Способ добычи и транспортировки газовых гидратов донных отложений и подводная лодка для добычи и транспортировки газовых гидратов


 


Владельцы патента RU 2554374:

Аносов Виктор Сергеевич (RU)
Чернявец Владимир Васильевич (RU)
Леньков Валерий Павлович (RU)
Воробьев Александр Валентинович (RU)
Бродский Павел Григорьевич (RU)
Жильцов Николай Николаевич (RU)

Группа изобретений относится к подводной добыче газовых гидратов и их доставке потребителю. Технический результат - повышение эффективности добычи и транспортировки газовых гидратов за счет снижения энергетических, капитальных и текущих затрат. Способ включает получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газовых гидратов с получением газа. Процесс получения газовых гидратов осуществляют при термодинамических параметрах, соответствующих образованию газовых гидратов. Перевозку газовых гидратов осуществляют в герметичных, теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства при термодинамических параметрах, исключающих разложение газовых гидратов. Разложение газовых гидратов с отбором газа, по завершении его перевозки, осуществляют снижением давления в грузовом помещении транспортного средства до атмосферного. Процесс получения газовых гидратов и их хранение в процессе перевозки осуществляют при температуре -0,2°C и давлении 1 МПа. При этом, газовые гидраты отбирают в гидратном состоянии в виде брикетов посредством n-контейнеров, поочередно спускаемых на подводный пласт газовых гидратов с подводного транспортного средства. Подводный пласт газовых гидратов разогревают посредством нагревательных элементов, размещенных в ребрах n-контейнеров. Заглубляют поочередно каждый из n-контейнеров в подводный пласт газовых гидратов на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера. После заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газовыми гидратами выполняют их подъем в грузовое помещение транспортного средства. Транспортное средство выполнено в виде подводной лодки. При разогреве подводного пласта газовых гидратов разогревают участок - только участок пласта газовых гидратов под контейнером. Газовые гидраты, которыми заполняют контейнеры, представляют собой брикеты природного метастабильного минерала в их гидратном - твердом состоянии. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к добыче и транспортировке газа из газовых гидратов донных отложений преимущественно подводным транспортом.

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 RU №2198285, 10.02.2003 [1]).

Известен также 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 RU №2004106857/03, заявл. 09.03.2004; опубл. 20.08.2005 [2]).

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 также 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 RU №2005139956, заявл. 20.12.2005; опубл. 27.06.2007 [3]).

Известны также способы и устройства для добычи природного газа в открытом море и из донных скоплений газовых гидратов (патент RU №2381348 [4], патент RU №2393338 [5], патент RU №2403379 [6], патент RU №2489568 [7], патент RU №2402676 [8], патент RU №2491420 [9], патент RU №2230899 [10], патент RU №2198285 [11], патент RU № 2159323 [15], патент RU №2438009 [16]), а также устройства для морской транспортировки природного газа с места их добычи (патент RU №2440272 [17], патент RU №2062731 С1, 27.06.96 [18], патент RU №2027632 С1, 27.01.1995 [19], патент RU №2048371 С1, 20.11.95[20], патент RU №2087375 С1, 20.08.97[21], патент RU №2093411 С1, 20.10.97 [22], патент RU №2387571 С1, 27.04.2010 [23]).

Известные способы добычи природного газа требуют 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 [4-16].

Основными недостатками транспортных средств (устройств) [17-23] морской транспортировки газовых гидратов являются, например, при модернизации применения подводной лодки - большой объем пространства, помимо подводного танка, используется для собственных нужд: многочисленные отсеки, легкие и прочные корпуса, энергетическая система, многочисленный состав подводников, множество вспомогательных служебных и бытовых помещений и устройств. Элементы водной среды и жидкого груза - легкой нефти пытались учесть в предложениях строительства подводных танкеров с корпусом из двух проницаемых каркасов с гибкой герметичной емкостью внутри для залива груза и двух дополнительных мягких емкостей для работы по балансировке плавучести танкера. От подводного корпуса имеются тяги к поплавкам вверх и к судну-буксировщику [19].

В усовершенствованном аналоге взаимодействие буксировщика с корпусом танкера с проницаемыми стенками также включает плавучие элементы, а тяги от последних проходят вместе с трубопроводами, причем первый трубопровод используется на закачивание жидкого груза и имеет клапан входа в полость подводного танкера, а при сливе из второго трубопровода с клапаном выхода из танкера через первый снизу подается воздух повышенного давления [20].

Танкеры с проницаемыми корпусами нуждаются в буксировщиках, имеют трудности регулировать глубину погружения танка при движении, конструкция тяги груза за буксиром не оптимальна для тяговых приложений силы, опасны шторм, встречные суда, рифы, что может привести к экологическим катастрофам. Жидкий груз, имея плотность меньше плотности воды, особенно легкая нефть, в воде имеет большую положительную плавучесть, которую трудно погасить, поэтому работа воздушной емкостью и поплавками делается невостребованной. К тому же заливаемая вода в отдельную оболочку вытесняет в проницаемом корпусе тот же объем воды и имеет нулевую плавучесть. Выделяется аналог подводного танкера для плавания в ледовых условиях с наружными и внутренними прочными корпусами, включающими общий междубортный набор соединений. Грузовые отсеки выполнены в виде многогранников - призм или пирамид, которые в целом придают корпусу ледоразрушающую форму [21].

Увеличение жесткости и прочности корпуса танкера увеличивает размер отрицательной плавучести, которая может использоваться на погашение положительной плавучести легкой и средней нефти, и танкер выходит на нулевую плавучесть, которую надо иметь для прохода под водой. Чтобы крушить лед, надо создать повышенную положительную плавучесть для напора танкера снизу вверх и затем работать сверху вниз в надводном положении, что можно при пустом грузовом отсеке на обратном рейсе за нефтью, однако возникают проблемы в балансировке плавучести, безопасности, снижении желаемого объема перевозимого груза, а непредвиденная толщина льда при всплытии и прохождении может превышать 2-3 м.

В известном техническом решении [22], в качестве емкости для пресной и морской воды использована балластная горизонтальная цистерна с эластичной перегородкой, отделяющей верхнюю часть цистерны с пресной водой от ее нижней части с балластной водой, причем прогиб может быть полным вверх или вниз для заполнения всей цистерны пресной или морской водой.

В известном техническом решении [23] предложен подводный бронированный танкер с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений, имеет внешний прочный корпус-оболочку грузовой емкости, выполненный с двумя перегородками для массы всей перевозимой нефти или ее продуктов. Подводный бронированный танкер также содержит разделительную горизонтальную двухслойную мягкую оболочку, два отсека регуляции плавучести, две штурманские рубки, два дистанционно управляемых конусных стыковочных устройства, трубопроводы, насосы, четыре аккумуляторных батареи, четыре реверсивных электродвигателя и посадочное днище. Достигается повышенная безопасность, непотопляемость танкера, сохранение груза в аварийной ситуации без нарушения экологии акватории.

Известен также способ добычи газа из газовых гидратов донных отложений, который 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 (патент RU №2412337, 20.02.2011 [24]).

Известен также способ доставки природного газа потребителю, включающий получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газогидрата с получением газа, в котором газогидрат получают в виде водогидратной пульпы с содержанием частиц газогидрата около 50% ее объема, при этом процесс получения газовых гидратов осуществляют при термодинамических параметрах, соответствующих образованию газогидрата, с отбором тепла от смеси природного газа и воды водоледяной пульпой, предпочтительно с крупностью частиц не более 10 мкм, с содержанием частиц льда около 50% объема водоледяной пульпы, которые равномерно распределяют по объему реактора, перевозку газогидратной пульпы осуществляют в герметичных, теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства, при термодинамических параметрах, исключающих разложение газогидрата, причем разложение газогидратной пульпы с отбором газа, по завершению его перевозки, осуществляют снижением давления в грузовом помещении транспортного средства до атмосферного, при этом водоледяную пульпу, образовавшуюся в процессе разложения газогидратной пульпы, возвращают, с сохранением ее температуры, к месту получения газовых гидратов, где повторно используют при производстве водоледяной пульпы, пригодной для производства газогидрата, при этом процесс получения газовых гидратов и их хранение в процессе перевозки осуществляют при температуре -0,2°C и давлении 1 МПа (патент RU №2496048 С1, 20.102013 [25]).

Недостатком известного способа [25] является необходимость подводного бурения, что является технически обременительным, затратным и вносящим порой непоправимые нарушения в сложившуюся подводную среду водоема.

Кроме того, использование для добычи и доставки природного газа, надводного судна, особенно в северных районах с неблагоприятными погодными условиями существенно снижает эффективность данных работ.

Известен также способ доставки природного газа потребителю в виде сжиженного природного газа (СПГ) при получении последнего на газоредуцирующих станциях (ГРС) с применением турбодетандеров (Васильев Ю.Н. «Моторные топлива будущего». «Газовая промышленность» 1995 г., №1 [26]).

Недостатком способа [26] является сложность изготовления турбодетандеров на большие расходы, работающих в области криогенных температур, необходимость использования специальных криогенных конструкционных материалов для изготовления детандера и соответственно большие капитальные затраты, необходимость глубокой очистки газа от высококипящих по сравнению с метаном компонентов, которые в противном случае замерзают и выводят турбодетандер из строя, принципиальная невозможность непрерывной работы однодетандерной системы, в то время как резервирование ведет к повышению затрат, сложность управления режимами работы детандера при изменяющихся давлениях, расходах и температурах проходящего через ГРС природного газа.

Известен способ доставки природного газа потребителю в теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства и диссоциацию газогидрата подводом теплоты от забортной морской воды с температурой +20°C. При реализации данной технологической схемы транспортировка газового гидрата на борту судна осуществляется навалом, в форме твердых фрагментов различной формы, при атмосферном давлении и температуре минус 20°C, что резко снижает интенсивность подвода теплоты к гидрату (на этапе его разложения) по причине его замораживания в крупные агломераты. Кроме того, морская вода, при температуре близкой к 0°C удаляется за борт и полезно не используется, как хладоноситель при получении нового гидрата (см. J.S. Gudmundsson and A. Boslashrrehaug. Frozen Hydrate for transport of Natural Gas. AE & NUST. 1996 [27]).

Известен также способ доставки природного газа потребителю, включающий, получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газогидрата с получением газа (см. RU №2200727, кл. С07С 5/02, 1997 г. [28]).

К недостаткам способа относится то, что процесс доставки газа потребителю является высокоэнергозатратным, т.к. на стадии получения газогидрата требуется неоднократное компремирование и последующее охлаждение газа, и использование этой же энергии на создание условий гидратообразования и консервацию гидратов, также высоки затраты энергии и на этапе разложения газогидрата с получением газа.

Общим недостатком известных технических решений является использование трубопроводов при добыче газогидрата, при этом гидраты могут образовываться в стволах скважин, промышленных коммуникациях и трубопроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность.

Кроме того, экономические расчеты показывают, что наиболее эффективным является морской транспорт газа в газагидратном состоянии.

В качестве прототипа выбран способ доставки природного газа потребителю, описанный в источнике информации [25], и устройство для доставки природного газа, выполненное в виде подводной лодки [23].

Задачей предлагаемого технического решения является снижение энергозатрат на доставку газа потребителю.

Техническим результатом, ожидаемым от использования данного изобретения, является снижение энергетических, капитальных и текущих затрат для получения газового гидрата и обратной его диссоциации после доставки потребителю. Кроме того, снижается материалоемкость комплекта оборудования, необходимого для реализации способа.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе доставки природного газа потребителю, включающем получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газовых гидратов с получением газа, при этом процесс получения газовых гидратов осуществляют при термодинамических параметрах, соответствующих образованию газогидрата, перевозку газогидратной смеси осуществляют в герметичных, теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства, при термодинамических параметрах, исключающих разложение газогидрата, причем разложение газогидратной пульпы с отбором газа, по завершении его перевозки, осуществляют снижением давления в грузовом помещении транспортного средства до атмосферного, процесс получения газовых гидратов и их хранение в процессе перевозки осуществляют при температуре -0,2°C и давлении 1 МПа, в котором, в отличие от прототипа, газогидратную смесь, отбирают в гидратном состоянии в виде брикетов, посредством n-контейнеров, поочередно спускаемых на подводный пласт газогидратов с подводного транспортного средства, разогревают подводный пласт газогидратов, посредством нагревательных элементов, размещенных в ребрах n-контейнеров, заглубляют поочередно каждый из n-контейнеров в подводный пласт газогидратов на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера, после заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газогидратной смесью выполняют их подъем в грузовое помещение транспортного средства, транспортное средство выполнено в виде подводной лодки, при разогреве подводного пласта газовых гидратов разогревают участок (только участок) газогидратного пласта под контейнером, газогидратная смесь, которой заполняют контейнеры, представляет собой брикеты природного метастабильного минерала в их гидратном - твердом состоянии, а в подводной лодке для транспортировки газовых гидратов, содержащая прочный корпус - оболочку грузовой емкости, разделительную мягкую оболочку, отсеки регуляции плавучести танкера, штурманскую рубку, жилые и вспомогательные отсеки, стыковочное устройство, трубопроводы, насосы, энергетическую установку, электродвигатели, средства программного управления, связи, безопасности, транспортное средство выполнено с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений, в отличие от прототипа грузовая емкость снабжена шахтой с грузоподъемным механизмом лифтового типа для поочередного спуска и подъема n-контейнеров, ребра которых содержат нагревательные элементы, штатный легкий корпус, в носовой части выполнен ледокольной формы с возможностью разрушения льда сверху и снизу.

Признаки ограничительной части формулы изобретения, относительно способа, заключающиеся в том, что, газогидратную смесь, отбирают в гидратном состоянии в виде брикетов, посредством n-контейнеров, поочередно спускаемых на подводный пласт газогидратов с подводного транспортного средства, разогревают подводный пласт газогидратов, посредством нагревательных элементов, размещенных в ребрах n-контейнеров, заглубляют поочередно каждый из n-контейнеров в подводный пласт газогидратов на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера, после заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газогидратной смесью выполняют их подъем в грузовое помещение транспортного средства, а признаки ограничительной части формулы изобретения, относительно транспортного средства решают следующие функциональные задачи.

Получение газогидратной смеси в виде брикетов, автоматизированный подъем брикетов в трюм транспортного средства и последующую ее транспортировку к месту назначения. При этом газогидратная смесь, отобранная в виде брикетов, представляет собой природный метастабильный минерал в гидратном состоянии, причем дополнительный экономический эффект может быть достигнут при одновременной реализации потребителям транспортируемого газа и чистой воды, остающейся после разложения гидрата (при образовании газогидратов вода очищается от примесей).

Обеспечивается возможность транспортирования газогидратной смеси в ледовых условиях, включая ледовые участки на предельном мелководье с глубинами 8-10 м.

Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре дан фрагмент технологической схемы комплекса оборудования, обеспечивающего реализацию заявленного способа на этапах добычи газогидратов и их отгрузки в транспортное средство.

На чертеже показан узел формирования газогидрата, включающий: транспортное средство 1, имеющее легкий 2 и прочный 3 корпус, являющийся оболочкой грузовой емкости 4, в которой размещены n-контейнеров 5, ребра 6 которых содержат нагревательные элементы 7. Грузовая емкость 4 снабжена шахтой 8 с грузоподъемным механизмом 9 лифтового типа, штатный легкий 2 корпус в носовой части 10 выполнен в виде ледокольной формы. На чертеже позициями также обозначены газогидратный пласт 11 и рабочее положение 12 контейнера 5 при загрузке газогидрата.

Контрольно-измерительная аппаратура и прочие вспомогательные устройства, необходимые для работы узла формирования газогидрата, а также средства движения и навигации, обеспечивающие реализацию заявленного способа, на чертеже не показаны.

В качестве узла хранения газогидрата использован теплоизолированный резервуар (или несколько резервуаров), выполненных с возможностью сохранения термодинамического равновесия хранимого в них газогидрата и снабженных также средствами отгрузки материала потребителю, горизонтальным способом грузообработки штатными портовыми погрузочными средствами через специальные погрузочные люки.

Грузовая емкость 4 транспортного средства 1 выполнена в виде теплоизолированного резервуара, выдерживающего давление более 10 атм (1 МПа). Его теплоизоляция выполнена как слой пенополиуретана толщиной порядка 100 мм.

Транспортное средство 1 выполнено в виде подводной лодки и содержит прочный корпус-оболочку грузовой емкости 4, разделительную мягкую оболочку, штатные отсеки регуляции плавучести транспортного средства, штурманскую рубку, жилые и вспомогательные отсеки, стыковочное устройство, трубопроводы, насосы, энергетическую установку, электродвигатели, средства программного управления, связи, безопасности, танкер выполнен с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений, имеет прочный корпус-оболочку грузовой емкости. Грузовая емкость снабжена шахтой с грузоподъемным механизмом лифтового типа для поочередного спуска и подъема n-контейнеров, ребра которых содержат нагревательные элементы, штатный легкий корпус в носовой части выполнен в виде ледокольной формы.

В последние годы было предложено много проектов и программ, в том числе проект подводного супертанкера для транспортировки из Арктики сжиженного газа американской фирмы General Dynamics, пятилетняя программа канадского правительства по созданию подводно-надводных судов для перевозки нефти, газа и других полезных ископаемых. Существует несколько проектов на подводные танкеры и сухогрузы. Однако ни одному из этих проектов и программ не суждено было осуществиться. Это объясняется тем, что все они требуют значительных капиталовложений на проектирование и строительство специфических подводных транспортных средств, а также создания для них особой инфраструктуры портов и мест базирования.

В начале 90-х годов начались поисковые исследования в направлении наиболее экономичного пути создания транспортных подводных лодок, при этом основное внимание было уделено вопросу использования выведенных из состава ВМФ атомных подводных ракетоносцев. Это наиболее приемлемый в настоящее время путь решения проблемы, так как замена ракетного оружия полезным грузом позволяет эффективно использовать технические возможности устаревших в военном отношении кораблей.

Созданию альтернативной морской транспортной системы для круглогодичной доставки продукции без ледокольной проводки на одном транспортном средстве является атомная подводная лодка (АПЛ), переоборудованной для перевозки грузов. В этом варианте значительный экономический эффект может быть достигнут, например, за счет переоборудования тяжелого атомного подводного крейсера, выведенного из состава ВМФ по международному договору о сокращении вооружений. Для соответствия АПЛ новому назначению требуется реализовать следующие три качества (не соединимые вместе ни на одном из существующих транспортных средств):

- способность перевозить значительное количество груза (в регламентированной упаковке) - до 10 тыс.т и более - в подводном положении;

- способность преодолевать в надводном положении ледяные поля сплоченностью 8-10 баллов и толщиной до 1,5-2 м;

- наличие осадки в грузу не более 9,5 м для преодоления перекатов на северных реках.

Обычные подводные лодки преодолевают ледовые препятствия в подводном положении, плавая на безопасной глубине, превышающей максимальную для данного района осадку ледяных образований (торосов, айсбергов), что требует достаточной глубины моря (обычно не менее 70-100 м), а для захода в порты с замерзающей акваторией и мелководными, в том числе речными, путями подхода (например, п. Дудинка) в надводном положении необходима ледокольная поддержка.

Таким образом, необходимо обеспечить достаточную ледопроходимость подводного судна в надводном положении. Существующие мелкосидящие ледоколы ("Таймыр", "Вайгач", "Капитан Сорокин") способны преодолевать лед до толщины 1,6-2 м при глубинах 7-9 м и на фарватерах рек, но они недостаточно мореходны. Морские, в том числе атомные ледоколы типа "Арктика", имеющие высокую ледопроходимость, а также большую осадку, не приспособлены для захода в порты с мелководными подходами.

Суда типа атомного лихтеровоза "Севморпуть" класса УЛ, обладающие большой грузовместимостью, имеют осадку более 10 м и недостаточную ледопроходимость, не обеспечивающую круглогодичную эксплуатацию.

Поэтому наиболее оптимальным выбором транспортного средства является переоборудование АПЛ, имеющей наибольший запас плавучести и минимальную базовую осадку. При этом требуемая грузоподъемность судна с обеспечением подводного плавания, а также минимальной осадки в надводном положении реализуется за счет демонтажа ракетного комплекса и увеличения ширины носовой части, а также подкрепления ряда балластных цистерн.

Кормовая часть корпуса, включающая атомную энергетическую установку, не изменяется (с учетом необходимости развития полной мощности для обеспечения ледопроходимости). Также сохраняется модуль обеспечения судовождения, управления, навигации, связи и средств освещения ледовой обстановки. Добавляются ледовые подкрепления на класс ЛЛ1 Регистра, включая усиления надстройки и придание легкому корпусу (преимущественно в носовой части) ледокольной формы, оптимизированной по ледопроходимости. Для сокращения времени стоянки в порту может быть использован горизонтальный способ грузообработки штатными портовыми погрузочными средствами через специальные погрузочные люки диаметром 4,5 м.

При достаточной глубине моря транспортное средство 1 преодолевает ледяные поля в подводном положении. На мелководье (глубины 17-70 м) транспортное средство 1 всплывает в позиционное положение и, имея сравнительно большую осадку, взламывает лед снизу. Для преодоления ледовых участков на предельном мелководье с глубинами 8-10 м, а также для увеличения ледопроходимости транспортного средства 1 при встрече с торосистыми участками и возможности работы набегами оно всплывает в надводное крейсерское положение и взламывает лед сверху, как обычный мелкосидящий ледокол.

Таким образом, транспортное средство 1 преодолевает ледяные поля, изменяя свою осадку в зависимости от глубины моря и состояния льда, а специальная форма его носовой оконечности позволяет разрушать лед как снизу, так и сверху.

Следует отметить ряд преимуществ использования транспортного средства 1 по сравнению с традиционным плаванием транспортных судов при ледокольной поддержке в восточной части Карского моря: нет необходимости постоянного присутствия морских ледоколов в восточной части Карского моря и речных ледоколов в Енисейском заливе и реке;

- отсутствует опасность ледового плена судов при тяжелой ледовой обстановке у мыса Желания;

- появляется возможность транспортировки груза в любой пункт арктического побережья (переход подо льдами Центральной Арктики), включая побережье Канады и Аляски.

Способы движения транспортного средства 1 позволяют сократить продолжительность перехода в зимнее время по сравнению с ледокольным транспортом в 2-3 раза. Переход подо льдами к побережью Западной Арктики может быть выполнен за неделю, при этом переход транспортное средство 1 в ледовых условиях по мелководью морей Бофорта, Чукотского и Берингова может осуществляться в надводном положении с применением описанных выше трех способов форсирования ледяных преград. Плавание в подводном положении на глубине до 100 м имеет, по крайней мере, три преимущества:

- независимость от погодных условий на поверхности моря (ветер, волнение);

- возможность развить большую скорость хода по сравнению с надводным положением, где возможна кавитация гребных винтов, особенно в штормовых условиях;

- возможность форсирования ледяных полей при наличии достаточной глубины моря (60 м и более) без необходимости разрушения льда.

Движительный комплекс транспортного средства 1 обеспечивает экономичный подводный ход со скоростью 16-18 уз и со скоростью 2-3 уз в надводном положении при форсировании сплошного ледового покрова толщиной до 2,6 м. Наличие двух подруливающих устройств существенно повышает поворотливость транспортного средства 1, особенно на малых ходах. Поворотливость в ледовых условиях в позиционном положении может быть существенно улучшена за счет маневра дифферентом: притопления кормы, подвода ее под край ледяного канала и подлома льда отводом дифферента.

При подводном плавании транспортного средства 1 на безопасной глубине в ледовых условиях северо-западной части Карского моря с осадкой килей торосов до 20 м, глубина моря должна быть не менее 60-70 м. В районах моря с меньшей глубиной транспортное средство 1 должно всплывать для преодоления ледяных полей. Ледовая обстановка, например, на трассе Дудинка-Диксон-мыс Желания-Мурманск описана статистически, и вся трасса может быть разделена на три участка по условиям преодоления ледяных полей. Различаются три типа таких условий: легкие, средние и тяжелые. При средних и легких условиях Баренцево море и северо-западная часть Карского моря весь год не требуют ледокольного плавания: толщина льдов у мыса Желания не более 0,7 м. При тяжелых условиях в феврале-мае могут встречаться льды толщиной до 1,2-1,8 м, которые можно преодолевать в подводном положении.

Основные параметры транспортного средства 1: глубина погружения 400 м, диаметр корпуса 23 м, длина 183 м, водоизмещение 30000 т, скорость 25 уз, атомный реактор 2 ОК-650.

Способ реализуется следующим образом.

Транспортное средство 1 располагается над газогидратным пластом 11.

Через шахту 8 посредством грузоподъемного механизма 9 лифтового типа, n-контейнеров 5, ребра 6, которых содержат нагревательные элементы 7, поочередно опускаются на газогидратный пласт 11. Посредством нагревательных элементов 7 происходит нагрев участка газогидратного пласта 11 под n-контейнерами 5 и они опускаются на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера, после заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газогидратной смесью осуществляют их подъем в грузовое помещение транспортного средства 1. При этом газогидратная смесь в каждом из n-контейнеров 5 имеет форму брикета.

Получение газогидратной смеси в виде брикетов, автоматизированный подъем брикетов в трюм транспортного средства и последующую ее транспортировку к месту назначения. При этом газогидратная смесь, отобранная в виде брикетов, представляет собой природный метастабильный минерал в гидратном состоянии, причем дополнительный экономический эффект может быть достигнут при одновременной реализации потребителям транспортируемого газа и чистой воды, остающейся после разложения гидрата (при образовании газогидратов вода очищается от примесей).

Заявленный способ доставки природного газа потребителю транспортным средством, выполненным в виде подводной лодки ледового плавания, является более безопасным, по сравнению с известными техническими решениями.

Обеспечивается сохранение груза в аварийной ситуации без нарушения экологии акватории, уходом на глубину при штормовой погоде, сохранностью при столкновениях.

Источники информации

1. Патент RU №2198285, 10.02.2003.

2. Заявка RU №2004106857/03, заявл. 09.03.2004; опубл. 20.08.2005.

3. Заявка RU №2005139956, заявл. 20.12.2005; опубл. 27.06.2007.

4. Патент RU №2381348.

5. Патент RU №2393338.

6. Патент RU №2403379.

7. Патент RU №2489568.

8. Патент RU №2402676.

9. Патент RU №2491420.

10. Патент RU №2230899.

11. Патент RU №2198285.

12. Патент RU №2306410.

13. Патент RU №2250365.

14. Патент RU №2451171.

15. Патент RU №2159323.

16. Патент RU №2438009.

17. Патент RU №2440272.

18. Патент RU №2062731 С1, 27.06.96.

19. Патент RU №2027632 С1, 27.01.1995.

20. Патент RU №2048371 С1, 20.11.95.

21. Патент RU №2087375 С1, 20.08.97.

22. Патент RU №2093411.

23. Патент RU №2387571 С1, 27.04.2010.

24. Патент RU №2412337 С1, 20.02.2011.

25. Патент RU №2496048 С1, 20.10.2013.

26. Васильев Ю.Н. Моторные топлива будущего. «Газовая промышленность», 1995 г., №1.

27. J.S. Gudmundsson and A. Boslashrrehaug. Frozen Hydrate for transport of Natural Gas. AE&NUST. 1996.

28. Патент RU №2200727, 1997 г.

1. Способ добычи и транспортировки газовых гидратов донных отложений потребителю, включающий получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газовых гидратов с получением газа, при этом процесс получения газовых гидратов осуществляют при термодинамических параметрах, соответствующих образованию газовых гидратов, перевозку газовых гидратов осуществляют в герметичных, теплоизолированных грузовых помещениях транспортного средства при термодинамических параметрах, исключающих разложение газовых гидратов, причем разложение газовых гидратов с отбором газа, по завершении их перевозки, осуществляют снижением давления в грузовом помещении транспортного средства до атмосферного, процесс получения газовых гидратов и их хранение в процессе перевозки осуществляют при температуре -0,2°C и давлении 1 МПа, отличающийся тем, что газовые гидраты отбирают в гидратном состоянии в виде брикетов, посредством n-контейнеров, поочередно спускаемых на подводный пласт газовых гидратов с подводного транспортного средства, разогревают подводный пласт газовых гидратов посредством нагревательных элементов, размещенных в ребрах n-контейнеров, заглубляют поочередно каждый из n-контейнеров в подводный пласт газовых гидратов на глубину, превышающую в два раза высоту контейнера, после заполнения самонавалом каждого из n-контейнеров газовыми гидратами выполняют их подъем в грузовое помещение транспортного средства, транспортное средство выполнено в виде подводной лодки, при разогреве подводного пласта газовых гидратов разогревают участок - только участок пласта газовых гидратов под контейнером, газовые гидраты, которыми заполняют контейнеры, представляет собой брикеты природного метастабильного минерала в их гидратном - твердом состоянии.

2. Подводная лодка для добычи и транспортировки газовых гидратов, содержащая прочный корпус - оболочку грузовой емкости, разделительную мягкую оболочку, отсеки регуляции плавучести танкера, штурманскую рубку, жилые и вспомогательные отсеки, стыковочное устройство, трубопроводы, насосы, энергетическую установку, электродвигатели, средства программного управления, связи, безопасности, транспортное средство выполнено с обтекаемым профилем продольного и поперечного сечений, отличающаяся тем, что грузовая емкость снабжена шахтой с грузоподъемным механизмом лифтового типа для поочередного спуска и подъема n-контейнеров, ребра которых содержат нагревательные элементы, штатный легкий корпус в носовой части выполнен ледокольной формы с возможностью разрушения льда сверху и снизу.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для добычи полезных ископаемых, находящихся на морском дне. Способ включает механическое разрушение донного слоя с помощью вскрышного ножа, перемещающегося по дну, и транспортировку продуктов разрушения на поверхность.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для подъема полезных ископаемых со дна акватории. Устройство включает грейферный ковш, снабженный рычагами с упорами и гибкими звеньями, датчик, гибкую полость, поплавок.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для разработки несвязных пород со дна континентального шельфа. Устройство включает транспортировочную трубу для подачи полезных ископаемых, выполненную книзу с раструбом, и трубопровод для подачи хладагента.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для подъема полезных ископаемых со дна акватории. Устройство включает транспортирующую емкость в виде грейферного ковша, снабженного рычагами с упорами и гибкими звеньями, датчик запуска, расположенный в контейнере, и гибкую полость.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для подъема полезных ископаемых со дна акватории. Устройство включает грейферный ковш с армированными челюстями и гибкие звенья, при помощи которых ковш связан с газогенератором и с датчиком запуска гибкой полости, расположенными в контейнере, поплавок.

Изобретение относится к системе разработки подводного месторождения нефти или газа, преимущественно в арктической и прилегающих к ней зонах. Система содержит, по меньшей мере, одну шахту-модуль с расположенным под водой на дне океана центральным узлом, имеющим углубленную в дно океана вертикальную шахту и, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру для подачи дежурных смен рабочих, материалов и оборудования.

Устройство относится к горной промышленности и предназначено для добычи несвязных полезных ископаемых со дна континентального шельфа. Технический результат заключается в возможности непрерывного процесса выемки, снижении энергетических затрат, а также затрат средств на подъем полезного ископаемого со дна морей и океанов, кроме того обеспечивается минимальное загрязнение окружающей среды.

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.

Изобретение относится к средствам добычи полиметаллических конкреций со дна Мирового океана. Устройство содержит подводный сосуд с атмосферным давлением воздуха, тележку, пульповод с конусообразным смесителем и кожухом, кронштейн между тележкой и кожухом, вертикально расположенный рабочий орган с гидродвигателем, его валом и рыхлители.

Изобретение относится к добыче со дна водоемов илистых грунтов, в частности сапропеля. Способ и установка для добычи сапропеля со дна водоемов включает его разработку при помощи спиральных ножей на конусном оголовке шнекового транспорта, подъем его к редуктору с двумя произвольно вкруговую направленными выходными валами, где кожухи двух шнеков соединены с помощью гофроармированного шланга, транспортировку другим шнеком в плавучие контейнеры для заполнения, буксировка контейнеров в связке лодкой к причалам эстакады, подъем их по эстакаде на специальной тележке вверх и их опорожнение опрокидыванием на виброрешето для удаления посторонних предметов (бутылки, камни, растения и т.п.), сбор сапропеля в бункере-накопителе для отвозки потребителям.

Группа изобретений относится к области интенсификации углеводородов из подземного пласта. Технический результат - повышение эффективности способа.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке месторождения нефти, обладающей аномально высокой вязкостью. Технический результат заключается в создании способа разработки высоковязкой нефти, позволяющий повысить коэффициент извлечения пластовой нефти до 65% за счет равномерного прогрева нефтяного пласта по высоте при минимальных теплопотерях на добычу нефти.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при эксплуатации скважины, добывающей вязкую нефтяную эмульсию. Технический результат - повышение эффективности добычи вязкой нефтяной эмульсии.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к способам для добычи высоковязкой нефти. Способ освоения и эксплуатации скважины с высоковязкой нефтью включает спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) со скважинным насосом с силовым кабелем и капиллярной трубки, спущенной в скважину параллельно с силовым кабелем и закрепленной на наружной поверхности НКТ клямсами.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области разработки залежи высоковязкой нефти или битума. Технический результат - увеличение охвата пласта воздействием, увеличение уровня добычи высоковязкой нефти и битума с одновременным снижением материальных затрат и энергозатрат.

(57) Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - оптимизация работы горизонтальной скважины, снижение энергетических затрат на ее эксплуатацию, увеличение ширины полезной зоны охвата влияния добывающей горизонтальной скважины, снижение доли газов в составе добываемой продукции, увеличение выработанности запасов нефтеносной залежи.

Группа изобретений относится к области газодобычи и конкретно к выделению и сбору природного газа из залежей газогидратов, локализованных в придонных участках океанического шельфа и в зоне вечной мерзлоты.

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи нефти и газа при разработке сланцевых нефтегазоносных залежей.

Изобретение относится к области добычи нефти и, в частности, к стимулированию ее добычи. Технический результат - повышение эффективности добычи нефти на выработанных месторождениях с повышением безопасности добычи.

Настоящее изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к добыче нефти из подземных нефтяных месторождений. Технический результат - повышение эффективности добычи нефти за счет выравнивания приемистости подземных неоднородных формирований со значительными температурными градиентами.

Группа изобретений относится к подводной добыче углеводородов, в частности к системам для соединения основного промыслового объекта и подводных скважин. Система подводной добычи нефти и/или газа содержит основной промысловый объект, множество подводных скважин, транспортную сеть текучей среды и отдельную сеть электроснабжения и передачи данных.
Наверх