Способ добычи метана из придонных залежей твердых гидратов


 


Владельцы патента RU 2498050:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) (RU)

Изобретение относится к области разработки придонных газогидратных месторождений. Обеспечивает повышение эффективности способа за счет уменьшения подвода энергии извне. Сущность изобретения: способ характеризуется тем, что с водной поверхности до придонной залежи гидрата метана опускают трубу диаметром от 0,01 м до 1 м со сборником метана на верхнем торце. В придонной залежи на нижнем торце трубы создают пульпу, содержащую взвесь частиц твердого гидрата метана в окружающей воде с размерами частиц от 10-6 м до 0,01 м и весовым содержанием по метану от 0,01% до 10%. В начальный момент создают принудительный поток пульпы на нижнем торце трубы для инициирования самоподдерживающегося процесса. В сборнике метана проводят разделение жидкой воды и газообразного метана. Затем воду сливают, а метан отбирают. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области разработки придонных газогидратных месторождений.

К настоящему времени известно около пятидесяти способов (вариантов) добычи метана из придонных залежей гидрата. В основном, они связаны либо с подогревом, либо подачей горячих воды или рассола, которые разрушают твердый гидрат.

Так, например, известен способ разработки газогидратных месторождений, включающий подачу по отдельной трубе горячих воды или рассола непосредственно в залежь гидратов. Горячие вода или рассол, вступая в контакт с гидратом, плавят его, образующаяся жидкость (вода) удаляется через отдельную трубу, а газообразные углеводороды в виде пузырьков по магистральной трубе поднимаются на поверхность, где и происходит их сбор (US 4376462).

Кроме того известен способ разработки газогидратных месторождений, включающий подачу под высоким давлением воздуха в нижнюю часть трубы, погруженную в придонную залежь гидрата, чем создается в ней мощный поток, увлекающий за собой твердый гидрат метана (WO 00/47832).

Однако реализация указанного способа сопряжена с необходимостью создания дополнительного оборудования для приготовления как горячих воды или рассола, так и сжатого воздуха и существенными энергетическими затратами для подогрева воды, рассола или сжатого воздуха.

Наиболее близким является следующий способ (патент США US 4376462), защищающий самоподдерживающийся способ извлечения, по крайней мере, газообразных углеводородов из образований, состоящих из твердых гидратов, упомянутый способ включает сборку, по крайней мере, двух трубопроводных средств в упомянутом образовании, так что рассол может течь между первым трубопроводным устройством (ТУ) и, по крайней мере, вторым ТУ. Начало течения относительно теплого рассола заводилось из верхнего слоя упомянутых гидратов через упомянутое первое ТУ, используя источник давления для первого ТУ. Способ содержит приостановленный приложенный источник давления и делает возможным контакт рассола с гидратом и плавит его там, где рассол движется благодаря разности гидростатического давления в первом ТУ, содержащем чистый рассол, и гидростатического давления во втором ТУ, содержащем, по крайней мере, движущийся рассол и пузырьки газа, полученного при плавлении гидрата. Кроме того технология обязательно содержит отделение газообразных углеводородов от использованного рассола. Газообразные углеводороды отделяются от использованного рассола, разделительное устройство локализовано во втором ТУ и включает в себя также этап добычи углеводородов. Первое и второе ТУ - концентрические трубы неравных диаметров и первое ТУ локализовано во втором. При этом трубы разделены промежутком.

Недостатком известного технического решения является необходимость подвода энергии извне.

Задачей изобретения является разработка самоподдерживающегося способа добычи метана из придонных залежей гидрата без существенного подвода энергии извне.

Поставленная задача решается предлагаемым способом добычи метана из придонных залежей твердых гидратов, согласно которому в трубу диаметром от 0.01 м до 1 м, опущенную с водной поверхности до придонной залежи гидрата метана, на нижний торец подают пульпу, содержащую взвесь частиц твердого гидрата метана в окружающей воде с размерами частиц от 10-6 м до 0.01 м, весовое содержание по метану от 0.01% до 10%, верхний торец трубы снабжают сборником метана, в котором проводят разделение жидкой воды и газообразного метана, затем воду сливают, а метан отбирают стандартными устройствами. В заявляемом способе пульпу создают путем гидравлического или механического воздействия на придонную залежь гидрата метана известными устройствами. При этом используют совокупность труб.

В сборнике регулируют давление метана от 10 атмосфер до 0.1 атмосферы за счет скорости отбора метана.

В верхней части трубы на глубину от 10 м до 400 м возможно увеличение температуры на величину от 10°C до 90°C путем внешнего нагрева. Кроме того, на верхнем торце трубы возможно помещение устройства, превращающего кинетическую энергию движущейся среды в другие виды энергии за счет известных устройств.

В заявляемом способе в начальный момент создают принудительный поток пульпы в трубе со скоростью на нижнем торце трубы, или за счет откачки воды, или нагрева верхней части трубы от 90°C до 100°C и выше, или подачи воздуха в трубу па глубине 50-100 метров, или открытия заслонки, герметизирующей трубу при ее опускании в придонную залежь гидрата для инициирования самоподдерживающегося процесса.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Придонная часть магистральной трубы погружена в пульпу (взвесь частиц твердого гидрата метана и воды), которая засасывается в трубу, по мере поднятия пульпы падает гидростатическое давление, что приводит к распаду твердого гидрата метана с образованием пузырьков метана, размер которых растет с приближением к поверхности. Плотность суспензии падает, что приводит к падению гидростатического давления в трубе. Это приводит к возникновению разности гидростатического давления в трубе и внешней водной среде. Этот перепад обеспечивает установившееся движение суспензии в трубе по закону сообщающихся сосудов. Гидрат метана имеет плотность близкую к плотности воды. Характеристики пульпы (размер частиц и их весовое содержание) выбираются следующим образом: скорость флотации (или седиментации) должна быть существенно меньше скорости движении пульпы в трубе. Для частиц размером от 10-6 до 10-2 метра и скоростей течения пульпы от 0.5 до 30 м/сек из-за малой разности плотностей твердого «технического» гидрата и воды (меньше 0.1 г/см3) согласно формуле Стокса (Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Теоретическая физика, том IV, Гидродинамика, М., Наука, с.100, 1988) отношение скорости седиментации (или флотации) к скорости пульпы находится в пределах от 10-9 до 10-3. В соответствии (Р.И. Нигматулин, Динамика многофазных сред, М., Наука, с.17, 1987) «размеры неоднородностей во много раз меньше расстояний, на которых осредненные или макроскопические параметры смеси или фаз меняются существенно», т.е. размеры частиц твердой фазы должны составлять доли от диаметра трубы, а удельный объем твердой фазы должен быть меньше объема жидкости, чтобы суспензия двигалась как сплошная среда. Это условие обеспечивается при содержании твердого гидрата меньше 25% (объемных).

Месторождения гидратов носят различный по механике характер: для «илоподобных» месторождений - поток на входе в трубу засасывает суспензию; в случае механически прочных залежей требуется устройство типа фрезы или гидравлический размыв. Далее образуется установившийся поток пульпы и газовзвеси, скорость которого рассчитывалась из решения системы уравнений движения вязких сплошных сред с учетом осредненных макроскопических параметров и зависимости сопротивления трубы от числа Рейнольдса (Л.Г. Лойцянский, Механика жидкости и газа, М., Наука, с.433, 1973).

Скорость установившегося потока пульпы: от 10 см/сек до 2-3 десятков м/сек в зависимости от параметров. При переходе пульпы в газовзвесь скорость среды существенно увеличивается.

Верхний предел диаметра трубы определяется возможной гидродинамической неустойчивостью, увеличение производительности может быть достигнуто использованием нескольких труб меньшего диаметра.

Изменение давления на выходе позволяет менять производительность и условия для дальнейшей передачи газа за счет условий в газосборнике.

Увеличение температуры нагрева в соответствии с решением системы уравнений, упомянутой выше, приводит к увеличению скорости потока и соответственно к увеличению производительности и дореагированию крупных частиц гидрата метана, если они попадают в пульпу, движущуюся по магистральной трубе.

В результате решения уравнений, упомянутых выше, скорость на выходе из магистральной трубы достигает околозвуковых скоростей, что открывает возможности использования кинетической энергии движущейся среды известными устройствами.

Для запуска необходимо создать в начальный момент скорость движения пульпы выше скорости седиментации известными способами, например, насос, магистральная труба, заглушенная в донной части в начальный момент, нагрев верхней части открытой магистральной трубы до температуры кипения воды (примерно 100 градусов Цельсия), когда за счет испарения возникает разность гидростатических давлений, приводящая к движению пульпы. После запуска и выхода на самоподдерживающийся режим эти устройства отключаются.

Таким образом, предложенный способ имеет следующие основные преимущества:

1. предлагаемый способ обеспечивает промышленный уровень добычи метана из придонных залежей твердых гидратов;

2. способ по существу является самоподдерживающим, поэтому добыча метана из придонных залежей твердых гидратов не требует существенных затрат энергии извне, что позволяет отказаться от создания на платформе мощных источников энергии, и использовать кинетическую энергию движущейся среды;

3. реализация предлагаемого способа позволяет отказаться от дополнительных трубопроводных устройств подачи или воздуха, или нагретых воды и рассола, что является основой других предлагаемых способов разработки придонных залежей твердых гидратов;

4. использование пакета магистральных труб, подогрев верхней части трубы, изменение уровня давления газа в газосборнике - позволяют регулировать производительность процесса добычи метана.

1. Способ добычи метана из придонных залежей твердых гидратов, характеризующийся тем, что с водной поверхности до придонной залежи гидрата метана опускают трубу диаметром от 0,01 м до 1 м со сборником метана на верхнем торце, в придонной залежи на нижнем торце трубы создают пульпу, содержащую взвесь частиц твердого гидрата метана в окружающей воде с размерами частиц от 10-6 м до 0,01 м и весовым содержанием по метану от 0,01% до 10%, в начальный момент создают принудительный поток пульпы на нижнем торце трубы для инициирования самоподдерживающегося процесса, в сборнике метана проводят разделение жидкой воды и газообразного метана, затем воду сливают, а метан отбирают.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что пульпу создают путем гидравлического, с помощью гидранта, или механического, с помощью фрезы, воздействия на придонную залежь гидрата метана.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что используют совокупность труб.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в сборнике метана регулируют давление метана от 10 атмосфер до 0,1 атмосферы за счет скорости отбора метана.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в верхней части трубы на глубину от 10 м до 400 м увеличивают температуру на величину от 10°C до 90°C путем внешнего нагрева.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что на верхнем торце трубы помещают устройство для превращения кинетической энергии движущейся среды в другие виды энергии.

7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что принудительный поток пульпы на нижнем торце трубы создают за счет откачки воды, или нагрева верхней части трубы от 90°C до 100°C и выше, или подачи воздуха в трубу на глубине 50-100 м, или открытия заслонки, герметизирующей трубу при ее опускании в придонную залежь гидрата метана.



 

Похожие патенты:

Разъединяемое швартовное устройство для судна (1) содержит швартовный буй (11) и расположенный над ним вертлюг. Швартовный буй содержит центральный элемент (2) для крепления к морскому дну, имеющий несколько каналов, каждый из которых предназначен для размещения вертикального трубопровода (4).

Изобретение относится к плавучей платформе для подводной добычи нефти в зоне с экстремальными морскими и метеорологическим условиями. .

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для локализации и сбора углеводородов под водой. .

Изобретение относится к области подводной добычи углеводородов, а именно к судну с отсоединяемой турельной якорной системой с вращаемой поворотной платформой, и способу крепления причального буя к турели.

Изобретение относится к области подводной добычи нефти в зоне с экстремальными морскими и метеорологическими условиями. .

Изобретение относится к судостроению и предназначено, преимущественно, для применения в районах с экстремальными метеорологическими и ледовыми условиями. .

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

Изобретение относится к судну для бурения нефтяных и/или газовых скважин, а также осуществления добычи, в частности к судну, выполненному с возможностью использования в арктических водах. Судно для бурения нефтяных и/или газовых скважин выполнено в двух вариантах. По первому варианту судно выполнено с возможностью бурения через бурильную водоотделяющую колонну, проходящую от скважины на морском дне к турели, размещенной на судне. Бурильная водоотделяющая колонна выполнена с возможностью отсоединения от судна при нахождении под его основной линией. При отделении от судна нижняя часть турели погружается в море вдоль оставшейся стоять водоотделяющей колонны и принимает равновесное положение, в котором она окружает по меньшей мере часть бурильной водоотделяющей колонны. По второму варианту судно для бурения нефтяных и/или газовых скважин и/или добычи из них нефти или газа выполнено с возможностью соединения по меньшей мере с одной водоотделяющей колонной для добычи, соединенной с турелью, которая соединена с судном или бурильной водоотделяющей колонной, проходящей через турель, соединенную с судном. Между носом и кормой судна проходят два продольных борта, на протяжении по меньшей мере 50% которых выполнен ледовый пояс, образующий между корпусом судна и горизонталью угол α, который составляет от 45° до 80°. Достигается уменьшение нагрузки на стояночные или подруливающие средства, а также улучшаются условия работы в арктических водах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к сооружению технологических комплексов, предназначенных для обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений, работающих в экстремальных условиях, и может быть применено на глубоководных акваториях, на которые возможен приход айсбергов или плавучих ледовых полей. Платформа содержит опорное основание погружного типа, при этом энергетический блок-модуль платформы выполнен в виде автоматизированной атомной электростанции, предназначенной для энергетического обеспечения, а блоки-модули выполнены с компрессорным и насосным оборудованием, с автоматизированной системой управления, с водолазным и подводно-техническим оборудованием, которые предназначены для первичной подготовки продукции скважин к транспортировке до центральной технологической платформы и/или до морского отгрузочного причала с емкостью для хранения продукции скважин. Причем вся платформа в сборе выполнена близкой к форме круга и/или многоугольника, в центре которого расположен устьевой модуль со скважинами с равномерно установленными между собой устьями скважин. Технический результат заключается в повышении надежности строительства и эксплуатации подводных эксплуатационных платформ с одновременным обеспечением расположения скважин внутри объекта. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к комплексам промысловой разработки газовых и нефтяных месторождений арктического шельфа в сложных гидрометеорологических условиях. Установка содержит две подводные лодки, одна из которых выполнена в виде глубоководного бурового комплекса, состоящего из двух модулей, одного - технологического, обеспечивающего весь цикл строительства скважины, а другого - бурового, а вторая подводная лодка выполнена в виде атомного подводного энергетического комплекса. В состав технологического модуля входит система наддува бурового модуля, аккумуляторный отсек, соединенный с кабельным разъемом. В верхней части технологический модуль оснащен всплывающей аварийной камерой с узлами стыковки и самоходным подводным аппаратом, а в нижней части - шлюзовой камерой с подъемно-лифтовым устройством. Буровой модуль расположен вертикально относительно технологического модуля и соединен с ним при помощи трубопровода и силовых кабелей. По центру бурового модуля размещена буровая установка с гидравлическим приводом. В осевой плоскости бурового модуля размещены поэтажно донная опорная плита, блок превенторов, буровой инструмент, а с противоположной стороны размещен автомат подачи и свинчивания труб. Технический результат заключается в повышении эффективности подводной разработки месторождений углеводородов в арктическом шельфе. 4 ил.

Изобретение относится к области геологоразведки и судов для геологоразведки, а именно к разведочному морскому бурению, и касается вопроса обеспечения защиты буровой шахты при значительном волнении (100-летний шторм) и райзера при буровых работах в ледовых условиях. Для этого внутри корпуса турели бурового судна, имеющего цилиндрический корпус с буровой шахтой и систему якорного удержания судна, по изобретению в его нижней части установлена кольцевая цилиндрическая конструкция с балластными отсеками, выполненная с возможностью ее вертикального перемещения по направляющим ниже основной плоскости бурового судна. Внутри шахты размещены дефлекторы, расположенные по периметру шахты на ее стенках выше ватерлинии судна. Предлагаемое изобретение конструкции турели бурового судна позволяет обеспечить защиту райзера при буровых работах в ледовых условиях и защиту от заливаемости верхней палубы бурового судна через буровую шахту при штормовом дрейфе (100-летний шторм) или при переходе бурового судна в условиях значительного волнения особенно при отрицательной температуре воздуха, способствующей обледенению палубных конструкций бурового судна, что выгодно отличает его от прототипа. 2 ил.

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способу отсоединения устройства перекачки текучей среды между дном водного пространства и поверхностью и устройству для его осуществления. Устройство содержит трубопровод (24) перекачки текучей среды, башню (16), плавучую баржу (18), установленную с возможностью поворота вокруг башни (16) вокруг оси (А-А') вращения. Трубопровод (24) содержит секцию (150) шланга, намотанную вокруг оси (А-А') вращения, удерживаемую промежуточной конструкцией (20), установленной между башней (16) и баржей (18) между конфигурацией совместного приведения во вращение вместе с баржей (18) вокруг оси вращения и конфигурацией удержания башней (16) во вращении вокруг оси (А-А') вращения. Во время этапа соединения трубопровода (24) промежуточную конструкцию (20) располагают в одну из конфигураций приведения во вращение или удержания, при этом этап отсоединения трубопровода (24) содержит переход промежуточной конструкции (20) в другую из конфигураций приведения во вращение или удержания. Обеспечивает быстроту и надежность отсоединения, с обеспечением быстрого повторного соединения трубопровода перекачки. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к подводным сооружениям для освоения углеводородных ресурсов в арктических акваториях. Подводное сооружение работает на глубине в диапазоне от 70 до 120 м от уровня моря. При этом основание подводного сооружения представлено в виде круговой опорно-несущей плиты/палубы с технологическими модулями в виде секторов; в центре основания опорно-несущей плиты/палубы в устьевом модуле размещены скважины. На основании вокруг устьевого модуля в секторах установлены, обладающие свободой вертикального перемещения функциональные модули: жилой, буровой, эксплуатационный, технологический, энергетический и кондиционирования. Внутри основания опорно-несущей плиты/палубы вокруг устьевого модуля установлены коридоры: внутренний и внешний, причем внешний и внутренний коридоры связаны между собой взаимно перпендикулярными переходами. Между внутренним и внешним коридорами установлена круговая балластируемая емкость, под внешним коридором установлены взаимно перпендикулярно расположенные электрические движители. Способ обеспечивает эксплуатацию указанного универсального подводного сооружения. Технический результат заключается в повышении безопасности и качества проводимых работ, как в процессе бурения, так и при эксплуатации скважин. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, используемых на акваториях длительно замерзающих морей, на которых освоение углеводородов с поверхности моря недоступно. Подводное сооружение (ПС) работает на глубине в диапазоне от 100 до 120 м от уровня моря. При этом ПС состоит из опорно-несущего подводного комплекса и бурового комплекса или добычного комплекса. Опорно-несущий подводный комплекс включает в себя опорно-несущую плиту и устьевой комплекс. Опорно-несущая плита, в свою очередь, содержит устьевой блок, энергетический блок, жилой блок, а также блок жизнеобеспечения, внутренний и внешний круговые коридоры, радиальные переходы, секционированные балластные понтоны круговой формы и движители. Удержание подводного сооружения в вертикальном положении на заданной точке на весь период пребывания обеспечивается за счет регулирования заполнением секций балластных понтонов, при этом удержание в горизонтальной плоскости осуществляется за счет работы движителей. Внутренняя поверхность корпуса бурового комплекса и добычного комплекса конгруэнтна наружной поверхности устьевого комплекса, а нижняя поверхность корпуса бурового комплекса и добычного комплекса конгруэнтна верхней поверхности опорно-несущей плиты. Технический результат заключается в повышении безопасности, надежности и качества проводимых работ. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для компенсации вертикальных перемещений при качке морской платформы. Устройство (100) предназначено для демпфирования сил между двумя взаимосоединяемыми частями в колонне труб, из которых нижняя часть (101) соединена с верхним концом элемента (105, 3а) колонны, проходящего в подводную скважину (5), а верхняя часть (103) подвешена к плавучей поверхностной установке (1) с помощью элемента (3b) подвески, проходящего до указанной поверхностной установки. Устройство (100) установлено в колонне труб над элементом (3а) колонны, проходящим в указанную подводную скважину, и под, по меньшей мере, частью указанного элемента (3b) подвески. Устройство (100) содержит верхнюю и нижнюю секции (109, 111), которые выполнены с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга с обеспечением таким образом податливости ударным силам между указанными взаимосоединяемыми верхней и нижней частями (103, 101), возникающим в результате вертикального перемещения при качке указанной части элементов (3b) подвески, перемещающейся относительно элемента (3а) колонны. Технический результат заключается в повышении эффективности демпфирования вертикальных перемещений колонны труб и защите крайних витков резьбы от повреждения вследствие качки. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к конструкции глубоководных буровых нефтегазовых платформ, предназначенных для использования в условиях арктического шельфа. Полупогружная буровая платформа катамаранного типа размещена на двух понтонах, корпус которой поддерживают стабилизирующие колонны и натяжное вертикальное якорное крепление, с компьютерным динамическим позиционированием при использовании подводных движителей. Надводные палубные надстройки платформы выполнены в виде бурового, технологического, энергетического модулей и функциональных блоков. Интегрированные системы управления и безопасности оснащены средствами мониторинга технического состояния производственного оборудования и имеют технические средства ликвидации аварийных ситуаций, которые при возникновении фонтанирующей струи скважинного флюида дистанционно вводят в действие устройства нейтрализации зарядов статического электричества на буровой платформе. Повышается живучесть буровой платформы в условиях возможного газопроявления и фонтанирования скважинного флюида. 4 з.п. ф-лы.
Группа изобретений относится к добыче углеводородного флюида на арктическом шельфе. Способ включает использование морского технологического комплекса, содержащего морскую платформу, подводные сателлиты и береговую технологическую базу, связанные между собой технологическими коммуникациями. Процесс бурения дооснащен роботизированными средствами ликвидации аварийного разлива нефтепродуктов на всех возможных этапах развития аварийного процесса. Скважинный флюид перекачивают на береговые объекты переработки, выполненные в виде группы сообщающихся подземных емкостей. При перекачке скважинного флюида используют энергию пластового давления, при необходимости используя дожимную компрессорную станцию. Утилизацию пластовой воды производят методом геологического очищения путем закачки в поглощающие подземные горизонты, и только при критическом падении пластового давления подогревают и используют как жидкость, вымывающую нефть из пород продуктивного пласта. Все технологические блоки морского технологического комплекса электрообеспечены от силового блока атомного реактора. Объекты береговой технологической базы электрически связаны с силовым блоком атомного реактора по силовому кабелю. Технический результат заключается в повышении эффективности и безопасности разработки углеводородных месторождений арктического шельфа. 2 н.п. ф-лы.
Наверх