Спосіб розробки родовища і обробки морських донних відкладень

Реферат: Спосіб і пристрій для розробки родовища і обробки морських донних відкладень, які включають стадії руйнування відкладення на морському дні (3) для формування суспензії, транспортування суспензії на поверхню по експлуатаційній колоні (6) і обробку на поверхні суспензії для відділення гідратів і видалення гідратів з суспензії в газоподібній формі та транспортування суспензії або компонентів дегазованої суспензії в місцеположення на березі. Суспензія також може містити сапропель і мінерали і може бути розділена на збагачений мінералами потік і збагачений сапропелем потік, кожен з яких може бути підданий додатковій обробці. UA 99974 C2 (12) UA 99974 C2 UA 99974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід належить до способів розробки родовища і обробки морських донних відкладень. У цей час в зоні видобутку на морському дні має місце мінімальна активність. Це та зона, яку починають розробляти такі компанії, як Nautilus Minerals, які застосовують технології з використанням машин на гусеничному ходу для видобутку сульфідних мінералів з морського дна. Фірма De Beers також використовує ряд способів розробки родовищ. Вони включають горизонтальну систему, в якій підводна машина на гусеничному ходу доставляє алмазовмісний галечник в судно на поверхні, і вертикальну систему, в якій алмазовмісний галечник витягують на поверхню з морського дна за допомогою бурової установки. Даний винахід також належить до видобутку газових гідратів. Запропоновані різноманітні підходи для добування газу з газогідратів, які існують в підземній геологічній формації, способом, що включає традиційне буріння свердловини, подібне до буріння, яке використовують в нафто- і газодобувній промисловості, для впровадження в пласт, який містить гідрати, і потім ініціювання відділення гідрату скиданням тиску або підвищенням температури і/або шляхом хімічної стимуляції. В основу винаходу поставлена задача створення нового способу розробки родовища на морському дні для витягування матеріалів, які раніше не витягувалися. Згідно з даним винаходом створений спосіб розробки родовища на морському дні, що включає наступні стадії: 1) руйнування відкладення на морському дні для формування суспензії; 2) транспортування суспензії на поверхню; 3) обробка на поверхні суспензії для відділення гідратів і видалення гідратів з суспензії в газоподібній формі; 4) транспортування суспензії або компонентів дегазованої суспензії в місцеположення на березі для одержання додаткових кінцевих продуктів. Даний винахід представляє спосіб розробки родовища на морському дні для добування газового потоку з газогідратів. Суспензія, з якої був виділений газ, може бути випущена або може бути додатково оброблена, як відмічено нижче. Відкладення може бути зруйноване за допомогою гідравлічної системи фільтраційний протитиску. Однак це проводять переважно за допомогою інструмента для видобутку на гусеничному ходу з дистанційним керуванням, оскільки він здатний механічно руйнувати осадову породу. При деяких обставинах, залежно від геологічних характеристик відкладення або від способу його видобутку з морського дна, суспензія, що транспортується на поверхню може не містити дуже великі частинки. Однак переважно спосіб додатково включає стадію, на якій суспензію пропускають через сито для видалення більших частинок до стадії 3). Газ, добутий з гідратів, може бути просто транспортований для використання без додаткової обробки. Однак, переважно, його спалюють або стискають для спрощення подальшого поводження з ним. Стиснутий газ може бути спрямований на морське дно, щоб полегшити транспортування суспензії на поверхню. Якщо суспензія містить надмірну кількість морської води, вона може бути піддана обробці на стадії зневоднення. Стадії 1)-3) способу можуть бути проведені на місці видобутку вдалині від берега. Як тільки газ був витягнутий і, вибірково, надмірна вода була видалена на стадії зневоднення, суспензію переважно транспортують на робочий майданчик на березі для додаткової обробки. Під час такого транспортування суспензію переважно перемішують для запобігання осадженню різних матеріалів, які в іншому випадку могли б ускладнити подальшу переробку суспензії. Суспензія, з якої на стадії 3) був витягнутий газ, потім може бути піддана додатковій обробці. У одному варіанті застосування ця суспензія буде містити мінерали і сапропель. Сапропель являє собою відоме найменування такого сорту донного відкладення, яке збагачене органічною речовиною. Спосіб додатково включає стадію, на якій суспензію розділяють на збагачений мінералами потік і збагачений сапропелем потік. Під час цього розділення може бути додатково проведено зневоднення. Альтернативно два потоки можуть бути зневоднені окремо на подальшій стадії. Збагачений мінералами потік може бути додатково розділений на декілька потоків, кожен з яких збагачений конкретним мінералом. Збагачений сапропелем потік переважно обробляють для одержання придатного до використання палива і/або електроенергії. Потоки можуть бути розділені за допомогою центрифуги для одержання сапропелю і мінеральних осаджень. Центрифуга може також забезпечити зневоднення. 1 UA 99974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Збагачений сапропелем потік може бути підданий газифікації для одержання синтетичного газу. Збагачений мінералами потік може бути підданий додатковому розділенню для одержання окреме сульфідних мінералів, оксидних мінералів або металів. Згідно з другим аспектом даного винаходу представлений пристрій для розробки родовища і обробки морських донних відкладень, що містить інструмент для видобутку на гусеничному ходу для переміщення по морському дну і формування суспензії, експлуатаційну колону для транспортування суспензії від вказаного інструмента на поверхню, перший сепаратор· для розкладання гідратів і видалення гідратів з суспензії в газоподібній формі на поверхні і засіб для транспортування суспензії або компонентів дегазованої суспензії в місцеположення на березі. Другий сепаратор переважно використовують для розділення суспензії на збагачений мінералами потік і збагачений сапропелем потік. Третій сепаратор переважно призначений для розділення збагаченого мінералами потоку на декілька потоків, кожен з яких збагачений конкретним мінералом. Установку для обробки сапропелю переважно застосовують для обробки збагаченого сапропелем потоку для одержання придатного до застосування палива. Варіант способу і пристрою відповідно до даного винаходу нижче описаний з посиланнями на супровідні креслення, на яких зображене наступне: фіг. 1 схематично зображає компоненти системи морського видобутку; і фіг. 2 схематично зображає компоненти системи, що знаходяться на березі. Компоненти системи морського видобутку зосереджені навколо плавучої добувальної платформи 1, яка несе на собі різноманітні компоненти виробничого обладнання, детально описані нижче. Розробку родовища на морському дні проводять за допомогою інструмента 2 для видобутку на гусеничному ходу, який призначений для роботи в морських глибинах аж до 2000 м і керується блоком керування, що знаходиться на борту добувальної платформи. Інструмент для видобутку на гусеничному ходу є легкорухомим в будь-якому напрямку транспортним засобом у вигляді трактора, який може переміщуватися по морському дну 3 і забезпечений механізмом для механічного витягування відкладення в формі механічної різальної головки для руйнування відкладення і зменшення розмірів частинок, об'єднаної з всмоктуючим пристроєм для витягування зруйнованих відкладень. Інструмент приводиться в рух гідравлічним двигуном, який має привід від гідравлічної силової установки 4 на плавучій платформі 1. Він з'єднаний з платформою складовим шлангом 5, який підводить гідравлічну і електричну потужність для приведення в рух транспортного засобу і керування ним. Як швидкість переміщення по морському дну, так і глибина виїмки ґрунту може варіюватися для досягнення бажаної продуктивності видобутку осадової породи. Транспортний засіб також забезпечують джерелами світла і камерами замкненої телевізійної системи для забезпечення контролю і напрямку, і гідролокаторними пристроями для вимірювання товщини шару осадової породи. Інструмент 2 з'єднаний з плавучою платформою 1 жорстким трубопроводом, зібраним з секцій стальних труб, або гнучкої експлуатаційної колоною 6, подібною до такої, яку застосовують при морському промисловому видобутку нафти і газу, виготовленому з композитного матеріалу, що включає, але що не обмежується такими, спірально намотані сталеві дроти для придання механічної міцності, шари з гуми і термопластичних полімерів для забезпечення гнучкості та ізоляції. Колона має внутрішній діаметр між 200 мм і 600 мм. Діаметр розраховують для досягнення оптимальної швидкості потоку аж до 20 м/сек. Викопані осадові породи змішуються з морською водою з утворенням суспензії. її переміщують на добувальну платформу 1 з використанням комбінації вакуумного насоса, розміщеного на інструменті 2 для видобутку на гусеничному ходу для виконання первинного всмоктування і подачі в колону, і газліфтового пристрою, за допомогою якого стиснутий газ нагнітають вздовж складового шланга 7 в нижню секцію колони. Цим стимулюють переміщення суспензії і газової суміші через експлуатаційну колону 6 на платформу 1. Величину витрати потоку суспензії регулюють варіацією продуктивності насоса або величини витрати нагнітального газу. Коли суспензія переміщується по експлуатаційній колоні 6 тиск падає, і, природно, газові гідрати починають відділятися. Цей процес може бути стимульований з використанням кілець, що генерують мікрохвильове випромінювання. На добувальній плавучій платформі суспензію спочатку пропускають через сортувальне сито 8, де великі частинки видаляють шляхом очищення сита мимовільно або вручну. Сито, яке також може бути промивним ситом, являє собою стаціонарний або ударний грохот або може бути горизонтальним ситом або похилим ситом. Суспензія, яку пропустили через сито, містить вільні гази і маленькі шматочки гідрату, які ще не повністю розклалися. її подають на лінію 9 сепарації, яка включає циклон для відділення 2 UA 99974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 твердих речовин від суспензії з залишком води і газу, які подають в двофазний сепаратора. Величину тиску і температури вздовж лінії 9 сепарації регулюють залежно від величини витрати потоку і складу суспензії. Гази з сепаратора 9, які можуть включати метан, етан, пропан, сірководень і діоксид вуглецю, подають на стадію 10 додаткової обробки, яка буде включати кондиціонування газу і установку для зрідження, таку, як процес на основі турбодетандеру, який включає цикл охолоджування при розширенні, такий як реверсивний цикл Брайтона. Стиснутий або зріджений газ подають в збірний танк 11. Стиснутий або зріджений газ потім спрямовують на транспортне судно 12 для перевезення стиснутого/зрідженого газу на берег. Деяку частину газу з сепаратора подають в газокомпресорну систему 13, яка нагнітає газ до краулеру 2 по складовому шлангу 7. Звільнену від газу суспензію з лінії 9 сепарації спрямовують в цистерну 14 для зберігання суспензії, куди при необхідності додають додаткову морську воду, щоб підтримувати суспензію в стані, придатному для перекачування її в балкерні судна 15, обладнані вантажними танками для розміщення суспензії. Вантажні танки містять перемішуючі пристрої і/або систему циркуляційний перекачування для запобігання розшарування на осадки і морську воду всередині танків і підтримування осадових порід у зваженому стані. Балкерні судна 13 також мають системи подачі інертного газу і вентиляції для створення атмосфери інертного газу в танках, щоб усунути присутність кисню і знизити небезпеку вибуху газово-повітряної суміші, що утворюється в результаті виділення будь-якого залишкового газу всередині суспензії, і тим самим для перевезення суспензії в безпечних умовах. Фіг. 2 показує обробку дегазованої суспензії з балкерних суден 15. Хоча цей процес описаний як такий, що проводиться на березі, буде зрозуміло, що цей процес може бути також проведений у відкритому морі. Дійсно, місце, в яке суспензію транспортують на березі, може бути в будь-якій точці в ході обробки після витягування суспензії за допомогою інструмента 2 для видобутку на гусеничному ходу. Відкладення в дегазованій суспензії з балкерного судна 15 є сумішшю відкладення, яке утворилося або сконцентрувалося у час седиментації і діагенезу. Воно збагачене мінералами, особливо існуючими у вигляді сульфідів металів в кристалічній формі, металоорганічних сполук, газогідратів і органічної речовини, яка складена складною сумішшю з вуглеводнів з високою молекулярною масою, насиченими стеринів, аліфатичних кислот і гумінових кислот. Суспензію з судна 15 спочатку подають в пристрій 20 для попереднього кондиціонування суспензії, що являє собою відстійний резервуар, в якому залишкові гази 21, що включають метан, етан, пропан, сірководень і діоксид вуглецю, витягують і спрямовують для об'єднання з синтезомгазом, одержаним з описаної нижче установки для газифікації. Над суспензією легко утворюється шар води, і він може бути легко випущений у вигляді потоку 22 води. Потік 23 підданої попередньому кондиціонуванню суспензії спрямовують в триходову центрифугу 24, яка може являти собою центрифугу фірми Bikel WoIf корпорації Alpha Laval, яку використовують в будь-якому варіанті застосування, який включає воду в органічному відкладенні або суміш неорганічної фази, органічної фази і води з різною щільністю. Центрифуга відділяє рідинну фазу з морської води у вигляді потоку 25 стічних вод, який повертають в морі. Легкі тверді речовини, які збагачені сапропелем, відділяють у вигляді потоку 26 сапропелю, тоді як важкий осад, що зібрався на дні центрифуги, містить сульфіди металів і металоорганічні сполуки, у вигляді мінерального потоку 27. Мінеральний потік 27 обробляють з використанням загальновідомих способів обробки мінеральної сировини на стадії 28 обробки мінералів. Для відновлення оксидних і сульфідних мінералів використовують способи екстрактивної металургії, щоб виділити бажані мінерали відновними методами, що включають хімічні або електролітичні способи. У багатьох випадках для цього проводять електроліз, селективне плавлення, фракціонування і електричну обробку для одержання окремих металевих елементів або сумісних сплавів. Залежно від конкретного складу сульфідів металів, хімічне відновлення може бути проведене з використанням різних способів, що включають застосування водню і відновну плавку в присутності селективного відновника, переважно коксу або деревного вугілля, і рафінуючого засобу, для виділення чистих розплавлених металів (таких як залізо 29, магній 30 і алюміній 31 з відходів 32). Потік 26 сапропелю потім надходить на стадію 33 попереднього кондиціонування, в якій надмірну воду видаляють або декантуванням з відстійного резервуара, або центрифугуванням, для одержання зневодненої, частково зневодненої або сухої органічної речовини. Він може бути використаний як компонент, що домішується для виготовлення вугільних або нафтакоксових брикетів, або для безпосереднього спалення як паливна суміш. Однак, переважно, кондиціонований потік 35 сапропелю подають в установку 34 для газифікації, в якій його піддає газифікація частковим окисленням органічної речовини киснем 36 з утворенням сировинного 3 UA 99974 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 синтетичного газу (синтез-газу), з використанням методу газифікації вугілля за ФішеромТропшом, такого як спосіб газифікації фірми Шел, який підвищує цінність процесу газифікації завдяки вбудовуванню установок для газифікації в силову установку комбінованого циклу для виробництва електроенергії. Одержаний потік 37 синтез-газу потім пропускають через очисну установку 38, яка може забезпечувати відділення залишкових діоксиду вуглецю, діоксиду сірки і надмірної води, яка може бути окремою або об'єднаною з установкою 34 для газифікації, для одержання чистого синтез-газу з технічною характеристикою, необхідної для виробництва електроенергії і водяної пари 39, чистого синтез-газу для застосування 40 в рафінуванні або одержанні вуглеводнів органічним синтезом 41. Установка 34 для газифікації також виробляє відпрацьовані стоки, які містять діоксид сірки 42, з якого виділяють сірку в установці 43 обробки сірки відомими способами типу процесу Клауса з утворенням чистої сірки. Діоксид сірки може бути перетворений в сірчану кислоту 44 з використанням технології Stratco-DuPont або гранульовану сірку 45 для модифікації бітуму або бетону введенням сірки або сірку для промислового застосування 46. Залежно від вмісту мінеральних речовин в установці 34 для газифікації може бути також одержана зола 47. Вона збагачена мікроелементами, які являють собою придатні сумішеві компоненти для одержання добрив 48 в стадії 49. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб розробки родовища і обробки морських донних відкладень, який включає наступні стадії: 1) руйнування відкладень на морському дні для формування суспензії; 2) транспортування суспензії на поверхню по експлуатаційній колоні; 3) обробка на поверхні суспензії для відділення і видалення гідратів з суспензії в газоподібній формі; 4) транспортування суспензії або компонентів дегазованої суспензії в місцеположення на березі. 2. Спосіб за п. 1, в якому стадію 1) проводять за допомогою інструмента для видобутку на гусеничному ходу з дистанційним керуванням. 3. Спосіб за п. 1, в якому стадія 2) включає нагнітання стиснутого газу на морське дно для полегшення транспортування суспензії на поверхню. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який додатково містить стадію проходження суспензії через сито для видалення більш великих частинок до або під час стадії 3). 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, в якому гази, виділені з гідратів, згодом спалюють. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, в якому гази, виділені з гідратів, згодом стискають. 7. Спосіб за п. 3 або п. 6, в якому деяку кількість стиснутих газів, виділених з гідратів, нагнітають на морське дно для полегшення транспортування суспензії на поверхню. 8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, що додатково містить перемішування суспензії при її транспортуванні в місцеположення на березі. 9. Спосіб за п. 8, що додатково містить стадію часткового зневоднення суспензії. 10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, що додатково містить стадію розділення суспензії на збагачений мінералами потік і збагачений сапропелем потік. 11. Спосіб за пп. 9 або 10, в якому стадії зневоднення суспензії і розділення суспензії на збагачений мінералами потік і збагачений сапропелем потік проводять одночасно в триходовій центрифузі. 12. Спосіб за п. 10, що додатково містить стадію розділення збагаченого мінералами потоку на декілька потоків, кожен з яких збагачений конкретним мінералом. 13. Спосіб за пп. 10 або 12, що додатково містить стадію обробки збагаченого сапропелем потоку для одержання придатних для застосування палива і/або електроенергії. 14. Спосіб за п. 12, в якому стадія розділення збагаченого мінералами потоку містить розділення збагаченого мінералами потоку на окремі сульфідні мінерали, оксидні мінерали або метали. 15. Спосіб за п. 13, в якому стадія обробки збагаченого сапропелем потоку містить газифікацію збагаченого сапропелем потоку для одержання придатних для застосування палива і/або електроенергії. 16. Пристрій для розробки родовища і обробки морських донних відкладень, що містить інструмент для видобутку на гусеничному ходу для переміщення по морському дну і формування суспензії, експлуатаційну колону для транспортування суспензії від вказаного 4 UA 99974 C2 5 10 інструмента на поверхню, перший сепаратор для відділення гідратів і видалення гідратів з суспензії в газоподібній формі на поверхні і засіб для транспортування суспензії або компонентів дегазованої суспензії в місцеположення на березі. 17. Пристрій за п. 16, що додатково містить другий сепаратор для розділення суспензії на збагачений мінералами потік і збагачений сапропелем потік. 18. Пристрій за п. 17, що додатково містить третій сепаратор для розділення збагаченого мінералами потоку на декілька потоків, кожен з яких збагачений конкретним мінералом. 19. Пристрій за п. 18, що додатково містить установку для обробки сапропелю, для обробки збагаченого сапропелем потоку для одержання придатних до застосування палива і/або електроенергії. 5 UA 99974 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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 6