УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НА ДНЕ ВОДОЕМОВ

Полезная модель относится к газовой отрасли горнодобывающей промышленности и может быть использована при разработке газогидратных залежей под морским дном.
Залежи твердых газогидратов (ТГ), основным компонентом которых является метан, считают важнейшим потенциальным источником углеводородного сырья для энергетики и химической переработки. Огромные запасы ТГ сосредоточены в придонных областях глубоких озер, морей и океанов на глубине от десятков до нескольких тысяч метров.
В основе способов разработки в большинстве случаев лежат стандартные операции, включающие активацию газоносного слоя, улавливание выделяющегося газа, отбор свободно всплывающего газа с использованием различных систем и доставка его на пункт хранения или переработки, при этом в качестве системы улавливания используют устанавливаемые на дне газосборники различной конструкции (а.с. СССР №1498908, п. РФ №2026964, №2066367, п.п. США №5950732, №6299256).
Известно устройство сбора метана воронкообразной формы, устанавливаемое над газоносным слоем и включающее средство интенсификации разложения газоносного слоя. В качестве активатора разложения используют теплую воду, инжектируемую в газоносный слой (з. JP №2001-280055).
Известен ряд устройств улавливания газа со дна водоемов, выполненных в виде гибкого полотна (листа), устанавливаемого на поверхности газоносного слоя. Полотно выполнено с возможностью отвода собранного газа и снабжено средствами погружения, расположенными по периметру полотна (з. JP №2000-282775, п. US №6192691). Аналогичное решение предложено в п. США №6299256.
Известно устройство сбора пузырьков газа, выделяющихся из газогидратного пласта, включающее конусообразный или куполообразный газосборник, снабженный в верхней части трубопроводом с системой сбора газа и хранения до момента транспортировки, выбранное в качестве прототипа (п. РФ №2078199, E21B 43/01).
Задача полезной модели состоит в разработке газоулавливающей системы новой конструкции, используемой при добыче метана из газогидратной залежи со дна водоемов.
Технический результат - улучшение экологического состояния моря, снижение ущерба, причиняемого флоре и фауне моря при разработке месторождения; расширение функциональных возможностей системы, упрощение конструкции и стоимости оборудования.
Поставленная задача решается предлагаемой системой улавливания газового потока со дна водоемов при разработке газогидратных залежей, включающей систему интенсификации разложения газогидрата и как минимум один газосборник, выполненный в виде усеченного конуса, над вершиной которого установлено средство для отвода газообразного продукта, а тело имеет сетчатый каркас с диаметром ячеек не более 0,5 см (может 0,5-1,0 см), покрытый обрастателями, обеспечивающими герметичность тела каркаса.
В основе предлагаемой конструкции газосборника лежит использование известного (как правило нежелательного) процесса обрастания любых поверхностей, погруженных в море (http://www.fegi.ru/primorye/sea/obrast.htm) для создания газонепроницаемости стенок газосборника, которое в заявляемом случае усиливается за счет использования свободно всплывающего метана в качестве основы создания кормовой базы для роста обрастателей, обеспечивающих герметичность тела каркаса.
Покрываясь обрастателями (бактериальная пленка, беспозвоночные фильтрующие моллюски и водоросли и другие обитатели водоемов), тело каркаса через определенное время, которое зависит от гидрологических и гидродинамических условий места установки, при постоянном потоке метана, являющимся питательной средой для метанотрофных бактерии, белок которых в свою очередь служит начальным звеном в пищевой цепи для развития колоний обрастателей (Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии http://old.inmi.ru/mb_part16.php), набирает вес и толщину стенки газосборника от 5 до 10 см, которая обеспечит надежность и прочность конструкции газосборника.
В зависимости от глубины установки газосборник может состоять из нескольких последовательно расположенных друг над другом конусов, при этом установку каждого последующего конуса целесообразнее осуществлять по мере набора прочности предыдущего. Таким образом появляется возможность варьирования размерами газосборника в соответствии с гидродинамическими и гидрологическими условиями акватории.
Материал каркаса газосборника может быть любым, пригодным для морских условий, например, углеволокно, стекловолокно на эпоксидной основе, прочные полимеры и т.д, а в качестве материала тела конуса может быть использована, например, сеть из капрона, лески, пеньки и подобных легких материалов с диаметром ячейки не более 5 мм. Размер ячейки сети обусловлен диаметром пузырьков метана и его поверхностным натяжением при контакте с ячейкой сети. Пузырьки мельче 3 мм будут свободно проникать сквозь сеть и составлять пищу бактериям. Пузырьки до 5 мм будут цепляться за сеть и тоже составлять пищу бактериям, а пузырьки 5 мм и более будут отталкиваться от сети и катиться вверх по внутренне стенке концентратора, постепенно увеличиваясь в размере и теряя силу поверхностного натяжения разрываться на множество мелких пузырьков, которые в свою очередь будут повторять тот же путь. Этот процесс будет повторяться многократно до выхода газа из воды на поверхность и на каждом этапе до 10% метана будет «просачиваться» сквозь сеть, создавая на наружной поверхности сети пищевую бактериальную пленку - основу питания последующих слоев обрастателей.
На стадии установки газосборника к основанию каркаса присоединяют грузы, обеспечивающие первоначально его устойчивое положение, а для предотвращения провисания стенок конуса поверхность конуса снабжают поплавками, которые впоследствии могут быть удалены. Количество тех и других рассчитывают стандартным образом с учетом давления и температуры выходящего газа, плавучести сети, течения на глубине, размера поплавков.
В качестве средства для отвода выходящего из вершины газосборника газа можно использовать любые известные системы, устанавливаемые над вершиной газосборника, например, надводную газовую платформу, снабженную подводным «куполом» для сбора свободно выходящего из газосборника метана, или установив над вершиной воронкообразную систему, направлять газовый поток по трубопроводу в место сбора.
Система интенсификации газовыделения разрабатываемого слоя также может быть выполнена любым известным способом с применением любого приемлемого в данных конкретных условиях добычи средство. Однако, поскольку процесс формирования герметичного каркаса достаточно продолжителен, целесообразнее использовать для этого волоконный лазер с манипулятором. Лазер устанавливают либо на плавающей платформе либо на земле, а манипулятор, установленный на грунте в строго определенном, расчетном от формы газогидратной залежи, положении по кабелю, восходящему с наружной стороны газосборника, присоединяется к пульту управления объемом выхода метана (http://www.ntoirepolus.ru/products_poweerful.html).
Газосборник может быть дополнительно оборудован датчиками температуры, солености, концентрации кислорода, скорости течения для наблюдения и корректировки процессов обрастания и контроля за газовыделением.
Монтаж конструкции газосборника системы улавливания осуществляют над местом установки системы улавливания и способ его установки на дно будет определяться гидродинамическими условиями места установки (глубинные течения, явления плотностной и температурной стратификации вод, процессы турбулентной диффузии и др.).
Например, при глубине установки системы улавливания 700 метров, первоначально установливают сетчатый каркас усеченного конуса высотой, например, 200 метров и углом наклона 45° к основанию. При диаметре основания 1000 метров, высоте 200 метров и с углом наклона 45°, верхний диаметр первого конуса будет 600 метров. Установка второго усеченного конуса высотой 150 метров и углом наклона 45° даст нам верхний диаметр второго усеченного конуса - 350 метров. Установка третьего усеченного конуса высотой 150 метров и углом наклона 45° даст верхний диаметр третьего усеченного конуса - 100 метров, над которым после завершения формирования герметичного каркаса устанавливают систему отвода выделяющегося газа. Установку каждого последующего конуса осуществляют в зависимости от набора прочности предыдущего приблизительно через 3-4 месяца в зависимости от сезонности, гидродинамических и гидрологических условий места постановки.
Таким образом, предлагаемая система улавливания газового потока за счет конструкции газосборника системы, поверхность которого выполнена из живых биоорганизмов, позволяет не только достичь заявленного технического результата, но одновременно может служить кормовой базой для различных видов рыб, увеличивая рыбные ресурсы района.