CN103510934B - 一种陆地可燃冰的开采方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陆地可燃冰的开采方法及系统：通过钻机钻两个深度不同，间距不太远的竖井到可燃冰层。在竖井的底部用炸药炸出两个空腔并贯通，向较深一点的井底不停地注入高温淡水，使甲烷从固态变成气态，气态甲烷从另一个竖井中喷出，经过加压和冷却除去水分，再经过氮气压缩机制冷到-162℃成液体甲烷或者再次做成可燃冰储存，开采的甲烷一部分用作为给淡水加热的燃料。本发明的有益效果是：只要停止注入高温淡水，可燃冰就会停止分解，管路和容器罐有保温措施，无热能的浪费；柴油发电机供电，造价低，运行可靠；该方法属于空隙渗透置换法，不会造成地下坍塌；排放物只有二氧化碳，其它废弃物全部回填地下再利用。

Description

一种陆地可燃冰的开采方法及系统

（一）技术领域

本发明涉及一种陆地可燃冰（学名“天然气水合物”）的开采方法及系统，尤其是一种结构简单、运行可靠成本低、节能环保、安全可控无污染物排放的陆地油气资源开采方法及系统。

（二）背景技术

陆地可燃冰是甲烷气体在低温高压环境下与水分子结合形成的结晶体，主要存在于陆地高原冻土层中，加热减压分解后产生的主要气体成分是纯度很高的甲烷，甲烷分子只有一个碳原子，燃烧后排放的二氧化碳少，且没有硫化物产生，是一种理想的清洁能源。目前，世界上还没有一种成熟的陆地冻土层可燃冰的开采方法及系统正式投入商业运行，原因是现有的开采方法都比较复杂，成本高，而且缺乏可控性和可操作性，容易引起天然气的泄漏，造成环境污染和大气的温室效应，还处于试验室探索阶段，无法投入商业运营。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、运行可靠、成本低、节能环保、安全可控无污染物排放的陆地冻土层可燃冰（学名“天然气水合物”）的开采方法以及系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的特殊之处在于：通过陆地钻井机钻两个竖井到陆地冻土层下面含有可燃冰的矿层中下部，两个竖井的深度略有不同，间距不要太远。再向较深一点的竖井底部注入加热后的高温地表水，使甲烷从固态变成气态，气态甲烷从另一个竖井中喷出，经过加压和冷却除去其中的水分，经过氮气压缩制冷机再次冷却变成液化甲烷或者再次做成可燃冰储存备用。所开采的甲烷的一部分用作地表水加热的燃料。

本发明的有益效果是：1、由于该发明是通过向陆地冻土层下面有可燃冰的矿层注入高温地表水，使甲烷从固态变成气态的，在注入热地表水之前有充分的时间做好管道的密封防漏工作，由于甲烷的“升华”过程需要吸收热量，在开采的过程中只要停止注入高温地表水，可燃冰就会在短时间内停止其“升华”过程，不会造成甲烷的泄漏。2、所开采的部分甲烷在保温燃烧加热炉内燃烧后加热地表水，高温地表水的热量一部分在陆地下面被可燃冰吸收，剩余部分上升到上面以后经过换热器换热再次加热地表水得到循环利用。甲烷燃烧后产生的高温废气经过储水罐后再排到大气中，废气中的水分和热量再次得到充分吸收和利用，整套系统绝大多数管路和容器罐采用保温措施，几乎没有热能的浪费。3、该系统采用柴油发电机组供电，造价低，运行可靠，维护方便。4、该开采方法属于空隙渗透置换法，而非挖掘法，不会产生很大的空腔，注入陆地下面的地表水填充了原来可燃冰所占的空隙，不会造成陆地坍塌。5、所开采的甲烷没有散发到大气中，经过多次循环利用达到开采率最大化。6、该系统的排放物只有二氧化碳，其他废弃物全部回填陆地下面得到再利用，无污染物排放。

（四）附图说明

附图为本发明陆地可燃冰开采方法及系统的示意图

其中：1保温热水或热气输入管路，2增压水泵，3保温燃烧加热炉，4增压风机，5保温储水罐，6柴油发电机组，7氮气压缩制冷机，8储存罐，9气体压缩分离器，10换热器，11钻井工作平台，12保温甲烷输出管路，13供水泵，14控制中心。

（五）具体实施方式

如图所示为本发明陆地可燃冰开采方法以及系统的一种具体实施例。包括：保温热水或热气输入管路（1），增压水泵（2），保温燃烧加热炉（3），增压风机（4），保温储水罐（5），柴油发电机组（6），氮气压缩制冷机（7），储存罐（8），气体压缩分离器（9），换热器（10），钻井工作平台（11），保温甲烷输出管路（12），和供水泵（13），控制中心（14）。实施时可以通过陆地钻井机，钻两个竖井深度达到陆地可燃冰储层的中下部，在竖井中分别放入保温热水或热气输入管路（1）和保温甲烷输出管路（12）并与竖井内壁之间密封好，防止甲烷泄露，然后在竖井的底部同时用适量的炸药炸出两个空腔并尽可能确保贯通，爆炸后保温热水或热气输入管路（1）开始向炸药炸出两个空腔注入高温地表水，空腔内的可燃冰受热后分解出具有一定压力的含有水蒸气的甲烷气体，连同先前爆炸分解出的甲烷气体一起从保温甲烷输出管路（12）上升到海面以上进入换热器（10）进行冷却；甲烷气体经换热器（10）冷却后分离出的冷凝水流进保温储水罐（5）内。

甲烷气体经换热器（10）冷却，再经过气体压缩分离器（9）压缩并分离出其中的水分后，经过流量控制分配阀分配，大部分甲烷，经过氮气压缩制冷机（7）的冷却到-162℃后变成液态甲烷，或者再次变成可燃冰，输送到储存罐（8）中等待转运。小部分输送到燃烧加热炉（3）内燃烧并加热地表水。

保温燃烧加热炉（3）最初可以用现成的甲烷气体作为燃料燃烧，加热地表水。保温燃烧加热炉（3）内甲烷燃烧后产生的高温废气，主要成分是二氧化碳和水蒸气，经过增压风机（4）增压，进入保温储水罐（5）中，废气中的热量再次加热地表水，废气中的水蒸气变成液态水，混合入罐内的地表水中。

该系统的运行特别是各个管路的流量是由控制中心（14）进行整体控制的。

储水罐（5）中的地表水主要由供水泵（13）从地表水中汲取，经换热器（10）加热后提供的。

保温热水或热气输入管路（1）是根据保温甲烷输出管路（12）中出气量的多少和地表水回填需要决定输入热水还是热水蒸气的。

随着热水或热气的不断注入，炸药炸出的两个地下空腔会不断扩大，合二为一，并继续扩大，如果可燃冰的含量不是太大，则空腔不会扩大，但空腔周围的缝隙会不断向周围延伸，缝隙中会不断冒出甲烷气体。

该系统的简化运转方式是，加热后的热水或热气经过保温热水或热气输入管路（1），源源不断地注入陆地冻土层，甲烷气体源源不断地从保温甲烷输出管路（12）生产出来。

Claims (1)

1.一种陆地可燃冰的开采方法，包括：保温热水或热气输入管路（1），增压水泵（2），保温燃烧加热炉（3），增压风机（4），保温储水罐（5），柴油发电机组（6），氮气压缩制冷机（7），储存罐（8），气体压缩分离器（9），换热器（10），钻井工作平台（11），保温甲烷输出管路（12），供水泵（13）以及控制中心（14）；其特征是为了防止热量损失，所有输送管路和容器罐外面都要作保温隔热处理，该开采方法的主要特征是需要通过陆地钻井机钻两个深度略有不同，间距不要太远的竖井到陆地下面含有可燃冰的矿层的中下部，然后在竖井的底部同时用适量的炸药炸出两个空腔并尽可能确保贯通；再向较深一点的竖井底部通过保温热水或热气输入管路（1）不断注入加热后的高温地表水或水蒸气，使甲烷从固态变成气态，气态甲烷与水蒸气的混合气体以自喷的方式从另一个竖井中经保温甲烷输出管路（12）喷出，提升到钻井工作平台（11）上，该方法所生产的部分甲烷气体作为保温燃烧加热炉（3）给地表水加热的燃料；保温储水罐（5）中的水是经过增压水泵（2）输送进保温燃烧加热炉（3）内加热的，然后通过保温热水或热气输入管路（1）不断注入陆地下面含有可燃冰的矿层中的，保温燃烧加热炉（3）产生的废气通过增压风机（4）增压后被输进保温储水罐（5）内，其余热和水分以及含硫废物被水吸收，并再次回流到地下含有可燃冰的矿层，储存罐（8）里的最终产品是可燃冰或液体甲烷，产品进入储存罐（8）之前要经过气体压缩分离器（9）分离出水分，再经氮气压缩制冷机（7）冷却降温，地表水经供水泵（13）进入保温储水罐（5）之前，要经过换热器（10）进行热量交换升温，同时给刚刚从保温甲烷输出管路（12）上来的甲烷气体降温，该开采方法的整体运行是由控制中心（14）进行控制的，该开采方法使用柴油发电机组（6）供电。