen陆缘地区(北极附近)还计算了气体羽状流的上升速度。据粗略估计，LLGHSZ附近天然气水合物分解释放的甲烷可达20Tg/年，这在每年全球碳循环总量中的占比都是很大的。总之，目前研究已经认识到，全球海域大陆边缘深海区的LLGHSZ附近存在的大量海底甲烷渗漏特征，但针对该特殊位置的大量甲烷渗漏，人类能够做些什么，目前研究中却尚未涉及。另外，由天然气水合物相图可知，天然气水合物稳定曲线和地温梯度曲线相交的位置代表了天然气水合物稳定区的底界，即BSR的位置；而天然气水合物稳定曲线和海水温度变化曲线相交的位置则代表了天然气水合物稳定区的顶界(图7)。但通常情况，由于水合物类似冰块，密度比海水低，在水体中会上浮。因此，通常将海底和BSR之间的区域视为天然气水合物稳定区。但实际上，LLGHSZ附近的水体(尤其是向海一侧)也属于天然气水合物稳定区。深海水合物探测时，研究人员将试管倒扣在该处的甲烷渗漏点上部，在试管壁上迅速形成了天然气水合物晶体。受此现象启发，本发明提出了该深海海底天然气水合物的采集方法，即建立深海天然气水合物生产大棚。