Способ разработки метангидратов и устройство для его реализации

Изобретение относится к техническим средствам освоения ресурсов Мирового океана и может быть применено для добычи метангидратов. Способ разработки залежей метангидратов основан на их дроблении струями воды при температуре выше 285К со скоростью более 1 м/с в пульсирующем режиме с частотой в диапазоне от 1 до 200 Гц, газификации и подъеме с морского дна. Устройство для разработки метангидратов содержит плавсредство, подъемно-транспортное оборудование, энергоблок, трубопроводы, блок управления и агрегат подводной разработки метангидратов, в корпусе которого установлены инфракрасный нагреватель, водоструйный монитор со средствами подвода воды под давлением и газоотводчик. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности подводной разработки метангидратов и подъеме их на плавсредство. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к техническим средствам освоения ресурсов Мирового океана и может быть использовано для добычи природного газа из метангидратов.

Метангидраты являются нетрадиционным источником углеводородного сырья и реликтовой воды. Только в России субмаринные отложения метангидратов оцениваются примерно в 10 триллионов м³. Зона стабильности метангидратов покрывает более 70% дна Мирового океана. Внимание к разработке залежей метангидратов на дне Мирового океана вызвано не столько их энергетической значимостью, сколько осознанной необходимостью купировать экологическую опасность возможного неконтролируемого выброса в атмосферу большого количества метана, создающего более сильный парниковый эффект, чем углекислый газ, так называемая "гипотеза метангидратного ружья".

Известен подводный способ разработки россыпных месторождений (патент RU №2209976 С2, МПК Е21С 50/00, 41/30, опубл. 10.08.2003), основанный на выемке, подъеме и подготовке к транспортировке россыпных месторождений.

Недостатком известного способа является его неэффективность при разработке монолитных донных отложений повышенной прочности.

Известна установка для добычи конкреций (патент RU №2208164 С2, МПК Е21С 50/00, 2003 г.), содержащая плавсредство, средства забора конкреций и доставки их на базовое судно в виде подвешенных к бесконечному тросу через датчики натяжения грейферных захватов и блок управления с датчиками, клапанами и исполнительными механизмами.

Недостатком известного изобретения является его неэффективность при подводной разработке месторождений на больших глубинах.

Наиболее близким из известных технических решений предлагаемому способу разработки метангидратов и устройству для его реализации является способ подъема полезного ископаемого из агрегата подводной добычи и устройство для его осуществления (патент RU №2184852 С2, МПК Е21С 50/00, опубл. 10.07.2002), основанный на добыче полезного ископаемого, подготовке его к транспортировке и транспортировке текучей средой - устойчивой пеной под давлением не менее 0,1 МПа выше статического давления на морском дне, где работает агрегат подводной разработки залежей полезных ископаемых. Устройство для подъема полезного ископаемого включает плавсредство, агрегат подводной разработки полезного ископаемого, подъемно-транспортное оборудование, энергоблок, трубопроводы и оборудование получения транспортирующего агента.

Недостатком известного технического решения являются дополнительные затраты на приготовление транспортирующей текучей среды - устойчивой пены и ее гашение при подъеме на плавсредство и выделении полезного ископаемого.

Задачей данного изобретения является повышение производительности и рентабельности разработки метангидратов.

Технический результат реализации изобретения заключается в повышении энергоэффективности подводной разработки метангидратов и подъеме их на плавсредство.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе разработки метангидратов, основанном на их дроблении, газификации и подъеме с морского дна, воздействуют на них струями воды при температуре выше 285К со скоростью более 1 м/с в пульсирующем режиме с частотой в диапазоне от 1 до 200 Гц.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что в устройстве для разработки метангидратов, содержащем плавсредство, агрегат подводной разработки метангидратов, подъемно-транспортное оборудование, энергоблок, трубопроводы и блок управления с датчиками, клапанами и исполнительными механизмами, корпус агрегата подводной разработки метангидратов выполнен в виде конуса с газоотводчиком в его вершине, соединен пульпопроводом с плавсредством, внутри корпуса установлен инфракрасный нагреватель и на шарнире размещен водоструйный монитор со средствами подвода воды под давлением из водозаборного устройства, размещенного внутри корпуса агрегата подводной разработки метангидратов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Донные отложения метангидратов под коническим корпусом агрегата подвергают ударному воздействию пульсирующей водяной струи монитора. Знакопеременная механическая нагрузка водяной струи с температурой, более высокой, чем температура донных залежей метангидратов, приводит к дроблению, оплавлению и газификации метангидратов. При этом внутри корпуса агрегата подводной разработки метангидратов формируют трехфазную пульпу из метана, воды и твердых льдинок метангидратов. Подогретую воду для монитора подают с плавсредства или ее забор ведут с помощью водозаборного устройства из пространства под корпусом агрегата. Полученная трехфазная пульпа имеет пониженную плотность, ее пропускают через управляемые зазоры газоотводчика на вершине конусообразного корпуса агрегата и поднимают на плавсредство для подготовки к транспортировке потребителю.

На фиг.1 показана схема устройства.

Устройство содержит плавсредство 1, агрегат подводной разработки метангидратов 2, подъемно-транспортное оборудование 3, энергоблок 4, трубопроводы 5 и блок управления 6 с датчиками, клапанами и исполнительными механизмами. При этом корпус 7 агрегата 2 выполнен в виде конуса с газоотводчиком 8 в его вершине и соединен пульпопроводом 9 с плавсредством 1. Внутри корпуса 7 установлен инфракрасный нагреватель 10, на шарнире 11 размещен водоструйный монитор 12 со средствами подвода воды 13 под давлением и размещено водозаборное устройство 14.

Работает устройство следующим образом.

Плавсредство 1 ставят на якорную стоянку в районе залежей метангидратов, спускают агрегат подводной разработки метангидратов 2 и соединяют его с плавсредством 1 трубопроводами 5 и коммуникациями блока управления 6. Воду при температуре выше 285К из систем охлаждения силовой установки и энергоблока 4 плавсредства 1 по напорному трубопроводу 5 подают в водоструйный монитор 12 и осуществляют дробление метангидратов, воздействуя на них пульсирующей струей воды при скорости более 1 м/с и частоте в диапазоне от 1 до 200 Гц. Под действием знакопеременной механической и тепловой нагрузки метангидраты дробят, оплавляют и газифицируют. Образовавшуюся пульпу из метана, воды и твердых метангидратов через газоотводчик 8 по пульпопроводу 9 под действием архимедовой силы и перепада давлений поднимают на плавсредство 1 и готовят к транспортировке потребителям.

Внедрение данной группы изобретений позволит вовлечь в промышленное использование большие запасы метангидратов в качестве нетрадиционного источника энергии. На их основе предполагается разработать нанодисперсное топливо для энергетики и транспорта. С экологической точки зрения сжигание топлива из метангидратов предпочтительнее, чем из нефти или угля.

1. Способ разработки метангидратов, основанный на их дроблении, газификации, подъеме с морского дна и подготовке к транспортировке потребителю, отличающийся тем, что дробление залежей метангидратов и их газификацию проводят при воздействии на них струями воды при температуре выше 285К со скоростью более 1 м/с в пульсирующем режиме с частотой в диапазоне от 1 до 200 Гц.

2. Устройство для разработки метангидратов, содержащее плавсредство, агрегат подводной разработки метангидратов, подъемно-транспортное оборудование, энергоблок, трубопроводы и блок управления с датчиками, клапанами и исполнительными механизмами, отличающееся тем, что корпус агрегата подводной разработки метангидратов выполнен в виде конуса с газоотводчиком в его вершине, соединен пульпопроводом с плавсредством, в нем установлен инфракрасный нагреватель и на шарнире размещен водоструйный монитор со средствами подвода воды под давлением из водозаборного устройства, также размещенного внутри корпуса агрегата.