ГАЗГОЛЬДЕР
GAS HOLDER

Изобретение относится к устройствам для приема и транспортировки газа и может быть использовано для добычи природного газа в открытом море, а именно газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках.
Известен газгольдер, включающий водоизмещающую емкость, выполненную с возможностью ее погружения-всплытия, снабженную средствами приема газа, его перевода в газогидрат и сохранность природного газа в форме гидрата при его транспортировке морем (см. патент США № US 3975167).
Однако данное устройство, скорее всего, неработоспособно, т.к. предусматривается ввод газа в водоизмещающую емкость сверху-вниз (обеспечивается прием газа с участков, расположенных выше горизонта ее позиционирования), что, скорее всего, вызовет их закупорку гидратными пробками. Кроме того, коэффициент полезного использования объема корпуса невысок (на уровне 0,5-0,6), поскольку предусмотрено размещение всей аппаратуры, обеспечивающей поддержание соответствующих параметров в его полости, непосредственно во внутреннем объеме корпуса. Эти же факторы приводят к усложнению конструкции устройства и приводят к необходимости повышения его прочностных характеристик, по крайней мере, «аппаратурного» отсека.
Известен также газгольдер, содержащий корпус, выполненный с возможностью его погружения в толщу воды и обратного подъема, отверстие для приема газа, средство разгрузки газа (см. RU 2078199, Е21В 43/01, 1994).
3
Недостаток этого решения - недостаточная экономическая эффективность установки при отработке газогидратных залежей, как источников газовых фонтанов, особенно при распределении газовых фонтанов на ограниченных по площади участках при условиях переменного дебита газа. Принятая схема компактирования собранного газа (его ожижение) в аккумулирующей емкости (газгольдере) энергоемка и конструктивно достаточно сложна, поскольку непонятно, как реализуется утверждение заявителей о том, что «перед транспортировкой газ сжиживают путем его дожатия, например, компрессором», кроме того, газгольдер становится достаточно сложной конструкцией, поскольку ему «приходится работать» при большом перепаде внешних давлений (на начальной стадии заполнения он должен противостоять значительному внешнему давлению, а после всплытия должен противостоять такому же по величине давлению внутреннему (эффективность ожижения в лучшем случае составит 40-50% от исходного объема газа). При этом непонятно, как осуществлять смену газгольдеров, полезный объем которых, по заявлению авторов, порядка 10 м. Оценивая эффективность процесса добычи, можно отметить его неэффективность на больших глубинах (превышающих 600-800 м).
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в снижении энергоемкости процесса приема и компактирования газа при отработке газогидратных залежей, как источников газовых фонтанов.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции оборудования, обеспечивающего прием собранного газа, кроме того, упрощается организация работы на поверхности моря. Обеспечивается возможность компактирования газа за счет использования потенциальной энергии окружающей среды. При этом обеспечивается возможность получения одновременно с газом и пресной воды.
Для решения поставленной задачи газгольдер, содержащий корпус, выполненный с возможностью его погружения в толщу воды и обратного подъема, отверстие для приема газа, средство разгрузки газа, отличается тем, что газгольдер выполнен с плавучестью, близкой к нулевой, а его корпус выполнен с возможностью его буксирования судном-буксировщиком на поверхности моря или в погруженном состоянии, при этом корпус выполнен с возможностью поддержания в его полости термобарических условий на уровне, исключающем диссоциацию гидрата природного газа, для чего снабжен средствами теплоизолирования и/или охлаждения полости и/или выполнен с расчетом на внутреннее давление, не меньшее давления, соответствующего давлению диссоциации гидрата природного газа при температуре, поддерживаемой в полости газгольдера, кроме того, газгольдер снабжен средством приема газа из установки для его сбора, выполненным с возможностью сообщения его полости с акваторией, кроме того, донная часть газгольдера снабжена приемным отверстием водоприемного трубопровода.
Кроме того, средство теплоизолирования выполнено в виде теплоизолирующего покрытия корпуса, предпочтительно съемного. Кроме того, средство охлаждения полости корпуса содержит термоэлектрические охлаждающие элементы, линии питания которых выведены за пределы корпуса и снабжены герметичными разъемами, выполненными с возможностью подключения к внешним источникам электропитания, при этом внешний источник электропитания размещен на судне-буксировщике.
3
Кроме того, средство охлаждения полости корпуса содержит каналы для прокачки хладагента, выполненные с возможностью подключения к внешним источникам хладагента, снабженным средствами его прокачки. Кроме того, внешний источник хладагента, снабженный средством его прокачки, размещен на судне-буксировщике. Кроме того, корпус устройства снабжен средством стабилизации его положения в надводном или подвсплытом состоянии, например гидродинамическими плоскостями и/или балластирующими емкостями. Кроме того, объем полости корпуса не менее 500 м. Кроме того, корпус снабжен подруливающими устройствами, предпочтительно съемными, предпочтительно электроприводными с питанием от внешнего источника электропитания.
Кроме того, средство погружения газгольдера и его стыковки с установкой для сбора газа содержит движители вертикального и горизонтального перемещения, размещенные на корпусе газгольдера, снабженные системой дистанционного управления, содержащей средства отображения в реальном масштабе времени пространства на участке под газгольдером.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
Признак «…газгольдер выполнен с плавучестью близкой к нулевой» обеспечивает минимизацию затрат энергии (соответственно минимизацию массогабаритных параметров подруливающих устройств) на погружение газгольдера на заданную глубину.
Признак «…корпус выполнен с возможностью его буксирования судном-буксировщиком на поверхности моря или в погруженном состоянии…» обеспечивает подъем газгольдера на поверхность с последующим транспортированием к месту переработки.
Признаки «…корпус выполнен с возможностью поддержания в его полости термобарических условий на уровне, исключающем диссоциацию гидрата природного газа, для чего снабжен средствами теплоизолирования и/или охлаждения полости и/или выполнен с расчетом на внутреннее давление, не меньшее давления, соответствующего давлению диссоциации гидрата природного газа при температуре, поддерживаемой в полости газгольдера…» обеспечивает «автоматический» перевод в гидратную форму газа, попавшего в полость газгольдера и его накопление в компактной форме.
Признак «…газгольдер снабжен средством приема газа из установки для его сбора, выполненным с возможностью сообщения его полости с акваторией воды…» позволяет поддерживать внутреннее давление газгольдера, не меньшее давления, соответствующего давлению диссоциации гидрата природного газа при температуре, поддерживаемом в полости газгольдера.
Признак «…донная часть газгольдера снабжена приемным отверстием водоприемного трубопровода…» обеспечивают выгрузку воды из газгольдера после удаления из него газа.
Признак «…средство теплоизолирования выполнено в виде теплоизолирующего покрытия корпуса, предпочтительно съемного…» направлен на поддержание термобарических условий в полости газгольдера на уровне, исключающем диссоциацию гидрата природного газа и минимизацию потребления энергии термоэлектрическими охлаждающими элементами.
Признаки «…средство охлаждения полости корпуса содержит термоэлектрические охлаждающие элементы, линии питания которых выведены за пределы корпуса и снабжены герметичными разъемами, выполненными с возможностью подключения к внешним источникам электропитания…» обеспечивают поддержание термобарических условий в полости газгольдера на уровне, исключающем диссоциацию гидрата природного газа за счет минимизации температурного уровня в полости газгольдера и тем самым минимизации требований по прочностным параметрам корпуса, при этом герметизация разъемов повышает сохранность средств охлаждения и исключает утечки тока в процессе их активирования. Кроме того, обеспечивается возможность «включения - выключения» процесса подачи свободного газа из полости газгольдера при переключении режима работы с охлаждения на нагрев при разгрузке газа.
Признак «…средство охлаждения полости корпуса содержит каналы для прокачки хладагента, выполненные с возможностью подключения к внешним источникам хладагента, снабженными средствами его прокачки…» обеспечивают поддержание термобарических условий в полости газгольдера на уровне, исключающем диссоциацию гидрата природного газа за счет минимизации температурного уровня в полости газгольдера и тем самым минимизации требований по прочностным параметрам корпуса.
Размещение на судне-буксировщике «внешнего источника хладагента, снабженного средством его прокачки» и «внешнего источника электропитания» позволяет упростить конструкцию газгольдера за счет «выноса с него» названных узлов.
Признак «…корпус газгольдера снабжен средством стабилизации его положения в надводном или подвсплытом состоянии, например гидродинамическими плоскостями и/или балластирующими емкостями…» обеспечивает возможность позиционирования газгольдера с четкой пространственной привязкой его верха и низа.
3
Признак «…объем полости корпуса не менее 500 м…» обеспечивает возможность использования газгольдера не только в качестве промежуточного средства, обеспечивающего прием газа под водой, но и использование в качестве транспортного средства для доставки собранного и компактированного газа к потребителю.
Признак «…корпус снабжен подруливающими устройствами, предпочтительно съемными, предпочтительно электроприводными с питанием от внешнего источника электропитания…» обеспечивает возможность погружения газгольдера на заданную глубину и управляемую с поверхности процедуру стыковки газгольдера с установкой для сбора природного газа.
Последний дополнительный пункт формулы изобретения обеспечивает возможность пространственного позиционирования газгольдера.
На фиг.1 схематически показан продольный вертикальный разрез газгольдера; на фиг.2 показана схема работы на этапе после всплытия газгольдера.
3
Газгольдер выполнен в виде корпуса 1, объем полости которого не менее 500 м. Он выполнен с плавучестью, близкой к нулевой, а его корпус 1 выполнен с возможностью его буксирования обслуживающим судном-буксировщиком 2 на поверхности моря или в погруженном состоянии.
Корпус 1 снабжен средствами теплоизолирования и/или охлаждения полости. Средство теплоизолирования выполнено в виде теплоизолирующего покрытия 3 из материала с малой теплопроводностью, предпочтительно съемного, в последнем случае могут использоваться вспененные синтетические материалы. Средство охлаждения полости корпуса 1 выполнено в виде технологического комплекса, включающего термоэлектрические охлаждающие элементы 4, линия питания 5 которых выведена за пределы корпуса 1 и снабжена герметичными разъемами 6, выполненными с возможностью подключения к внешним источникам электропитания 7. Кроме того, в состав этого технологического комплекса входят каналы 8 для прокачки хладагента, выполненные с возможностью подключения к внешнему источнику хладагента 9, снабженному средством его прокачки 10, например, насосом, известной конструкции. Обслуживающее судно-буксировщик 2 выполнено с возможностью буксировки газгольдера и оснащено средствами принудительного охлаждения и генератором электроэнергии для питания энергопотребляющих систем газгольдера. Внешний источник хладагента 9, снабженный средством его прокачки 10, и внешний источник электропитания 7 размещены на обслуживающем судне-буксировщике 2. Газгольдер снабжен средством приема газа 11 из установки для сбора газа (на чертеже не показан), выполненным с возможностью сообщения его полости с акваторией 12, а также средством разгрузки газа 13. Газгольдер снабжен средством его погружения и стыковки с установкой для сбора газа, содержащим систему дистанционного управления, со средствами 14 отображения в реальном масштабе времени пространства на участке под газгольдером. На корпусе газгольдера размещены движители 15 вертикального и горизонтального перемещения известной конструкции. Целесообразно, чтобы они были выполнены как поворотные подруливающие устройства предпочтительно съемные и предпочтительно электроприводные. Донная часть газгольдера снабжена приемным отверстием 16 водовыдачного трубопровода 17. Корпус 1 газгольдера может быть также снабжен средством стабилизации его положения в надводном или подвсплытом состоянии, например гидродинамическими плоскостями 18 и/или балластирующими емкостями 19.
Заявленный газгольдер работает следующим образом
В качестве источника газа используют его донные газовые фонтаны над газогидратными полями, залегающими под покрывающей толщей дна. Эти газовые фонтаны выявляют известным образом на основе сейсмоакустического профилирования и/или эхозондирования и/или съемки локатором бокового обзора и/или газогеохимическими исследованиями. Газ собирают в куполообразной аккумулирующей емкости (на чертежах не показана). При заданном наполнении аккумулирующей емкости контрольно-измерительная аппаратура дает сигнал о готовности к приему газгольдера на обслуживающее судно-буксировщик 2. Газгольдер доставляют обслуживающим судном-буксировщиком 2 до места установки, после чего на корпусе 1 закрепляют движители 15 вертикального и горизонтального перемещения, убирают заглушки с каналов 8 для прокачки хладагента и открывают средство приема газа 11, обеспечивая поступление воды в полость газгольдера. Далее, включив систему дистанционного управления, со средствами 14 отображения в реальном масштабе времени пространства на участке под газгольдером и движители вертикального перемещения 15, газгольдер погружают на заданную глубину, после чего, используя часть движителей 15 для горизонтального перемещения, газгольдер выводят на выдачной трубопровод аккумулирующей емкости (на чертежах не показана) и опускают на него средство приема газа 11. Далее выдачной трубопровод аккумулирующей емкости подключают к приемному отверстию средства приема газа 11, начинают его прогрев, открыв запорную арматуру выдачного трубопровода. Вследствие прогрева газогидраты превращаются в газ и уходят в полость корпуса 1. Процесс продолжают до полного освобождения аккумулирующей емкости от газогидрата либо до заполнения газгольдера. Попавшие в газгольдер пузырьки газа поднимаются вверх до упирания в верхнюю часть поверхности его полости, после чего начинают воспринимать давление воды (которое на этой глубине превышает давление, при котором происходит диссоциация гидрата природного газа, и с учетом температуры воды соответствует термобарическим условиям гидратообразования), вследствие чего газ переходит в гидратную форму. Таким образом, в полости корпуса 1 газгольдера начинает накапливаться газогидрат природного газа. При наполнении газгольдера его контрольно-измерительная аппаратура (на чертежах не показана) дает команду на всплытие. При отрыве газгольдера от выдачного трубопровода его выпускное отверстие перекрывается запорной арматурой, кроме того, приемное отверстие средства приема газа 11 газгольдера также герметизируется.
2
После всплытия газгольдера его корпус изолируют размещением на его поверхности теплоизолирующего покрытия 3, продувают каналы 8 для прокачки хладагента и подключают их к внешнему источнику хладагента 9 и начинают прокачку последнего средствами его прокачки 10. Герметичные электрические разъемы 6 средств электроохлаждения подключают через судовые линии электропитания 7 к судовому источнику тока и включают их на охлаждение. Тем самым, обеспечивают поддержание термобарических условий в полости газгольдера на уровне, исключающем диссоциацию гидрата природного газа за счет минимизации температурного уровня в полости газгольдера и, тем самым, минимизации требований по прочностным параметрам корпуса (который реально может быть рассчитан на внутреннее давление порядка 20-30 кг/см). Герметизация разъемов 6 повышает сохранность средств охлаждения и исключает утечки тока в процессе их активирования. Дальнейшую транспортировку газа к потребителям осуществляют известным образом - буксируя газгольдер обслуживающим судном-буксировщиком 2.
При выгрузке газа потребителю обеспечивают подогрев объема газогидрата, например, переключая термоэлектрические охлаждающие элементы 4 в режим нагрева и/или прокачивая по каналам подвода хладагента нагретого теплоносителя (например, забортной воды, если это происходит летом). Вследствие прогрева газогидраты превращаются в газ, который под собственным давлением уходит из полости газгольдера через средство разгрузки газа 13. Процесс продолжают до полного освобождения газгольдера от газа, а оставшуюся опресненную воду сливают через отверстие 16 водовыдачного трубопровода 17 для дальнейшего использования. По завершению процесса отгрузки отключают герметичные электрические разъемы 6 средств электроподогрева от судового источника тока, перекрывают запорную арматуру газгольдера, транспортируют его к месту сбора газа. Далее все повторяется.