Спосіб видобування газу з морських газогідратних покладів

Реферат: Винахід належить до видобутку метану та інших газів із газогідратів з морських газогідратних покладів. Бурять свердловину зі плавзасобу і опускають трубу-хвилевод з полірованими стінками до покладу газогідратів. З труби викачують воду і повітря. За допомогою поворотного дзеркала у трубу спрямовують промінь від лазера на окису або двоокису вуглецю на газогідратний пласт. Довжина хвилі випромінювання вуглекислотного лазера співпадає з полосою деформаційних коливань молекул води, яка входить до складу газогідратів. Утворена від розкладання газогідратів газоводяна суміш відкачується на плавзасіб через допоміжні труби. Винахід сприяє більш інтенсивному поглинанню енергії лазерного променя газогідратами і зменшенню витрат часу на їх дисоціацію і видобуток. UA 106524 C2 (12) UA 106524 C2 UA 106524 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до газовидобувної галузі промисловості і конкретно до способу видобутку газів (метану та інших газів) із газогідратів у донних покладах морів, океанів і може бути використаний для видобутку газу з морських газогідратних покладів. Відомий спосіб видобутку метану з морських газогідратних покладів, що включає буріння свердловин до підошви шару із газогідратів, підвищення проникності цього шару деформацією, розкладання газогідратів під впливом періодичних дій (патент України № 68424 від 26.03.12 р., Бюл. № 6, 2012 p.). Недоліком відомого способу є низька ефективність способу газовидобутку, яка обумовлена низькою ефективністю руйнування газогідрату та високою трудомісткістю. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, і прийнятим як прототип є спосіб видобутку газу з газогідратних покладів, що включає буріння свердловин до підошви шару із газогідратів, використання свердловин для дії на шар, розкладання газогідратів на газ і воду під впливом періодичних дій, відкачку газу у вигляді газоводяної суміші, що акумулюється в газогідратній порожнині (Патент України № 68424 від 01.09.2011, Бюл. № 6, 2012 р. по заявці № u 201110577. Недоліком відомого способу є низька ефективність способу газовидобутку, яка обумовлена низькою ефективністю від втомленого руйнування газогідрату та технологічна складність при видобуванні газу з великих глибин. Мета винаходу - підвищення ефективності розробки газогідратного пласта на дні морів за рахунок зниження термінів його відробітку, зменшення витрат на бурові роботи і процес дисоціації газогідрату. В основу винаходу поставлено задачу зниження вартості та збільшення ефективності газовидобутку за рахунок використання енергії лазерного випромінювання середнього інфрачервоного діапазону. Поставлена задача вирішується тим, що згідно із способом, розробка газогідратного пласта здійснюється потужним лазерним променем, діючим на дно свердловини, яку споруджено до газогідрату через спеціальну металеву трубу (хвилевод). Пропонується використання СО 2 лазера, який може працювати як у безперервному, так і у імпульсно-періодичному режимі з потужністю до 30 кВт. У способі попередньо видаляють із вибою свердловини через основну спеціальну трубу газоводяну суміш за допомогою допоміжних труб. На газогідратне тіло впливають лазерним випромінюванням, яке направляється в трубу-хвилевод поворотним алюмінієвим дзеркалом. Випромінювання лазера на окису вуглецю (СО) з довжинами хвиль (4.7…8.2 мкм) або на двоокису вуглецю (СО2) з довжиною хвилі 10,6 мкм попадає в край полоси деформаційних коливань води (δН2О), максимум якої для більшості кристалогідратів з домішками неорганічних -1 речовин знаходиться в інтервалі частот 1070-1670 см . Довжину хвилі та енергію лазерного променя визначають на основі конкретного спектру поглинання газогідратного покладу, що розробляється. Газогідрат дисоціюється та з нього виділяється вільний газ, який по спеціальній основній трубі надходить на плавзасіб. Під плавзасобом поблизу місця видобутку газу з газогідрату на основну трубу встановлюють спеціальний зонтик для збору вільного газу, який виділяється у морську воду при дисоціації газогідрату. Крім того, внутрішня поверхня стальної труби виконується відполірованою до оптичної якості (коеф. лазерного випромінювання не менше 60-80 %.). В цьому випадку труба виконує роль оптичного хвилеводу. За рахунок цього діаметр труби можна зменшити у декілька разів без додаткових втрат енергії лазерного випромінювання. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де зображено загальну схему способу. На кресленні представлена схема видобутку газогідрату з використанням вуглекислотного лазера: 1 - плавзасіб; 2 - товща морської води; 3 - морське дно; 4 - шар осадочних порід на морському дні; 5 - шар газогідрату (газогідратного покладу); 6 – свердловина, споруджена у морському дні; 7 - лазерна установка; 8 - лазерний випромінювач; 9 - лазерний промінь; 10 дзеркало; 11 - механізм повороту дзеркала; 12 - основна труба від плавзасобу до тіла газогідрату; 13 - допоміжні труби для видачі газу та відкачки води (газоводяна суміш); 14 газозбірний зонтик; 15 - вільний газ, що піднімається у воді; 16 - пляма лазерного променя на поверхні тіла газогідрату. Спосіб видобутку газу з морських газогідратних покладів по пропонованому способу реалізується таким чином: Проводять геологорозвідувальні роботи з визначення координат морських газогідратних покладів і глибини їхнього залягання. Згідно з отриманими даними з плавзасобу 1 через товщу води 2 бурять свердловину в морське дно 3 через шар осадочних порід 4 до підошви шару із газогідратів 5. Свердловину у тілі газогідрату обсаджують трубою 6. 1 UA 106524 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 На плавзасобі 1 розташовують потужну лазерну установку 7 з лазерним випромінювачем 8, який випромінює лазерний промінь 9. Лазерний випромінювач 8 направляє лазерний промінь 9 на поворотне дзеркало 10. Поворотне дзеркало 10 виконують з алюмінієвого сплаву та має поворотний механізм 11. Дзеркало 10 направляє лазерний промінь 9 на тіло газогідрату по спеціальному хвилеводу, який виконаю у вигляді стальної спеціальної телескопічної труби 12. В цій трубі виготовляють додаткові канали у вигляді допоміжних труб 13 для попередньо відкачування повітря та води, а також для виходу газу. Лазерне випромінювання має попасти в полосу поглинання газогідрату, а лазер на плавзасобі може працювати як у безперервному, так і у імпульсно-періодичному режимі. На газогідратне тіло впливають лазерним випромінюванням, яке направляється в трубухвилевод поворотним алюмінієвим дзеркалом. Випромінювання вуглекислотного лазера з -1 довжиною хвилі 10,6 мкм (943,4 см ) попадає в край полоси деформаційних коливань води (δН2О), максимум якої для більшості кристалогідратів з домішками неорганічних речовин -1 знаходиться в інтервалі частот 1070-1670 см . Енергію лазерного променя визначають на основі конкретного спектру поглинання газогідратного покладу, що розробляється. Газогідрат дисоціюється та з нього виділяється вільний газ, який по спеціальній основній трубі надходить на плавзасіб. Під плавзасобом 1 поблизу місця видобутку газу з газогідрату на основну трубу 12 встановлюють спеціальний газозбірний зонтик 14 для збору вільного газу 15, який виділяється у морську воду при дисоціації газогідрату. Лазерна установки, яка рекомендована для виконання способу - технологічний СО2 - лазер типу "ЛН-1,2 Плутон". Діаметр дзеркала має перевищувати не менш як на порядок апертуру вихідного лазерного променя, а діаметр основної труби 12 виконують більшим за розмір плями 16 лазерного променя 9 на поверхні тіла газогідрату 5. Для цього попередньо виконують розрахунок плями лазерного променя на поверхні тіла газогідрату проводиться з урахуванням діаграми спрямованості лазерного випромінювання та глибини залягання газогідрату. Газоводяна суміш надходить з шару газогідратів по допоміжних трубах 13 через фільтри і відкачується насосом у сепаратор. З сепаратора газ виводять у накопичувальний резервуар через регулюючи вентилі, а воду відкачують у відкрите море за допомогою додаткового насоса. Глибина дна моря, під осадовими породами якого найчастіше залягає газогідратний шар, дорівнює 300-2000 м. При цьому, глибина розміщення газогідратного шару від дна моря звичайно становить 3-20 м. Таким чином, у винаході вирішено поставлену задачу зниження вартості та збільшення ефективності газовидобутку за рахунок використання енергії лазерного випромінювання середнього інфрачервоного діапазону. Використані джерела: 1. Патент України № 60461 від 11.02.2008 Спосіб та газодобувний комплекс для обування та переробки метану з морських газогідратних покладів / Смірнов Л.Ф. - З-ка № 2002097340. Опубл. - Бюл. № 3, 2008 р. 2. Патент України на корисну модель № 68424 від 26.03.12 р. Спосіб видобування газу з морських покладів / С.П. Мінєєв, А.А. Прусова. - 3-ка u201110577 від 01.09.11 р. - Опубл. - Бюл. № 6, 2012 р. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Спосіб видобутку газу з морських газогідратних покладів, що включає буріння свердловин до шару із газогідратів з плавзасобів, обладнання труби з плавзасобу до газогідрату, використання свердловини для дії на шар газогідрату зовнішнім впливом, розкладання газогідратів на газ і воду, відкачування газу у вигляді газоводяної суміші, що акумулюється в газогідратній порожнині, який відрізняється тим, що на плавзасобі розташовують лазер на окису (CO) або двоокису вуглецю (СО2), лазерне випромінювання якого направляють на газогідрат по трубіхвилеводу, з якої попередньо викачана вода, внутрішня поверхня труби-хвилеводу має високий коефіцієнт відбиття на довжині хвилі лазерного випромінювання, яка попадає в область сильного поглинання газогідрату, що призводить до плавлення і дисоціації газогідрату на воду і газ, відкачують газоводяну суміш через допоміжні труби, при цьому лазерне випромінювання від лазерної установки, яка розташована на плавзасобі, направляють у трубу-хвилевод за допомогою поворотного алюмінієвого дзеркала, а лазер на плавзасобі може працювати як у безперервному, так і у імпульсно-періодичному режимі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дзеркало виконують із алюмінієвого сплаву, а діаметр дзеркала перевищує не менш як на порядок апертуру вихідного лазерного променя. 2 UA 106524 C2 5 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що діаметр труби виконують перевищуючим розмір плями лазерного променя на поверхні тіла газогідрату, що дозволяє зменшити втрати енергії лазерного випромінювання. 4. Спосіб за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що зі стальної труби попередньо відкачують повітря та воду, крім того, у трубі виготовляють додаткові канали для виходу газу, причому стальну трубу виконують телескопічною. 5. Спосіб за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що над шаром газогідрату, що розробляється, споруджують газозбірний зонт для збору утвореного вільного газу з морської води. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3