УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ИЗ ПОДВОДНЫХ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ

Полезная модель относится к добыче полезных ископаемых, в частности, природного газа из подводных газовых гидратов.
16
3
Известно, что на Земле около половины углерода, связанного во всевозможных органических и неорганических соединениях, содержится в виде газовых гидратов - твердых льдоподобных веществ - соединений природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, диоксид углерода, сероводород и др.) и воды, образующихся при определенных термодинамических условиях, а именно сочетании высокого давления и относительно низких температур (E.D. Sloan, Clathrate Hydrates of Natural Gases, N.Y., Marcell Dekker, 1990; Т.В. Родионова, Д.В. Солдатов, Ю.А. Дядин, Ж. Химия в интересах устойчивого развития, 6 (1998) 51-74; Г.Д. Гинзбург, В.А. Соловьев, Субмаринные газовые гидраты, С. Петербург, изд. ВНИИ Океанологии, 1994). Огромные запасы газовых гидратов (до 2·10 м) сосредоточены в придонных областях глубоких озер, морей и океанов на глубине от нескольких метров до 300-500 метров от дна, а также на суше в зонах вечной мерзлоты на глубинах до 1-2 км. Благодаря своей структуре единичный объем газового гидрата может содержать до 160-180 объемов чистого газа.
Существует два типа газогидратных залежей, которые существенно различаются по возможностям их промышленного освоения и добычи. К первому типу относятся залежи с мощными литологическими покрышками, не имеющие выходов на поверхность морского дна, а к второму, наиболее распространенному в Мировом океане, залежи, не имеющие литологической покрышки, кровля которых часто совпадает с поверхностью морского дна или перекрыта в разной степени проницаемыми донными осадками.
Заявленная полезная модель относится к добыче природного газа именно из таких газогидратных залежей.
В настоящее время существуют различные устройства для добычи газа из таких газогидратных залежей, основанные на разложении газогидратов тепловым воздействием, механическом их разрушении, введении в газогидраты различных веществ, снижении давления в газогидрате.
Известно устройство для добычи газа из газовых гидратов, содержащее плавучую платформу, находящуюся на водяной поверхности, источник лазерного излучения, обеспечивающий разложение газогидрата, куполообразный коллектор для сбора газа, соединенный системой трубопроводов с емкостью-накопителем (UA 62423 U, E21B 43/24, 25.08.2011).
Недостатком известного устройства является его высокая стоимость вследствие наличия источника лазерного излучения и связанной с ним системы оптических волокон.
Известна система для добычи природного газа из твердых газовых гидратов, содержащая плавучую платформу, систему позиционирования платформы над местом залегания газогидратов, аппарат для добычи газогидратов, соединенный с системой отделения газа от газогидрата и перекачки газа от места добычи на платформу, систему конверсии газа для преобразования газа в сжижаемые углеводороды, системы хранения и удаления (US 5950732 A, C10G 2/00, 14.09.1999).
Недостатком известного устройства является сложность в подводе тепла к зоне разложения газовых гидратов, и соответственно добыче из них природного газа.
Известно устройство для добычи газовых гидратов со дна океана, выполненное 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, E21C 50/00, 20.08.2005).
Известное устройство сложно по конструкции и управлению. Добытые газовые гидраты при их транспортировке могут потерять значительное количество газа-гидратообразователя и сделать добычу полезного ископаемого дорогостоящей и нерентабельной.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели по технической сущности является установка для добычи природного газа из подводных газовых гидратов, содержащее плавучую платформу с размещенными на ней устройством для создания необходимого разряжения в газогидратном пласте путем снижения гидростатического давления и емкостью-накопителем для высвобождаемого природного газа, уловитель природного газа, опускаемый на дно с помощью подвесного устройства и соединенный с емкостью-накопителем трубами (RU 2402674 C1, E21B 43/01, 27.10.2010).
Недостатком известной установки является сложность в обеспечении герметичного размещения над газогидратной залежью уловителя природного газа, вследствие неровностей морского дна и, как следствие, создания под ним требуемого разряжения.
Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков известных устройств путем создания простой с технологической и экономической точек зрения установки, позволяющей добывать газ прямо в местах залегания гидратов без предварительного их разрушения, избегая трудоемких и затратных мер по их добыче и транспортировке на поверхность.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение герметичности размещения уловителя природного газа над местом залегания газогидратов и, как следствие, повышение эффективности добычи газа из гидратов.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для добычи природного газа из подводных газовых гидратов, содержащей плавучую платформу с размещенными на ней устройством для создания необходимого разряжения над газогидратным пластом путем снижения гидростатического давления и емкостью-накопителем для высвобождаемого природного газа, уловитель природного газа, опускаемый на дно подвесным устройством и соединенный с емкостью-накопителем трубами, согласно полезной модели уловитель природного газа выполнен в виде системы колоколов, содержащей малый колокол и установленный над ним большой колокол, а устройство для создания разряжения выполнено в виде установленного на плавучей платформе насоса, создающего требуемое разряжение над газогидратным пластом посредством инициирующей трубки, проходящей от насоса ко дну через трубу, соединяющую малый колокол с емкостью накопителем, которая проходит через трубу, соединяющую большой колокол с емкостью накопителем.
Заявленная установка иллюстрируется следующей фигурой, где схематично представлены: 1 - инициирующая трубка, 2 - малый колокол, 3 - большой колокол, 4 - емкость-накопитель, 5 - насос устройства создания требуемого разряжения, 6 - плавучая платформа.
Заявленная установка работает следующим образом.
С плавучей платформы (6) над местом залегания газогидратов опускают на подвесном устройстве уловитель природного газа, выполненный в виде малого колокола (2) и установленного над ним большого колокола (3). Нижний край уловителя располагается в непосредственной близости к залежам газовых гидратов или может быть по своему нижнему периметру стационарно установлен на дно, углубляясь в донный грунт под действием собственного веса, что обеспечивает первичную герметизацию внутреннего объема уловителя от внешней морской среды. Включением насоса (5), установленного на плавучей платформе (6), посредством соединенной с ним и опущенной на дно инициирующей трубки (1), проходящей через трубу, соединяющую малый колокол с емкостью накопителем (4), которая в свою очередь проходит через трубу, соединяющую большой колокол с емкостью накопителем (4), из под малого колокола уловителя откачивается морская вода с донными осадками, тем самым понижая внутреннее давление под уловителем и создавая необходимую степень разряжения под малым колоколом над газогидратной залежью. В результате понижения давления проявляется свойство гидратов газифицироваться, то есть переходить из твердого состояния в газообразное при определенных условиях. Газогидраты разлагаются на воду и природный газ со своей поверхности (кровли) с интенсивностью, пропорциональной разности между их внутренним давлением и давлением на их кровле, создающийся при откачке воды из под малого колокола уловителя. Выделяющий свободный газ скапливается под малым и большим колоколами из под которых по коаксиально расположенным трубам от малого и большого колоколов (труба, соединяющая малый колокол с емкостью накопителем, проходит через трубу, соединяющую большой колокол с емкостью накопителем) поступает в емкость-накопитель (4), установленную на плавучей платформе (6).
По мере разложения газогидрата и добычи газа под уловителем формируется углубление в виде котловины, в случае стационарного его расположения на дне, в которую опускается уловитель до тех пор, пока вертикальное разложение пласта газогидратов не дойдет до его подошвы, на что будет указывать прекращение поступления выделяющегося газа. Однако процесс разложения газогидрата можно остановить в любой требуемый момент времени путем прекращением работы насоса (5).
После того, как процесс разложения газогидрата дойдет до подошвы его пласта, уловитель поднимают с поверхности дна и перемещают на соседний участок газогидратной залежи.
Уловитель может непрерывно перемещаться над залежами газогидратов, обеспечивая посредством насоса, соединенного с инициирующей трубкой, необходимое локальное разряжение под малым колоколом, и создавая условия для высвобождения природного газа и улавливания его колоколами.
Преимуществом данной установки является выполнение уловителя природного газа в виде системы колоколов - большого и малого, установленных один над другим. Поскольку вследствие неровности морского дна установить один большой колокол (с большой поверхностью контакта) относительно герметично поверхности трудно и, следовательно, создать требуемую степень разряжения под ним тоже будет крайне сложно, для чего потребуется также значительное количество ресурсов, то для этих целей как раз нужен колокол с маленьким объемом и малой площадью, размещенный под большим. Малый колокол позволяет обеспечить локальное разряжение под собой, так как под большим колоколом довольно затруднительно создать достаточное разряжение. Высвобождающийся газ улавливается большим и малым колоколами. Именно наличие двух колоколов, размещенных один над другим, позволяет обеспечить требуемое разряжение над местом залегания газогидратов и, следовательно, повысить эффективность добычи из них природного газа.
Конструкция уловителя должна выдерживать высокое внешнее гидростатическое давление, а также обладать достаточным весом для противодействия всплывающему моменту, равному весу морской воды, вытесняемой им, и газом под ним.
Таким образом, при использовании заявленной установки для добычи природного газа из подводных газовых гидратов, разлагаемых путем снижения гидростатического давления, обеспечивается регулирование интенсивности (скорости) разложения газогидратов, улавливание продуктов разложения и транспортировка их на поверхность для последующего использования. При этом не требуется дорогостоящего громоздкого оборудования для подводного бурения, не требуется искусственного энергозатратного нагревания воды для термического разложения газогидрата, не требуются дорогостоящие ингибиторы (метанол и др.), а также обеспечивается возможность одновременного использования нескольких уловителей в комплексе на одной плавучей платформе, что позволяет существенно повысить производительность добычи природного газа.