外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置及方法，屬于天然氣采集技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括母船和內(nèi)空的天然氣收集罩，所述母船上設(shè)有天然氣收儲裝置，所述天然氣收儲裝置通過采氣管路連接天然氣收集罩頂部，所述天然氣收集罩通過隔水管連接至母船底部，所述采氣管路設(shè)于隔水管內(nèi)；所述天然氣收集罩底部四周布置有錨定系統(tǒng)，在天然氣收集罩的底部設(shè)有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述天然氣收集罩外壁上設(shè)有推進系統(tǒng)，所述天然氣收集罩的外壁上設(shè)有密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述天然氣收集罩內(nèi)部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和攪動系統(tǒng)。本發(fā)明主要解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題。
【專利說明】
外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及天然氣采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其是海底天然氣水合物采集技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]海底天然氣水合物是甲烷氣體在海底的低溫高壓環(huán)境下與水分子結(jié)合形成的結(jié)晶體，是一種儲量巨大的清潔能源，有希望替代石油、煤炭成為主要能源。天然氣水合物廣泛分布于海底沉積層，具有儲量大、弱膠結(jié)、穩(wěn)定性差的特點，一旦所在區(qū)域的溫度、壓力條件發(fā)生變化，就可能導(dǎo)致海底天然氣水合物的大量分解、氣化和自由釋放。
[0003]由于天然氣水合物主要分解為甲烷氣體和水，然而甲烷氣體是溫室氣體，大量釋放到大氣中會造成溫室效應(yīng)，對環(huán)境造成嚴重破壞。如何保證開采海底的天然氣水合物的過程中天然氣不泄露、不逸散以及如何高效率的分解天然氣水合物，都是目前海底天然氣水合物礦藏開發(fā)的主要研究方向。
[0004]現(xiàn)有天然氣水合物開采技術(shù)中，通常通過降壓法、注熱法或者注化學(xué)試劑法等，將海底具的天然氣水合物礦藏轉(zhuǎn)化為氣體和水，對轉(zhuǎn)化后得到的氣體進行收集，再通過水下生產(chǎn)設(shè)施或浮式生產(chǎn)設(shè)施進行生產(chǎn)，目前還沒有一種成熟的海底天然氣水合物的開采辦法及系統(tǒng)正式投入商業(yè)運行，美國、日本等國均進行實驗性質(zhì)的開采。
[0005]主要原因是現(xiàn)有的開采辦法都比較復(fù)雜，成本高，而且缺乏可控性和可操作性，容易引起甲烷氣體的泄漏，造成環(huán)境污染和大氣的溫室效應(yīng)，開采效率也無法達到工業(yè)開發(fā)最低要求，均還處于試驗室探索階段，無法投入商業(yè)運營。因此，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)綠色環(huán)保，經(jīng)濟高效的開采系統(tǒng)，實現(xiàn)對海底天然氣水合物的開采。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置及方法，主要解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題，本發(fā)明突破常規(guī)思維模式，巧妙地利用壓力調(diào)節(jié)形成負壓和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)增溫，來促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率，為海底天然氣水合物的開采提供新方向；可見，本發(fā)明可通過對密度、壓力、溫度的控制以保證穩(wěn)定生產(chǎn)，天然氣采集方便、采集效率高，能多次重復(fù)使用。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，包括母船和內(nèi)空的天然氣收集罩，所述母船上設(shè)有天然氣收儲裝置，所述天然氣收儲裝置通過采氣管路連接天然氣收集罩頂部，所述天然氣收集罩通過隔水管連接至母船底部，所述采氣管路設(shè)于隔水管內(nèi)；所述天然氣收集罩底部四周布置有錨定系統(tǒng)，在天然氣收集罩的底部設(shè)有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述天然氣收集罩外壁上設(shè)有推進系統(tǒng)，所述天然氣收集罩的外壁上設(shè)有密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述天然氣收集罩內(nèi)部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和攪動系統(tǒng)，所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括供熱裝置、供熱管路和熱交換器，所述母船上設(shè)有供熱裝置，所述供熱裝置上連接有供熱管路，所述供熱管路穿過隔水管與天然氣收集罩內(nèi)的熱交換器連接，其中若干熱交換器固定于殼體的內(nèi)壁，并通過閥門與供熱管路連接。
[0008]由于上述結(jié)構(gòu)，母船用于操作人員在海面上進行操作和控制。天然氣收集罩可罩于指定區(qū)域的海底泥床上，并對該區(qū)域的海底泥床進行密封，并對該區(qū)域內(nèi)的天然氣進行收集，并通過天然氣采氣管路傳送至母船上的天然氣收儲裝置進行收儲。隔水管用于將采氣管路、氣壓管路、供氧管路和電纜等全部置于其中，避免海水對其的腐蝕，確保其壽命。錨定系統(tǒng)設(shè)于天然氣收集罩底部四周，可將收集罩密封固定于海底泥床上，確保進行天然氣收集過程中發(fā)生泄漏。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可將收集罩內(nèi)的液體排出，使密閉的收集罩內(nèi)形成負壓，促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采。而攪動系統(tǒng)則，是可是在指定區(qū)域采集一定時間后，通過攪動系統(tǒng)對海底泥床進行攪動，從而促使海底泥床的深層水合物分解。推進系統(tǒng)，可用于將天然氣收集罩下放到指定區(qū)域時，對收集罩進行微調(diào)，以確保收集罩的精確定位。而密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則是對天然氣收集罩本身的密度進行調(diào)節(jié)，從而控制收集罩的上提和下放。將所有浮力模塊設(shè)于收集罩外壁上，使得浮力模塊便于安裝和固定，且收集罩同樣不易受外部環(huán)境的影響而產(chǎn)生移動，更利于運輸和保存。其中在天然氣收集罩的內(nèi)壁固定有若干的熱交換器，而這些熱交換器通過供熱管路連接至供熱裝置上，可見通過供熱裝置可直接向天然氣收集罩內(nèi)的熱交換器提供熱能，而熱能通過供熱管路傳送至熱交換器，使熱交換器在天然氣收集罩的內(nèi)壁進行熱交換，從而將熱能傳遞至天然氣收集罩內(nèi)，當收集罩內(nèi)溫度過低時，可通過供熱裝置向收集罩內(nèi)的熱交換器傳遞熱能，熱能在收集罩的內(nèi)壁進進行熱交換，使得整個收集罩及其內(nèi)部的熱能分布均勻，從而避免收集罩內(nèi)局部溫度過高，形成較大的溫差，造成天然氣瞬間膨脹壓力瞬間增大，而帶來的危險事故，確保生產(chǎn)安全。本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，主要解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題，本發(fā)明突破常規(guī)思維模式，巧妙地利用壓力調(diào)節(jié)形成負壓和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)增溫，來促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率，為海底天然氣水合物的開采提供新方向；可見，本發(fā)明可通過對密度、壓力、溫度的控制以保證穩(wěn)定生產(chǎn)，天然氣采集方便、采集效率高，能多次重復(fù)使用。
[0009]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括浮力模塊、供壓模塊和氣壓管路;其中若干浮力模塊布置于殼體的外壁上，所述浮力模塊包括密封的內(nèi)空箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)電子液位計，所述箱體上設(shè)有連通內(nèi)外的排水管與進氣管，所有浮力模塊的進氣管并聯(lián)于氣壓管路上，所述氣壓管路固定于殼體的外壁上并從隔水管中穿過連接至供壓模塊。
[0010]由于上述結(jié)構(gòu)，密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過供壓模塊產(chǎn)生壓力氣體，并通過氣壓管路向浮力模塊的箱體內(nèi)供入壓力氣體，從而可將箱體內(nèi)的水排出，從而降低收集罩本身的密度進行上提;相反在進行收集罩的下放時，可通過控制箱體內(nèi)的壓力氣體排出，海水進入箱體內(nèi)增加收集罩本身的密度，使收集罩下放至海底泥床。將所有浮力模塊設(shè)于收集罩的內(nèi)、外層殼體間，從而使收集罩整體的結(jié)構(gòu)更緊湊更簡單，且收集罩不易受外部環(huán)境的影響而產(chǎn)生移動，更利于運輸和保存。
[0011]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述天然氣收集罩包括殼體、頂部平臺、擋板和吊環(huán)，所述殼體包括內(nèi)外層殼體，所述殼體呈內(nèi)空的金字塔形結(jié)構(gòu)，所述殼體的頂部設(shè)為頂部平臺，所述殼體的底邊上密封連接有一圈環(huán)形擋板，所述殼體的外壁中部設(shè)有若干吊環(huán)。
[0012]由于上述結(jié)構(gòu)，內(nèi)空的金字塔形結(jié)構(gòu)的殼體，使殼體便于生產(chǎn)制造，且結(jié)構(gòu)更加可靠，更利于天然氣集中于殼體的內(nèi)頂部，便于天氣的收集。內(nèi)外層殼體之間可用于設(shè)置浮力模塊，從而使得整個收集罩結(jié)構(gòu)更緊湊;頂部平臺用于連接隔水管，便于母船與收集罩之間進行連接。殼體的底邊的環(huán)形擋板，可將收集罩底部與海底泥床進行密封，從而可確保收集罩內(nèi)形成負壓，促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采。吊環(huán)，一方面可用于將收集罩進行起吊，另一方面可用于連接漂浮的浮力模塊，提高對收集罩浮力的控制能力。
[0013]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述錨定系統(tǒng)設(shè)于天然氣收集罩底部四周，所述錨定系統(tǒng)包括螺桿、電動機、傳動裝置和密閉的錨固殼，所述錨固殼固定于擋板上部，所述錨固殼內(nèi)固定有電動機，所述電動機連接傳動裝置并驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)運動，所述螺桿穿出銷固殼的底部。
[0014]由于上述結(jié)構(gòu)，可利用電動機通過傳動裝置控制螺桿，將螺桿伸入到海底泥床中，將收集罩固定于海底泥床上，確保收集罩的密封性和穩(wěn)定性，避免海底環(huán)境因素對收集罩的影響，從而可有效地避免在分解收集和開采的過程中，天然氣的逸散和泄露的問題。
[0015]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述采氣管路的一端位于頂部平臺并連通天然氣收集罩內(nèi)部，另一端位于母船上連接天然氣收儲裝置;其中隔水管內(nèi)穿設(shè)有采氣管路、氣壓管路、供氧管路和電纜。
[0016]由于上述結(jié)構(gòu)，采氣管路主要用于連接天然氣收集罩和天然氣收儲裝置，可將收集罩內(nèi)收集的天然氣，經(jīng)采氣管路將天然氣傳輸至天然氣收儲裝置。其中隔水管可用于將母船與收集罩之間連接的管路及電纜等，有效地對管路和電纜進行保護，使其壽命更加長久。
[0017]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)于天然氣收集罩的底部，所述壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括潛水栗和吸水箱，所述吸水箱置于天然氣收集罩內(nèi)部，所述潛水栗固定于天然氣收集罩上，所述潛水栗通過進水軟管連通吸水箱，所述潛水栗通過出水管連通至天然氣收集罩外部。
[0018]由于上述結(jié)構(gòu)，該壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可通過吸水箱，將收集罩內(nèi)部的海水通過進水軟管及潛水栗排出至收集罩外部，從而使收集罩內(nèi)部形成負壓，更利于促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率；同時壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)還能確保天然氣收集罩的內(nèi)部壓力穩(wěn)定。
[0019]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述天然氣收集罩的內(nèi)部下側(cè)設(shè)有攪動系統(tǒng)，所述攪動系統(tǒng)包括行車和水射流裝置，所述行車固定于殼體內(nèi)壁，所述水射流裝置安裝于行車上能隨行車移動。
[0020]由于上述結(jié)構(gòu)，當同一指定海底區(qū)域內(nèi)的天然氣水合物采集一定時間后，啟動攪動系統(tǒng)，控制水射流裝置對準海底泥床并噴出高壓水流，攪動海底泥床促使深層水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率。
[0021]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述推進系統(tǒng)包括有搭載平臺、螺旋槳推進器和電機，所述搭載平臺固定在天然氣收集罩外側(cè)中部，電機連接螺旋槳推進器安裝在搭載平臺上。
[0022]由于上述結(jié)構(gòu)，當收集罩下放至接近預(yù)定位置時，可啟動推進系統(tǒng)將天然氣收集罩進行位置微調(diào)，可確保收集罩到達預(yù)定位置，更利于對預(yù)定區(qū)域內(nèi)天然氣的收集。
[0023]本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，所述天然氣收集罩內(nèi)設(shè)有監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度與壓力監(jiān)測裝置、及殼體應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述溫度與壓力監(jiān)測裝置安裝在頂部平臺內(nèi)部，若干殼體應(yīng)力監(jiān)測裝置安裝在天然氣收集罩的殼體外部;所述監(jiān)測系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、錨定系統(tǒng)、攪動系統(tǒng)及密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過電纜連接于控制中心。
[0024]由于上述結(jié)構(gòu)，監(jiān)測系統(tǒng)可實施地監(jiān)測收集罩內(nèi)及收集罩上的壓力值、溫度值，從而可實時地對收集罩進行監(jiān)控，避免天然氣收集罩上的壓力過大發(fā)生危險，確保操作安全可靠;或者溫度過低不能進行天然氣的采集，提高天然氣的采集率。
[0025]本發(fā)明的內(nèi)置浮箱熱水加熱壁面的海底天然氣水合物采集方法，通過以下步驟實現(xiàn):
步驟1、母船運輸若干天然氣收集罩到指定海底區(qū)域，控制密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)向浮力模塊內(nèi)充水，控制天然氣收集罩下放至接近預(yù)定位置時，啟動推進系統(tǒng)將天然氣收集罩進行位置微調(diào)；
步驟2、天然氣收集罩達到預(yù)定位置后，控制環(huán)形擋板插入海底泥床，啟動錨定系統(tǒng)使螺桿伸入海底泥床內(nèi)，將天然氣收集罩固定并密封；
步驟3、開啟壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，排出天然氣收集罩內(nèi)部的海水，使天然氣收集罩內(nèi)部形成負壓促使水合物分解，天然氣水合物通過采氣管路收集至天然氣收儲裝置內(nèi)處理與儲存，同時監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測天然氣收集罩內(nèi)部壓力變化，實時調(diào)整壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保天然氣收集罩的內(nèi)部壓力穩(wěn)定；
步驟4、監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測天然氣收集罩內(nèi)部溫度值，并將檢測溫度值與設(shè)定值進行比較，若溫度值較低時，啟動溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，供熱裝置將熱能通過供熱管路傳遞至熱交換器，熱交換器在天然氣收集罩內(nèi)壁進行熱交換，提高天然氣收集罩的內(nèi)部溫度，當溫度值達到預(yù)設(shè)值時，控制供熱裝置停止供應(yīng)熱能；
步驟5、當同一指定海底區(qū)域內(nèi)的天然氣水合物采集一定時間后，啟動攪動系統(tǒng)，控制水射流裝置對準海底泥床并噴出高壓水流，攪動海底泥床促使深層水合物分；
步驟6、當指定海底區(qū)域的天然氣開采完成后，密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過向浮力模塊供氣，降低天然氣收集罩的整體密度，錨定系統(tǒng)解除固定，天然氣收集罩上并浮脫離與海底泥床的接觸，推進系統(tǒng)推動天然氣收集罩移動到下一個待開采域，重復(fù)步驟2至步驟5。
[0026]由于上述方法，通過精度的天然氣收集罩的控制，應(yīng)用在海底天然氣收集上，為海底天然氣水合物的開采提供新方向。本發(fā)明的采集方法，解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題，本發(fā)明突破常規(guī)思維模式，巧妙地利用壓力調(diào)節(jié)形成負壓和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)增溫，來促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率，能多次重復(fù)使用，壽命長久。
[0027]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是: 1、本發(fā)明的內(nèi)置浮箱熱水加熱壁面的海底天然氣收集裝置及方法，主要解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題，本發(fā)明突破常規(guī)思維模式，巧妙地利用壓力調(diào)節(jié)形成負壓和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)增溫，來促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率，為海底天然氣水合物的開采提供新方向。
[0028]2、本發(fā)明可通過對密度、壓力、溫度的控制以保證穩(wěn)定生產(chǎn)，天然氣采集方便、采集效率高，能多次重復(fù)使用，且構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)巧妙，壽命長久，可廣泛用于海底天然氣采集，適用范圍廣，適合推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0029]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明中A向的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖3是本發(fā)明中浮力模塊的示意圖。
[0032]圖中標記:1-天然氣收集罩，101-殼體，102-頂部平臺，103-擋板，104-吊環(huán)；2_密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，201-浮力模塊，202-供壓模塊，203、11-氣壓管路，204-電動閥門，205-進氣管，206-排水管，207電子液位計;3-壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，301-潛水栗，302-吸水箱;4-溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，401-供熱管路、402-供熱裝置、403-熱交換器;5-母船，6-推進系統(tǒng)，7-天然氣收儲裝置，8-錨定系統(tǒng)，801-螺桿，802-電動機，803-傳動裝置;9-攪動系統(tǒng)，10-監(jiān)測系統(tǒng)，12-采氣管路，13-隔水管。
【具體實施方式】
[0033]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0034]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0035]如圖1至圖3所示，本發(fā)明的內(nèi)置浮箱熱水加熱壁面的海底天然氣收集裝置，包括母船5和內(nèi)空的天然氣收集罩I，所述母船5上設(shè)有天然氣收儲裝置7，所述天然氣收儲裝置7通過采氣管路12連接天然氣收集罩I頂部，所述天然氣收集罩I通過隔水管13連接至母船5底部，所述采氣管路12設(shè)于隔水管13內(nèi)；所述天然氣收集罩I底部四周布置有錨定系統(tǒng)8，在天然氣收集罩I的底部設(shè)有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3，所述天然氣收集罩I外壁上設(shè)有推進系統(tǒng)6，所述天然氣收集罩I的側(cè)壁內(nèi)設(shè)有密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)2，所述天然氣收集罩I內(nèi)部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)4和攪動系統(tǒng)9，所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)4包括供熱裝置402、供熱管路401和熱交換器403，所述母船5上設(shè)有供熱裝置402，所述供熱裝置402上連接有供熱管路401，所述供熱管路401穿過隔水管13連接至天然氣收集罩I內(nèi)的熱交換器403，其中若干熱交換器403固定于天然氣收集罩I的內(nèi)壁，并通過閥門與供熱管路401連接。
[0036]其中所述密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)2包括浮力模塊201、供壓模塊202和氣壓管路203;所述天然氣收集罩I上設(shè)置的內(nèi)、外層殼體間布置有若干浮力模塊201，所述浮力模塊201包括密封的內(nèi)空箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)電子液位計207，所述箱體上設(shè)有連通內(nèi)外的排水管206與進氣管205，所有浮力模塊201的進氣管205并聯(lián)于氣壓管路203上，所述氣壓管路203固定于天然氣收集罩I的外殼上并從隔水管13中穿過連接至供壓模塊202，所述供壓模塊202設(shè)于母船5上。
[0037]其中所述天然氣收集罩I包括殼體101、頂部平臺102、擋板103和吊環(huán)104，所述殼體101包括內(nèi)外層殼體，所述殼體101呈內(nèi)空的金字塔形結(jié)構(gòu)，所述殼體101的頂部設(shè)為頂部平臺102，所述殼體101的底邊上密封連接有一圈環(huán)形擋板103，所述殼體101的外壁中部設(shè)有若干吊環(huán)104。
[0038]其中所述錨定系統(tǒng)8設(shè)于天然氣收集罩I底部四周，所述錨定系統(tǒng)8包括螺桿801、電動機802、傳動裝置803和密閉的錨固殼，所述錨固殼固定于擋板103上部，所述錨固殼內(nèi)固定有電動機802，所述電動機802連接傳動裝置803并驅(qū)動螺桿801旋轉(zhuǎn)運動，所述螺桿801穿出銷固殼的底部。
[0039]其中所述采氣管路12的一端位于頂部平臺102并連通天然氣收集罩I內(nèi)部，另一端位于母船5上連接天然氣收儲裝置7;其中隔水管13內(nèi)穿設(shè)有采氣管路12、氣壓管路203、供氧管路401和電纜。
[0040]其中所述壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3設(shè)于天然氣收集罩I的底部，所述壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3包括潛水栗301和吸水箱302，所述吸水箱302置于天然氣收集罩I內(nèi)部，所述潛水栗301固定于天然氣收集罩I上，所述潛水栗301通過進水軟管連通吸水箱302，所述潛水栗301通過出水管連通至天然氣收集罩I外部。
[0041]其中所述天然氣收集罩I的內(nèi)部下側(cè)設(shè)有攪動系統(tǒng)9，所述攪動系統(tǒng)9包括行車901和水射流裝置902，所述行車901固定于殼體101內(nèi)壁，所述水射流裝置902安裝于行車901上能隨行車移動。
[0042]其中所述推進系統(tǒng)6包括有搭載平臺601、螺旋槳推進器602和電機603，所述搭載平臺601固定在天然氣收集罩I外側(cè)中部，電機603連接螺旋槳推進器622安裝在搭載平臺601 上。
[0043]其中所述天然氣收集罩I內(nèi)設(shè)有監(jiān)測系統(tǒng)10，所述監(jiān)測系統(tǒng)10包括溫度與壓力監(jiān)測裝置、及殼體應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述溫度與壓力監(jiān)測裝置安裝在頂部平臺102內(nèi)部，若干殼體應(yīng)力監(jiān)測裝置安裝在天然氣收集罩I的殼體101外部;所述監(jiān)測系統(tǒng)10、推進系統(tǒng)6、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3、錨定系統(tǒng)8、攪動系統(tǒng)9及密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)2分別通過電纜連接于控制中心。
[0044]母船用于操作人員在海面上進行操作和控制。天然氣收集罩可罩于指定區(qū)域的海底泥床上，并對該區(qū)域的海底泥床進行密封，并對該區(qū)域內(nèi)的天然氣進行收集，并通過天然氣采氣管路傳送至母船上的天然氣收儲裝置進行收儲。隔水管用于將采氣管路、氣壓管路、供氧管路和電纜等全部置于其中，避免海水對其的腐蝕，確保其壽命。錨定系統(tǒng)設(shè)于天然氣收集罩底部四周，可將收集罩密封固定于海底泥床上，確保進行天然氣收集過程中發(fā)生泄漏。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可將收集罩內(nèi)的液體排出，使密閉的收集罩內(nèi)形成負壓，促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采。而攪動系統(tǒng)則，是可是在指定區(qū)域采集一定時間后，通過攪動系統(tǒng)對海底泥床進行攪動，從而促使海底泥床的深層水合物分解。推進系統(tǒng)，可用于將天然氣收集罩下放到指定區(qū)域時，對收集罩進行微調(diào)，以確保收集罩的精確定位。而密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則是對天然氣收集罩本身的密度進行調(diào)節(jié)，從而控制收集罩的上提和下放。將所有浮力模塊設(shè)于收集罩外壁上，使得浮力模塊便于安裝和固定，且收集罩同樣不易受外部環(huán)境的影響而產(chǎn)生移動，更利于運輸和保存。其中在天然氣收集罩的內(nèi)壁固定有若干的熱交換器，而這些熱交換器通過供熱管路連接至供熱裝置上，可見通過供熱裝置可直接向天然氣收集罩內(nèi)的熱交換器提供熱能，而熱能通過供熱管路傳送至熱交換器，使熱交換器在天然氣收集罩的內(nèi)壁進行熱交換，從而將熱能傳遞至天然氣收集罩內(nèi)，當收集罩內(nèi)溫度過低時，可通過供熱裝置向收集罩內(nèi)的熱交換器傳遞熱能，熱能在收集罩的內(nèi)壁進進行熱交換，使得整個收集罩及其內(nèi)部的熱能分布均勻，從而避免收集罩內(nèi)局部溫度過高，形成較大的溫差，造成天然氣瞬間膨脹壓力瞬間增大，而帶來的危險事故，確保生產(chǎn)安全。本發(fā)明的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，主要解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題，本發(fā)明突破常規(guī)思維模式，巧妙地利用壓力調(diào)節(jié)形成負壓和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)增溫，來促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率，為海底天然氣水合物的開采提供新方向；可見，本發(fā)明可通過對密度、壓力、溫度的控制以保證穩(wěn)定生產(chǎn)，天然氣采集方便、采集效率高，能多次重復(fù)使用。
[0045]本發(fā)明的內(nèi)置浮箱熱水加熱壁面的海底天然氣水合物采集方法，通過以下步驟實現(xiàn):
步驟一、母船5運輸若干天然氣收集罩I到指定海底區(qū)域，控制密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)2向浮力模塊201內(nèi)充水，控制天然氣收集罩I下放至接近預(yù)定位置時，啟動推進系統(tǒng)6將天然氣收集罩I進行位置微調(diào)；
步驟二、天然氣收集罩I達到預(yù)定位置后，控制環(huán)形擋板103插入海底泥床，啟動錨定系統(tǒng)5使螺桿801伸入海底泥床內(nèi)，將天然氣收集罩I固定并密封；
步驟三、開啟壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3，排出天然氣收集罩I內(nèi)部的海水，使天然氣收集罩I內(nèi)部形成負壓促使水合物分解，天然氣水合物通過采氣管路12收集至天然氣收儲裝置7內(nèi)處理與儲存，同時監(jiān)測系統(tǒng)10監(jiān)測天然氣收集罩I內(nèi)部壓力變化，實時調(diào)整壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3的工作狀態(tài)，確保天然氣收集罩I的內(nèi)部壓力穩(wěn)定；
步驟四、監(jiān)測系統(tǒng)10監(jiān)測天然氣收集罩I內(nèi)部溫度值，并將檢測溫度值與設(shè)定值進行比較，若溫度值較低時，啟動溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)4，供熱裝置402將熱能通過供熱管路401傳遞至熱交換器403，熱交換器403在天然氣收集罩I內(nèi)壁進行熱交換，提高天然氣收集罩I的內(nèi)部溫度，當溫度值達到預(yù)設(shè)值時，控制供熱裝置402停止供應(yīng)熱能；
步驟五、當同一指定海底區(qū)域內(nèi)的天然氣水合物采集一定時間后，啟動攪動系統(tǒng)9，控制水射流裝置902對準海底泥床并噴出高壓水流，攪動海底泥床促使深層水合物分；
步驟六、當指定海底區(qū)域的天然氣開采完成后，密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)2通過向浮力模塊201供氣，降低天然氣收集罩I的整體密度，錨定系統(tǒng)8解除固定，天然氣收集罩I上并浮脫離與海底泥床的接觸，推進系統(tǒng)6推動天然氣收集罩I移動到下一個待開采域，重復(fù)步驟2至步驟5。
[0046]通過精度的天然氣收集罩的控制，應(yīng)用在海底天然氣收集上，為海底天然氣水合物的開采提供新方向。本發(fā)明的采集方法，解決了海底泥床的天然氣水合物，在分解收集和開采的過程中，不會形成天然氣的逸散和泄露的問題，本發(fā)明突破常規(guī)思維模式，巧妙地利用壓力調(diào)節(jié)形成負壓和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)增溫，來促使海底泥床種的天然氣水合物分解，利于海底天然氣水合物的開采，繼而大大地提高天然氣的采集率，能多次重復(fù)使用，壽命長久。
[0047]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項】
1.外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:包括母船(5)和內(nèi)空的天然氣收集罩(I)，所述母船(5)上設(shè)有天然氣收儲裝置(7)，所述天然氣收儲裝置(7)通過采氣管路(12)連接天然氣收集罩(I)頂部，所述天然氣收集罩(I)通過隔水管(13)連接至母船(5)底部，所述采氣管路(12)設(shè)于隔水管(13)內(nèi)；所述天然氣收集罩(I)底部四周布置有錨定系統(tǒng)(8)，在天然氣收集罩(I)的底部設(shè)有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)，所述天然氣收集罩(I)外壁上設(shè)有推進系統(tǒng)(6)，所述天然氣收集罩(I)的外壁上設(shè)有密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)，所述天然氣收集罩(I)內(nèi)部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(4)和攪動系統(tǒng)(9)，所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(4)包括供熱裝置(402)、供熱管路(401)和熱交換器(403)，所述母船(5)上設(shè)有供熱裝置(402)，所述供熱裝置(402)上連接有供熱管路(401)，所述供熱管路(401)穿過隔水管(13)與天然氣收集罩(I)內(nèi)的熱交換器(403)連接，其中若干熱交換器(403)固定于殼體(101)的內(nèi)壁，并通過閥門與供熱管路(401)連接。2.如權(quán)利要求1所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)包括浮力模塊(201)、供壓模塊(202)和氣壓管路(203);其中若干浮力模塊(201)布置于殼體(101)的外壁上，所述浮力模塊(201)包括密封的內(nèi)空箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)電子液位計(207)，所述箱體上設(shè)有連通內(nèi)外的排水管(206)與進氣管(205)，所有浮力模塊(201)的進氣管(205)并聯(lián)于氣壓管路(203)上，所述氣壓管路(203)固定于殼體(101)的外壁上并從隔水管(13)中穿過連接至供壓模塊(202)。3.如權(quán)利要求2所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述天然氣收集罩(I)包括殼體(101)、頂部平臺(102)、擋板(103)和吊環(huán)(104)，所述殼體(101)包括內(nèi)外層殼體，所述殼體(101)呈內(nèi)空的金字塔形結(jié)構(gòu)，所述殼體(101)的頂部設(shè)為頂部平臺(1 2 )，所述殼體(1I)的底邊上密封連接有一圈環(huán)形擋板(1 3 )，所述殼體(1I)的外壁中部設(shè)有若干吊環(huán)(104)。4.如權(quán)利要求3所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述錨定系統(tǒng)(8)設(shè)于天然氣收集罩(I)底部四周，所述錨定系統(tǒng)(8)包括螺桿(801)、電動機(802)、傳動裝置(803)和密閉的錨固殼，所述錨固殼固定于擋板(103)上部，所述錨固殼內(nèi)固定有電動機(802)，所述電動機(802)連接傳動裝置(803)并驅(qū)動螺桿(801)旋轉(zhuǎn)運動，所述螺桿(801)穿出銷固殼的底部。5.如權(quán)利要求3所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述采氣管路(12)的一端位于頂部平臺(102)并連通天然氣收集罩(I)內(nèi)部，另一端位于母船(5)上連接天然氣收儲裝置(7);其中隔水管(13)內(nèi)穿設(shè)有采氣管路(12)、氣壓管路(203)、供氧管路(401)和電纜。6.如權(quán)利要求3或4或5所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)設(shè)于天然氣收集罩(I)的底部，所述壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)包括潛水栗(301)和吸水箱(302)，所述吸水箱(302)置于天然氣收集罩(I)內(nèi)部，所述潛水栗(301)固定于天然氣收集罩(I)上，所述潛水栗(301)通過進水軟管連通吸水箱(302)，所述潛水栗(301)通過出水管連通至天然氣收集罩(I)外部。7.如權(quán)利要求6所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述天然氣收集罩(I)的內(nèi)部下側(cè)設(shè)有攪動系統(tǒng)(9 )，所述攪動系統(tǒng)(9)包括行車(901)和水射流裝置(902)，所述行車(901)固定于殼體(101)內(nèi)壁，所述水射流裝置(902)安裝于行車(901)上能隨行車移動。8.如權(quán)利要求6所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述推進系統(tǒng)(6)包括有搭載平臺(601)、螺旋槳推進器(602)和電機(603)，所述搭載平臺(601)固定在天然氣收集罩(I)外側(cè)中部，電機(603)連接螺旋槳推進器(622)安裝在搭載平臺(601)上。9.如權(quán)利要求8所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置，其特征在于:所述天然氣收集罩(I)內(nèi)設(shè)有監(jiān)測系統(tǒng)(10)，所述監(jiān)測系統(tǒng)(10)包括溫度與壓力監(jiān)測裝置、及殼體應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述溫度與壓力監(jiān)測裝置安裝在頂部平臺(102)內(nèi)部，若干殼體應(yīng)力監(jiān)測裝置安裝在天然氣收集罩(I)的殼體(101)外部;所述監(jiān)測系統(tǒng)(10)、推進系統(tǒng)(6)、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)、錨定系統(tǒng)(8)、攪動系統(tǒng)(9)及密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)分別通過電纜連接于控制中心。10.—種采用權(quán)利要求1至9之一所述的外置浮箱壁面加熱的海底天然氣收集裝置的采集方法，其特征在于:它通過以下步驟實現(xiàn): 步驟1、母船(5)運輸若干天然氣收集罩(I)到指定海底區(qū)域，控制密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)向浮力模塊(201)內(nèi)充水，控制天然氣收集罩(I)下放至接近預(yù)定位置時，啟動推進系統(tǒng)(6)將天然氣收集罩(I)進行位置微調(diào)； 步驟2、天然氣收集罩(I)達到預(yù)定位置后，控制環(huán)形擋板(103)插入海底泥床，啟動錨定系統(tǒng)(5)使螺桿(801)伸入海底泥床內(nèi)，將天然氣收集罩(I)固定并密封； 步驟3、開啟壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3 )，排出天然氣收集罩(I)內(nèi)部的海水，使天然氣收集罩(I)內(nèi)部形成負壓促使水合物分解，天然氣水合物通過采氣管路(12)收集至天然氣收儲裝置(7)內(nèi)處理與儲存，同時監(jiān)測系統(tǒng)(10)監(jiān)測天然氣收集罩(I)內(nèi)部壓力變化，實時調(diào)整壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)的工作狀態(tài)，確保天然氣收集罩(I)的內(nèi)部壓力穩(wěn)定；步驟4、監(jiān)測系統(tǒng)(10)監(jiān)測天然氣收集罩(I)內(nèi)部溫度值，并將檢測溫度值與設(shè)定值進行比較，若溫度值較低時，啟動溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(4)，供熱裝置(402)將熱能通過供熱管路(401)傳遞至熱交換器(403)，熱交換器(403)在天然氣收集罩(I)內(nèi)壁進行熱交換，提高天然氣收集罩(I)的內(nèi)部溫度，當溫度值達到預(yù)設(shè)值時，控制供熱裝置(402)停止供應(yīng)熱能；步驟5、當同一指定海底區(qū)域內(nèi)的天然氣水合物采集一定時間后，啟動攪動系統(tǒng)(9)，控制水射流裝置(902)對準海底泥床并噴出高壓水流，攪動海底泥床促使深層水合物分解；步驟6、當指定海底區(qū)域的天然氣開采完成后，密度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)通過向浮力模塊(201)供氣，降低天然氣收集罩(I)的整體密度，錨定系統(tǒng)(8)解除固定，天然氣收集罩(I)上并浮脫離與海底泥床的接觸，推進系統(tǒng)(6)推動天然氣收集罩(I)移動到下一個待開采域，重復(fù)步驟2至步驟5。
【文檔編號】E21B43/24GK105840149SQ201610170970
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】黎偉, 劉清友, 李登偉, 楊牧, 雷鴻翔, 袁圣桐, 宋偉, 宋金麗, 周研竹, 張?zhí)眉? 周儀, 鄧鑫, 謝齊
【申請人】西南石油大學(xué)