Агрегат для видобутку метану з газогідратних скупчень придонного шару морських акваторій

Реферат: Агрегат для видобутку метану з газогідратних скупчень придонного шару морських акваторій включає корпус, виконаний як дзвін з конічною та циліндричною частинами. На внутрішній циліндричній частині агрегату знизу встановлено відбійні дошки для руйнування осаду. Всередині циліндричної частини послідовно встановлено гідромонітори для руйнування газогідратних скупчень, перфоровані дошки для класифікації макрочастинок гідратів, генератори звукових коливань та кільцеві газові барботери для вилучення з гідратів газової фази. Зовні на корпусі агрегату встановлено керовані мікрорушії з елеронами для стабілізації агрегату в просторі. Досягається суттєве підвищення виходу газоподібного метану, стабілізація агрегату, можливість маневру агрегату в просторі та переходу агрегату на безперервний режим. UA 109826 C2 (12) UA 109826 C2 UA 109826 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв для поетапного руйнування газогідратних скупчень придонного осаду морських акваторій, що містять газогідрати горючих газів. Агрегат може бути використаний для видобутку горючих газів, зокрема метану, який накопичується як газогідрати в складі придонного шару на внутрішній поверхні материкової частини морського дна. Відомий керований технічний агрегат гідромонітор (Большая Российская Энциклопедия. 2007. С. 259). На стаціонарній або на пересувній платформі встановлено відцентровий насос, якій через систему труб з'єднаний із робочою частиною гідромонітора у вигляді гармати з конусоподібним стволом для подачі води під високим тиском, а також систему керування роботою агрегату для його пересування та зміни кута нахилу до горизонту ствола гармати. Агрегат працює так. Відцентровий насос тиском до 12 МПа спрямовує воду в напрямку перепони, яка може бути у вигляді не занадто твердих гірських порід, наприклад бурого вугілля, сланцю або більш м'яких у вигляді піску, глини, мергелю, торфу з утворенням двофазної пульпи. Такий технологічний підхід притаманний для відкритих кар'єрів з наступною фільтрацією пульпи для одержання корисних складових. Агрегат працює як в ручному, так і в автоматичному режимі із високою продуктивністю. Гідромонітор використовують при видобутку корисних копалин в відкритих кар'єрах у вигляді напівтвердих інгредієнтів, при цьому можливе виділення газових складових при руйнуванні накопичень вугілля або торфу. Відомий також агрегат для видобутку метану з придонного осаду вільних акваторій (патент України на винахід № 102459 С2, 43/01, 10.07.2013), який виконано в вигляді дзвона, його верхня частина виконана у вигляді конуса та з'єднана системою спеціальних труб і тросів з плавучою платформою на морській поверхні. Нижня частина дзвона виконана в формі циліндра, в нижній його частині розташовано гідромонітори спрямованої дії. Над ними співвісно, всередині корпусу, в вертикальному напрямку та перпендикулярно до осі агрегату послідовно розташовано тороподібний барботер газоподібної вуглекислоти, перфорована дошка з циліндричними отворами, осі яких паралельні осі агрегату, два джерела звукових коливань спрямованої дії, далі другий тороподібний барботер вуглекислоти та друга перфорована дошка з отворами, осі яких паралельні осі агрегату, а в верхній частині агрегату розташовано конусоподібний збірник з трубою для збору газової фази та транспорту метану на поверхню акваторії В основу винаходу поставлено задачу поліпшення конструкції агрегату для видобутку метану з газогідратних скупчень придонного осаду морських акваторій, в якій в результаті додаткового оснащення його керованими мікрорушіями пропелерного типу та відбійними дошками, розташованими під гідромоніторами в нижній внутрішній частині дзвону, забезпечується стабілізація агрегату в просторі, поліпшення умов руйнування газогідратного осаду та його класифікація з наступним вилученням газової фази і за рахунок цього підвищується загальна ефективність видобутку метану та перехід роботи агрегату на безперервний режим. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в агрегаті для видобутку метану з газогідратних скупчень придонного шару морських акваторій, який включає корпус, виконаний як дзвін з конічною та циліндричною частинами, на внутрішній поверхні останньої встановлено основний та додатковий кільцеві газові барботери з гарматами, з'єднані між собою та з платформою для подачі барботажного газу, та джерела звукових коливань із гарматами, в конічній частині корпусу виконано додатковий конус, відкритий знизу, а під основним кільцевим барботером встановлені гідромонітори з гарматами під гострим кутом до вертикальної осі корпусу, і джерела звукових коливань - під додатковим кільцевим барботером під таким же кутом, і над кожним барботером встановлена перфорова дошка з циліндричними отворами, осі яких паралельні осі корпусу, пушки гідромоніторів виконані з конічними соплами, розташованими в різних, але паралельних площинах, перпендикулярних перфорованим дошкам, а гармати генераторів звукових коливань розташовані один проти одного в різних площинах, паралельних між собою та перпендикулярних перфорованим дошкам, згідно з винаходом, на зовнішній стінці корпусу додатково встановлено керовані з платформи два мікрорушії пропелерного типу з елеронами, а всередині корпусу під гідромоніторами встановлено відбійні дошки під гострим кутом до стінок. Додатковою ознакою є те, що циліндричні отвори перфорованих дощок виконано різних діаметрів з необхідністю зменшення їх у напрямку додаткового конуса. Сукупність відрізняльних ознак винаходу дозволяє вирішити задачу збільшення видобутку метану завдяки стабілізації агрегату в просторі і переміщення в горизонтальній площині за допомогою керованих мікрорушіїв пропелерного типу з елеронами, введення відбійних дощок в нижній частині корпусу, при цьому підвищується ефективність руйнування метаногідратних сполук, їх послідовна класифікація, що дозволяє реалізувати процес видобутку метану з 1 UA 109826 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 метаногідратних придонних скупчень в безперервному режимі та забезпечити транспорт метангазу на поверхню акваторії. На кресленні зображено подовжній розріз агрегату по його осі. Агрегат для видобутку метану з газогідратних скупчень придонного шару морських акваторій включає корпус, який виконано як дзвін, що включає нижню циліндричну частину 1 з відкритим днищем та конічну частину 2. Конічну частину 2 напівжорстко з'єднано з платформою системою зовнішньої труби 3 для транспорту продукційного газу на поверхню водойми, трубою 4 для регулювання тиску в дзвоні 1 та трубою 5 для подачі борботажного газу через спеціальний регулюючий пристрій 6, розташований на трубі зовні. Конічну частину дзвону 2 з'єднано із плавучою або стаціонарною платформою (на кресленні не вказана) системою тросів за допомогою кріплень 7, завдяки чому агрегат має систему стабілізації корпусу в вертикальній площини та можливість певного маневру. На зовнішній нижній циліндричній частині корпусу встановлено штанги 8, керовані з поверхні водойми, та сонарний прилад 9 для визначення товщини пухкого шару придонного мулу, товщини газогідратних скупчень та глибини можливого занурення дзвона в придонний осад. На зовнішній циліндричній частині дзвона в діаметральній площині обабіч розташовано два керованих рушії 10 и 11 пропелерного типу, як у підводного човна, з керованими елеронами 12 и 13 для стабілізації агрегату в просторі та пересування його в горизонтальній площині на глибині занурення в шар придонного осаду. Всередині циліндричної частини дзвона встановлено систему контролю тиску 14, а в нижній частині дзвона 1 перпендикулярно до стінок стаціонарно розташовано гідромонітори 15 і 16 із конічними соплами 17 і 18, осі яких спрямовані на відбійні дошки під гострим кутом. Одночасно сопла гідромоніторів розташовані в різних, але паралельних площинах, та перпендикулярних горизонтальній площині агрегату, та спрямовані на відбійні дошки 19 і 20, протилежно розташовані на внутрішніх сторонах нижньої частини дзвона під гострим кутом. Всередині циліндричної частини корпусу над гідромоніторами, розташовано основний кільцевий барботер 21 з циліндричними отворами для подачі газу на першу перфоровану дошку 22, при цьому площина барботера перпендикулярна до осі корпусу, а осі отворів спрямовані на дошку 22 під тупим кутом (на кресленні отвори для наочності повернуто на 180°). Над основною перфорованою дошкою 22 встановлено два керованих джерела звукових коливань 23 і 24, один про другого, із конічними соплами 25 і 26, осі яких паралельні між собою і розташовані в різних, але паралельних площинах та перпендикулярно площині перфорованої дошки. Над джерелами звукових коливань розташовано додатковий кільцевий барботер газа 27, а над ним додаткова перфорована дошка 30 з отворами. До основного барботера 21 приєднано додатковий барботер 27 патрубком 28, а патрубком 5 з'єднано з платформою. Всередині конічної частини корпусу над додатковою дошкою 30 співвісно розташовано додатковий конус 29, який з'єднано з платформою трубою 4 для контролю і регулювання тиску в об'ємі дзвону та для роботи в реверсному режимі подачі газу з платформи. Агрегат працює так. За рекомендаціями та висновками геологорозвідників визначають місце для розташування плавучої платформи безпосередньо над джерелом газогідратних скупчень придонного осаду морської акваторії. Завдяки кріпленням 7, які з'єднують дзвін з платформою, корпус агрегату стабілізують в просторі за участю малопотужних рушіїв 10 і 11 у вигляді гвинтів та елеронів 12 і 13 та за допомогою тросів з платформи поступово спрямовують в напрямку дна. При наближенні до дна за допомогою скануючого сонара 9 попередньо визначають товщину шару придонного мулу, потужність шару газогідратних скупчень та здійснюють занурення дзвона безпосередньо в шар газогідратних скупчень та автоматичну фіксацію бічного пругу агрегату в вертикальній площини за допомогою штанг 8. Після стабілізації корпусу в просторі вмикають два незалежних гідромонітори 15 і 16, а струмені води з сопел гідромоніторів 17 і 18, під тиском Р*, що на 5-10 % більш ніж тиск за межами агрегату Р0 (умовно), спрямовують в бік відбійних дощок 19 і 20, що забезпечує руйнування газогідратних скупчень, підвищену турбулізацію газогідратних частинок, їх рикошет в напрямку перфорованої дошки 22 з наступною класифікацією частинок за розмірами отворів. При цьому тверді частини розмірами, що перевищують отвори основної перфорованої дошки знову підпадають під дію гідромоніторів або осаджуються на дно водойми. Одночасно через отвори основного барботера 21 в напрямку основаної перфорованої дошки 22 здійснюють подачу газу (діоксид вуглецю або продукційний газ) під тиском Р* у вигляді бульбашок, подають з платформи у імпульсному режимі за показниками вимірювача тиску 14. На верхню частину основної перфорованої дошки 22 через два конічних сопла 25 і 26 подають звукові імпульси в широкому діапазоні частот, керовані з поверхні джерела звукових коливань 23 і 24. При цьому звукові коливання мають у просторі вигляд конусів, спрямованих один проти другого, та в напрямку завису частинок метаногідратів і під гострим кутом до дошки, подають та регулюються з платформи в 2 UA 109826 C2 5 10 15 дискретному режимі синхронно із імпульсами подачі барботажного газу за датчиком тиску 14 та регулятором тиску 6. Ця комплексна процедура забезпечує локальне підвищення температури на 3-4 °C в просторі між основаною перфорованою дошкою 22 і додатковим барботером 27, руйнування основного об'єму мікрочастинок газогідратів осаду з одночасним виходом в газову фазу газоподібних складових осаду. Далі суміш мікрочастинок осаду вдруге обробляють тим же газом, що подають в імпульсному режимі, завдяки регулюючому пристрою 6, через отвори додаткового барботера 27. Процес відокремлення та збагачення газової фази на метан завершують після додаткової перфорованої дошки 30, яка газовим потоком за стрілкою Б по продукційній трубі 3 транспортує метан-газ на поверхню водойми. В разі необхідності за показниками регулятора тиску 6 здійснюють реверс продукційного газу в протилежному напрямку за стрілкою А для усунення можливого закупорювання отворів перфорованих дощок 22 і 27 макрочастинами метаногідратів. Запропонований агрегат, оснащений додатковими відбійними дошками, дозволяє збільшити ефект руйнування метаногідратних скупчень придонного шару, відокремлювання твердих частинок осаду і суттєво підвищити вихід газоподібного метану, а також стабілізувати агрегат, і надає можливість маневру його в просторі та сприяє переходу роботи агрегату на безперервний режим. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 1. Агрегат для видобутку метану з газогідратних скупчень придонного шару морських акваторій, який включає корпус, виконаний як дзвін з конічною та циліндричною частинами, на внутрішній поверхні останньої встановлено основний та додатковий кільцеві газові барботери з гарматами, з'єднані між собою та з платформою для подачі барботажного газу, та джерела звукових коливань із гарматами, а в конічній частині корпусу виконано додатковий конус, відкритий знизу, а під основним кільцевим барботером встановлені гідромонітори з гарматами під гострим кутом до вертикальної осі корпусу, і джерела звукових коливань - під додатковим кільцевим барботером під таким же кутом, і над кожним барботером встановлена перфорована дошка з циліндричними отворами, осі яких паралельні осі корпусу, гармати гідромоніторів виконані з конічними соплами, розташованими в різних, але паралельних площинах, перпендикулярних перфорованим дошкам, а гармати генераторів звукових коливань розташовані один проти одного в різних площинах, паралельних між собою та перпендикулярних перфорованим дошкам, який відрізняється тим, що на зовнішній стінці корпусу встановлено керовані з платформи два мікрорушії пропелерного типу з елеронами, а всередині корпусу під гідромоніторами встановлено відбійні дошки під гострим кутом до його стінок. 2. Агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що циліндричні отвори перфорованих дощок виконано різних діаметрів з необхідністю зменшення їх у напрямку додаткового конуса. 3 UA 109826 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4