Способ добычи газа из газовых гидратов донных отложений



Способ добычи газа из газовых гидратов донных отложений
Способ добычи газа из газовых гидратов донных отложений
Способ добычи газа из газовых гидратов донных отложений
Способ добычи газа из газовых гидратов донных отложений

 


Владельцы патента RU 2412337:

Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к получению газа, метана и его гомологов, из приповерхностных скоплений твердых газовых гидратов донных отложений. Обеспечивает снижение материальных и эксплуатационных затрат, а также снижение экологической нагрузки на территорию добычи газа. Сущность изобретения: способ характеризуется тем, что проводят постепенное растворение верхнего слоя скоплений газовых гидратов водой, имеющей естественную температуру водоема и не являющейся насыщенным раствором газа, с подачей ее в колокол, спущенный на дно, с образованием в нем водно-газовой смеси с метаном и его гомологами, откачивают смесь метана и его гомологов на поверхность вначале принудительно, затем за счет эффекта газлифта, подаваемую в колокол воду распределяют по внутренней поверхности его стенки при помощи тонких труб, снабженных на конце в нижней части колокола гидрантами-форсунками для силовой подачи воды в разных направлениях для размыва донных отложений газовых гидратов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к получению метана и его гомологов из приповерхностных скоплений твердых газовых гидратов в донных отложениях озер, морей и океанов.

Существует ряд технологий разработки газогидратных месторождений в зависимости от места их залегания. Термический способ разработки газогидратной залежи предусматривает сжигание части углеводородного сырья на месте его залегания с использованием образующихся горячих продуктов для прогрева продуктивного пласта [Крейнин Е.В. Нетрадиционная термическая технология добычи трудноизвлекаемого углеводородного сырья / Е.В.Крейнин // Газовая промышленность. - 2005. - №3. - С.22] [1].

Технологии и оборудование для разработки месторождений и получения целевого продукта имеют ряд особенностей, обусловленных локализацией данного природного образования.

Газовые гидраты донных отложений морей и океанов - это клатратные соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа. Они относятся к соединениям переменного состава и внешне напоминают спрессованный снег. Благодаря своей структуре единичный объем газового гидрата может содержать до 160-180 объемов чистого газа. В общем виде состав газовых гидратов описывается формулой M·n·H2O, где М - молекула газа-гидратообразователя, n - число молекул воды, приходящихся на одну включенную молекулу газа, причем n - переменное число, зависящее от типа гидратообразователя, давления и температуры. В 1960-е годы обнаружены первые месторождения газовых гидратов на севере СССР. С этого момента газовые гидраты начинают рассматриваться как потенциальный источник топлива. Постепенно выясняется их широкое распространение в океанах и нестабильность при повышении температуры. В настоящее время природные газовые гидраты приковывают особое внимание как возможный источник ископаемого топлива [Дядин Ю.А. Газовые гидраты / Ю.А.Дядин, А.Л.Гущин // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №3. - С.35-64] [2]; [Кэрролл Дж. Гидраты природного газа / Дж. Кэролл. Пер. с англ. М.: Издательство Технопресс, 2007. - 316 с.] [3].

Известен способ добычи и транспорта газа из газовых и газогидратных морских месторождений, включающий добычу природного газа скважинами, его переработку в гидратное состояние с использованием тепла и транспортировку на передвижном средстве к устройству, подающему газ потребителю [Патент 2198285 RU, МПК Е21В 43/01. Способ добычи и транспорта природного газа из газовых и газогидратных морских месторождений - «Цветы и пчелы» / Якушев B.C.; Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Российского акционерного общества «Газпром». - №98113838/03; заявл. 13.07.1998; опубл. 10.02.2003] [4].

Известный способ осуществляет переработку газа на передвижном средстве в одной группе емкостей с одновременным разложением в другой группе емкостей гидратов углекислого газа отходов промышленных предприятий и закачиванием последнего на глубину моря, обеспечивающую его захоронение в гидратном состоянии, причем переработку добытого газа и разложение гидратов углекислого газа осуществляют с использованием баланса тепла между ними.

Осуществление известного способа является довольно затратным предприятием, требует специального дорогостоящего оборудования для добычи и транспортировки добываемого газа. Закачивание отходов промышленных предприятий на глубину моря технически сложно и небезапасно для окружающей среды.

Известен способ добычи газовых гидратов со дна океана с использованием добывающего устройства в виде самоходного комбайна со средствами управления, связи, добычи и погрузки и устройства, доставляющего их на поверхность в виде баржи со средствами передвижения и средствами всплытия на поверхность [Заявка 2004106857/03, Российская Федерация, МПК Е21С 50/00. Установка для добычи газовых гидратов / Тихонов К.С. - №2004106857/03; заявл. 09.03.2004; опубл. 20.08.2005] [5].

Известный способ требует сложного по конструкции и управлению оборудования. Добытые газовые гидраты при их транспортировке могут потерять значительное количество газа-гидратообразователя и сделать добычу полезного ископаемого дорогостоящей и нерентабельной.

Известен способ добычи газов (метана, его гомологов и др.) из твердых газогидратов в донных отложениях морей, океанов, при котором в пробуренную до его подошвы скважину выявленного пласта газогидратов погружают две колонны труб - закачивающую и откачивающую. Природная вода с естественной температурой или подогретая поступает по закачивающей трубе и разлагает газогидраты на систему «газ-вода», аккумулирующуюся в образующейся в подошве пласта газогидратов сферической ловушке. По другой колонне труб осуществляют откачку из этой ловушки выделяющихся газов (в т.ч. горючих газов - метана и др.) [Заявка 2005139956, Российская Федерация, МПК Е21В 43/28. Способ добычи метана из газогидратов / Кудрин И.В., Орлянкин В.Н., Кудрин К.И. - №2005139956/03; заявл. 20.12.2005; опубл. 27.06.2007] [6].

Недостатком известного способа является необходимость подводного бурения, что является технически обременительным, затратным и вносящим порой непоправимые нарушения в сложившуюся подводную среду водоема.

Возможность использования любого природного ресурса с наименьшими материальными затратами и сохранной для окружающей среды технологией является важной государственной задачей. Увеличение потребности человечества в энергии и уменьшение запасов нефти и природного газа в ближайшие десятилетия будут иметь геополитические последствия. Поэтому в настоящее время ведется поиск новых нетрадиционных источников энергии и способов их экономичного получениия. Газовые гидраты занимают в этом списке не последнюю роль, так как на территории России имеются огромные перспективные на гидратоносность площади, в том числе на дне окраинных и внутренних морей.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение материальных и эксплуатационных затрат, а также снижение экологической нагрузки на территорию добычи газа.

Технический результат достигается способом, при котором производят постепенное растворение верхнего слоя скоплений газовых гидратов водой водоема, имеющей естественную температуру водоема и не являющейся насыщенным раствором газа, с образованием раствора метана и его гомологов. Подачу этого раствора на поверхность осуществляют вначале принудительно, затем за счет эффекта газлифта.

Способ осуществляют с использованием устройства с системами подачи воды и подъема образующейся водно-газовой смеси на поверхность водоема.

Вышеуказанное устройство выполнено в виде колокола, к закрытому торцу которого подведены трубы для подачи природной воды и для откачки образующейся водно-газовой смеси. Подаваемую воду распределяют по внутренней поверхности стенки колокола при помощи тонких труб, снабженных на конце в нижней части колокола специальными гидрантами-форсунками для силовой подачи воды в разных направлениях.

Подачу воды в трубы осуществляют при помощи оборудования, снабженного измерительными приборами, установленного на плавучей платформе или судне.

Подачу воды в трубы осуществляют также при помощи погружного оборудования.

Откачку образующейся водно-газовой смеси газовых гидратов осуществляют через систему труб, соединенных с баком-хранилищем, установленным на плавучей платформе или судне.

Растворение верхнего слоя скоплений газовых гидратов проводят под избыточным давлением. Подаваемую воду, которая не является насыщенным раствором метана в воде, вначале направляют в специальные баки, расположенные в верхней части колокола. Из них через тонкие трубы, расположенные вдоль внутренней стенки колокола, она равномерно под напором поступает в нижнюю открытую часть колокола на два типа специальных гидрантов-форсунок (одни с отверстием, направленным вдоль стенки колокола, другие перпендикулярно стенке - внутрь колокола). На торце колокола подаваемая вода распыляется (выходит под давлением) через гидранты-форсунки, размывая донные отложения и газовые гидраты. Во внутреннем пространстве колокола образуются осколки газовых гидратов, газ и раствор метана в воде.

Через систему труб для откачки образующаяся водно-газовая смесь вначале принудительно поступает на поверхность водоема. При дальнейшем подъеме при наличии эффекта газлифта газ поступает вверх самостоятельно и направляется в специальный бак-хранилище, откуда по трубопроводу поступает к месту назначения.

Способ добычи газа из газовых гидратов поясняется представленными чертежами.

Фиг.1 - общая схема работы при применении насосов, установленных на плавсредстве.

Фиг.2 - колокол, продольный разрез.

Фиг.3 - колокол, разрез по А-А.

Фиг.4 - общая схема работы при применении погружного оборудования.

Колокол 1 представляет собой цилиндрическую металлическую конструкцию, где на верхней торцевой поверхности 2 установлены трубы 3 с устройствами в виде баков 4 для распределения и подачи воды и трубы 5 для отбора образующейся смеси.

На платформе 6 или судне расположены насосы 7 и измерительные приборы для контроля подачи воды. Насосы 7 могут быть погружными и расположенными на торцевой поверхности 2 колокола 1 или установленными в слое воды в зависимости от технологической необходимости.

Вода, поступающая под давлением по трубам 3, распределяется внутри устройств - баков 4, установленных на верхней торцевой поверхности 2 колокола 1, и по тонким трубам 8, на конце которых расположены гидранты-форсунки 9, выходит под напором в нижней торцевой части колокола.

На платформе 6 также размещают насос 10 и приборы для контроля за системой откачки образующегося продукта, а также бак-разделитель 11. Система труб 12 соединяет трубы 5 для отбора образующейся смеси газа и воды с баком-разделителем 11 газа. Бак-разделитель 11 имеет насос и трубопровод 13 для откачки воды на глубину. На трубах 14 для закачки воды из слоя воды с низким содержанием газа и на трубах 5 для отбора образующейся водной смеси установлены односторонние клапаны 15.

Насосы могут быть также погружными и расположенными как вблизи колокола, так и в слое воды с низким содержанием метана.

Пример 1.

При осуществлении способа платформу с установленными на ней баком-разделителем 11, насосами для принудительной подачи воды, снабженными измерительными приборами 6, насосом и приборами для осуществления откачки образующейся смеси в бак-разделитель, колокол 1 с системой труб 3 и 4 буксируют при помощи судна к месту добычи, расположенному в районе газогидратного поля озера Байкал у п.Большое Голоустное. В заданной точке с помощью спуско-подъемных устройств в виде лебедок производят медленный спуск колокола 1 с присоединенными к нему трубами 3 и 8 на дно. Также на заданную глубину погружается труба для забора воды с низким содержанием газа. Глубина слоя воды с низким содержанием газа должна быть определена заранее. Глубина воды в районе работ у п.Большая Голоустная составляла 400 метров, а слой воды с низким содержанием газа начинался с глубины 50 м.

При достижении колоколом 1 дна включаются системы подачи и откачки воды. Воду, забираемую из водоема по трубам 14, подают по трубам 3 в баки 4, установленные на внешней торцевой поверхности колокола 1. Далее под напором вода распределяется по трубам 8 и с силой выходит в нижней части колокола 1 через форсунки-гидранты 9, размывая поверхностный слой. Выход воды через форсунки-гидранты 9 осуществляется в разных направлениях таким образом, чтобы достичь максимального эффекта размыва слоя. По мере размыва донных отложений и слоев газовых гидратов направляемыми через форсунки-гидранты 9 силовыми потоками воды колокол под собственным весом погружается внутрь осадочного слоя. При этом внутри колокола 1 идет принудительная откачка образующейся смеси по трубам 5 при помощи насоса 10. Откачка продолжается до тех пор, пока плотность смеси, которая первоначально выше плотности подаваемой воды из-за большого количества частиц донных отложений, не станет ниже плотности воды по мере подъема наверх по трубе. Во время подъема размываемой смеси из-за снижения в ней давления газовые гидраты распадаются на воду и газ, газ образуется в пузырьковой форме. Растворимость газа в воде уменьшается, и излишки газа выделяются из раствора. При замкнутой системе откачки образуется эффект газлифта. Необходимость в принудительной откачке смеси отпадает. Опускание колокола 1 может продолжаться до полного его заглубления, после чего систему откачки смеси перекрывают и с помощью спуско-подъемных механизмов колокол переносится на новое место, где весь цикл повторяют.

Пример 2.

Подготовительный этап работ осуществляют, как в примере 1. Для подачи природной воды к слою газовых гидратов используют погружные насосы 7. Погружной насос 7 устанавливают на верхней торцевой поверхности 2 колокола 1. В этом случае водозабор в слое воды с низким содержанием газа идет без подъема смеси на поверхность, а непосредственно через трубы 14 и насос 7 и далее по трубам 3 в баки 4. Насос 7 может быть установлен в слое воды. В этом случае вода из места установки насоса 7 по трубам 3 подается в баки 4 колокола 1. Разделяясь на потоки в трубах 8 через форсунки 9, вода с силой действует внутри колокола, размывая слой газогидратов. Как и в примере 1, вначале применяют принудительную откачку образующейся смеси. И далее процесс идет в соответствии с изложенным в примере 1.

Добыча газогидратов может производиться точечно и периодично на ограниченной территории и возобновляться через некоторое время, так как приповерхностные гидраты будут образовываться вновь на этой же площади. Такой способ добычи допускает минимальные и ограниченные по площади изменения на дне, которые не приводят к катастрофическим и необратимым изменениям в биоценозе водоема.

Источники информации

1. Крейнин Е.В. Нетрадиционная термическая технология добычи трудноизвлекаемого углеводородного сырья / Е.В.Крейнин // Газовая промышленность. - 2005. - №3. - С.22.

2. Дядин Ю.А. Газовые гидраты / Ю.А.Дядин, А.Л.Гущин. Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №3. - С.35-64.

3. Кэрролл Дж. Гидраты природного газа / Дж. Кэролл. Пер. с англ. М.: Издательство Технопресс, 2007. - 316 с.

4. Патент 2198285 RU. МПК Е21В 43/01. Способ добычи и транспорта природного газа из газовых и газогидратных морских месторождений - «Цветы и пчелы» / Якушев B.C.; Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий Российского акционерного общества «Газпром». - №98113838/03; заявл. 13.07.1998; опубл. 10.02.2003.

5. Заявка 2004106857/03, Российская Федерация, МПК Е21С 50/00. Установка для добычи газовых гидратов / Тихонов К.С. - №2004106857/03; заявл. 09.03.2004; опубл. 20.08.2005.

6. Заявка 2005139956, Российская Федерация, МПК Е21В 43/28. Способ добычи метана из газогидратов / Кудрин И.В., Орлянкин В.Н., Кудрин К.И. - №2005139956/03; заявл. 20.12.2005; опубл. 27.06.2007.

1. Способ добычи газа, метана, его гомологов из скоплений газовых гидратов в донных отложениях водоема с использованием природной воды, характеризующийся тем, что проводят постепенное растворение верхнего слоя скоплений газовых гидратов водой, имеющей естественную температуру водоема и не являющейся насыщенным раствором газа, с подачей ее в колокол, спущенный на дно, с образованием в нем водно-газовой смеси с метаном и его гомологами, откачивают смесь метана и его гомологов на поверхность вначале принудительно, затем за счет эффекта газлифта, подаваемую в колокол воду распределяют по внутренней поверхности его стенки при помощи тонких труб, снабженных на конце в нижней части колокола гидрантами-форсунками для силовой подачи воды в разных направлениях для размыва донных отложений газовых гидратов.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что подачу воды в трубы осуществляют при помощи оборудования, снабженного измерительными приборами и установленного на плавучей платформе или судне.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что подачу воды в трубы осуществляют при помощи погружного оборудования.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что откачку образующейся водно-газовой смеси газовых гидратов осуществляют через систему труб, соединенных с баком-хранилищем, установленным на плавучей платформе или судне.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области добычи газа, в частности к способам добычи газа из неглубоко залегающих скоплений газовых гидратов в подводных условиях. .

Изобретение относится к способу монтажа трубопровода, соединяющего подводное месторождение с морской платформой. .

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых, в частности - метана и пресной воды из подводных газогидратов снижением гидростатического давления. .

Изобретение относится к устройствам для добычи природного газа в открытом море, а именно газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках. .

Изобретение относится к способам добычи природного газа в открытом море, а именно газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках. .

Изобретение относится к системам добычи в открытом море природного газа, выделяющегося из поровой структуры донных осадков, содержащих газогидраты. .

Изобретение относится к устройствам для приема и транспортировки газа и используется для добычи природного газа в открытом море, а именно газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках.

Изобретение относится к устройствам для добычи природного газа в открытом море, а именно газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках. .

Изобретение относится к области разработки месторождений углеводородов, находящихся в акватории, в том числе нефти и газогидратов. .

Изобретение относится к способам добычи природного газа в открытом море. .

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к плавучим морским платформам

Изобретение относится к предотвращению проникновения морской воды в подводный компрессорный модуль во время опускания на морское дно или поднятия с него до соединения с компрессорной станцией на морском дне или отсоединения от нее, с необязательным выпуском остаточного добываемого флюида из компрессорного модуля до его поднятия

Изобретение относится к области добычи нефти и газа в открытом море, в частности к соединительной системе и к способу присоединения плавучего объекта к бую, связанному с подводной установкой, и отсоединения от этого буя

Изобретение относится к компрессорной установке с компрессором, с линией всасывания и с отводящей линией, с блоком управления, который управляет работой компрессора и/или работой соседних модулей

Изобретение относится к системе загрузки для транспортировки углеводородов между установкой, расположенной на морском дне (16), и судном (10), находящимся в зоне дрейфующего льда
Наверх