UA60461C2 - Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits - Google Patents
Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits Download PDFInfo
- Publication number
- UA60461C2 UA60461C2 UA2002097340A UA2002097340A UA60461C2 UA 60461 C2 UA60461 C2 UA 60461C2 UA 2002097340 A UA2002097340 A UA 2002097340A UA 2002097340 A UA2002097340 A UA 2002097340A UA 60461 C2 UA60461 C2 UA 60461C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- gas
- hydrate
- concentrate
- sea
- hydrates
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 337
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 185
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 430
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 153
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 146
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims description 168
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 87
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 82
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 82
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 72
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 47
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 24
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 22
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 22
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 21
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 19
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 12
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 10
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 10
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 9
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 5
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 4
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 79
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 13
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 11
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 10
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 7
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 6
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 6
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000003657 drainage water Substances 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 235000013844 butane Nutrition 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 2-[(E)-N-[2-(4-chlorophenoxy)propoxy]-C-propylcarbonimidoyl]-3-hydroxy-5-(thian-3-yl)cyclohex-2-en-1-one Chemical compound CCC\C(=N/OCC(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1)C1=C(O)CC(CC1=O)C1CCCSC1 KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 0.000 description 1
- 241000756122 Aristida purpurascens Species 0.000 description 1
- 241000845082 Panama Species 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- XMQFTWRPUQYINF-UHFFFAOYSA-N bensulfuron-methyl Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1CS(=O)(=O)NC(=O)NC1=NC(OC)=CC(OC)=N1 XMQFTWRPUQYINF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000002224 dissection Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 230000000887 hydrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000012932 thermodynamic analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- JGQFVRIQXUFPAH-UHFFFAOYSA-N α-citronellol Chemical compound OCCC(C)CCCC(C)=C JGQFVRIQXUFPAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід стосується добування природного газу (основний компонентного - метан) з підводних газогідратних 2 покладів (ГП) теплих та холодних морів в теплий і холодний сезони і його переробки (підвищення тиску для вироблення електроенергії і руйнування газогідратного шару, а також зрідження цього метану для зручності його транспортування та захоронения, а також більш високої ціни реалізації).The invention relates to the extraction of natural gas (the main component - methane) from underwater gas hydrate 2 deposits (GP) of warm and cold seas in warm and cold seasons and its processing (increasing the pressure for electricity generation and destruction of the gas hydrate layer, as well as liquefaction of this methane for the convenience of its transportation and disposal, as well as higher sales prices).
В Чорному морі, наприклад, ГП розташовані на глибинах 300-1000м. Глибина нижчої межі зони гідратоутворення в середньому складає 400-500м під дном моря. Густість ресурсів метану, захованих в то придонних осадах потужністю З00м оцінюється в 1170-1384млн.м З/км7. Ресурси газу в газогідратах в усьомуIn the Black Sea, for example, GPs are located at depths of 300-1000m. The depth of the lower limit of the zone of hydrate formation is on average 400-500 m under the seabed. The density of methane resources hidden in bottom sediments with a thickness of 300m is estimated at 1170-1384 million m3/km7. Gas resources in gas hydrates throughout
Чорному морі оцінюються в 100-280 триліонів м З (Україні цього газу вистачить не менш як на 25 століть). В усьому світі вже знайдено біля 90 морських ГП (США, Росія, Норвегія, Японія, Канада, Мексика, Панама,The Black Sea is estimated at 100-280 trillion cubic meters (Ukraine will have enough of this gas for at least 25 centuries). About 90 marine GPs have already been found around the world (USA, Russia, Norway, Japan, Canada, Mexico, Panama,
Бразилія, Австралія, Індія, Новая Каледонія і інш.), кількість метану в яких дорівнює до 85905 усіх світових 75 ресурсів вуглеводнів. Це нове ще не розроблене гігантське джерело вуглеводнів. Особливо величезні ГП холодних морей (наприклад кількість газогідратного метану в Баренцовому морі - 1100 триліонів м", вBrazil, Australia, India, New Caledonia, etc.), the amount of methane in which is equal to 85905 of all the world's 75 hydrocarbon resources. This is a new yet undeveloped giant source of hydrocarbons. Especially huge GP of cold seas (for example, the amount of gas hydrate methane in the Barents Sea - 1100 trillion m", in
Охотському морі - 1200 триліонів м). До настоящего часу в світі підводні газогідратні родовища ще не розробляються, але розробляється підводні родовища газу, що знаходиться не в газогідратному твердому стані, а в стані газу. Способі и пристрої розробки цих двох різних родовищ мають багато спільних прийомів. Є декілька пропозицій по добуванню метану з ГП: (1). Макогон Ю.Ф.(ВНИИЙГАЗ, Москва) Гидрать! природньх газов. Изд-во "Недра", Москва, 1974;Sea of Okhotsk - 1200 trillion m). To date, underwater gas hydrate deposits have not yet been developed in the world, but underwater gas deposits are being developed, which is not in the gas hydrate solid state, but in the gas state. The methods and devices for the development of these two different fields have many common techniques. There are several proposals for methane extraction from GP: (1). Yu.F. Makogon (VNIIYGAZ, Moscow) Hydrate! natural gases. Nedra Publishing House, Moscow, 1974;
І2).МаКкодоп У.Е (Техаз АЄМ ОМпімегейу). Сеоіодісаї апа їесппоіїоду азресів ої даз Нуайгафевз іп (пе Іпаїіап оїепоге. Ргосеедіпоз ої (Пе 3-й Іпіегпайопа! БРОеорпузісв Сопіегепсе.Мем Оеїпі, 24 Рергоагу, 2000:I2). MaKkodop UE (Texas AEM OMPimegeyu). Seoiodisai apa iesppoiiodu azresiv oi daz Nuaigafevs ip (pe Ipaiiap oiepoge. Rgoseedipoz oi (Pe 3-y Ipiegpaiopa! BROeorpuzisv Sopiegepse. Mem Oeipi, 24 Rergoagu, 2000:
ІЗЇ.Требил Ф.А., Макогон Ю.Ф., Басниев К.С. Добьча природного газа. Москва. Недра", 1976. с 1. Розкриваючими гірничо-донними роботами - по дну моря пересувається підводний екскаватор, який знімає верхній грунт шар за шаром, котрий у вигляді пульпи піднімається повітряним ліфтом або відкачується насосом о на поверхню моря, метан дегазується з газогідратів при знятті тиску, газ збирають на поверхні моря, стискують і транспортують.IZY. Trebyl F.A., Makogon Y.F., Basniev K.S. More natural gas. Moscow. Nedra", 1976. p. 1. Excavating mining and bottom works - an underwater excavator moves along the bottom of the sea, which removes the top soil layer by layer, which in the form of pulp is raised by an air elevator or pumped out by a pump to the surface of the sea, methane is degassed from gas hydrates during removal pressure, gas is collected on the surface of the sea, compressed and transported.
Недоліки цього способу очевидні - необхідна розробка спеціальної підводної глибоководної техніки, висока -с ди її вартість, погана екологія (грунт треба переносити на інше місце) не можна розробляти глибинні газогідратні пласта., високі енерговитрати (тому, що метан треба стискувати від 0,1 до 5-12МПа). со 2. Погашенням тиску в газогідратному пласту нижче рівноважного тиску існування газогідратів (1,2). Газ «г при цьому треба відсмоктувати компресорами на поверхню моря.The disadvantages of this method are obvious - the development of special underwater deep-sea equipment is necessary, its high cost, bad ecology (the soil must be moved to another place), it is impossible to develop deep gas-hydrate layers, high energy costs (because methane must be compressed from 0.1 up to 5-12 MPa). со 2. The pressure in the gas-hydrate layer below the equilibrium pressure of the existence of gas-hydrates (1,2) is extinguished. At the same time, the gas must be sucked to the surface of the sea by compressors.
Недоліки цього способу добре відомі спеціалістам газодобування - гідрати, плавлячись при пониженні тиску о 3з5 за рахунок своєї внутрішньої енергії, знижують свою температуру (згідно принципу Ле -Шательє), а також «с оточуючого грунту близько до 02С (особливо в холодних морях), що веде до льодоутворенню в районі забою свердловини і зупиненню дебіту; дуже великі витрати електроенергії на роботу компресорів (бо тиск в газогідратному шару для визначення ефекту треба знизити значно).The disadvantages of this method are well known to gas production specialists - hydrates, melting when the pressure is reduced by 3.5 at the expense of their internal energy, reduce their temperature (according to the principle of Le Chatelier), as well as "from the surrounding soil to about 02С (especially in cold seas), which leads to ice formation in the area of the wellbore and stoppage of flow; very high costs of electricity for the operation of compressors (because the pressure in the gas-hydrate layer must be significantly reduced to determine the effect).
З. Підвищенням температури ГП поданням, наприклад, гарячої води, нагрітої яким-небудь тепловим « 470 джерелом, або теплом атомного реактора, розміщеним безпосередньо в ГП |1,2,31. -о с Недоліки - у випадку подання гарячої води - високі витрати тепла (велика теплота плавлення газогідратів ц метана - 3785кДж/кг метану у складі газогідрата, крім того треба гріти не тільки газогідрати - їх у грунті "» біля 1095 по масі - а і сам грунт!); у випадку атомного реактора - високі капітальні витрати і неекологічність. 4. Поданням в ГП гліколів, метанола, спиртів, розсолів (СасСі 25) і інших реагентів-інгібіторів гідратоутворення. Спосіб цей використовується при газодобуванні |1,2,31. б Недоліки - висока вартість реагентів, їх треба багато, а головне, для більшості з них - неекологічність.C. By increasing the temperature of the HP by providing, for example, hot water heated by some heat source, or by the heat of a nuclear reactor placed directly in the HP |1,2,31. Disadvantages - in the case of hot water supply - high heat consumption (high heat of fusion of gas hydrates of methane - 3785kJ/kg of methane in the composition of the gas hydrate, in addition, it is necessary to heat not only gas hydrates - they are in the soil "" about 1095 by mass - and the soil itself!); in the case of a nuclear reactor - high capital costs and non-ecological. 4. The introduction of glycols, methanol, alcohols, brines (CassiSi 25) and other reagents-inhibitors of hydrate formation into the gas production plant. This method is used in gas production |1,2,31 b Disadvantages - the high cost of reagents, you need a lot of them, and most importantly, most of them are not environmentally friendly.
Якщо використовувати Сасі», то для газодобувного комплексу (ГДК) продуктивністю всього Імлрд.м З/рік, цієї іш солі треба приблизно Тпотяг/добу. т» Найбільш наближений к запропонованому винаходу є цей останній аналог (1,2). В цьому аналогу є спільні з винаходом ознаки, що складаються з: о - пробурюванні штар в ГП і їх відбудуванні (цементації обсадних труб, підготовки забоя свердловини, "« відбудови фільтра в забої; - попередньої деформації газовмістних шарів для підвищення їх тріщинуватості і газопроникності, наприклад прострілом кумулятивних зарядів та іншими діями: - підготовки і поданні в ГП теплої води або іншого теплоносія; - плавленні газогідратів теплою водою або інгібітором гідратоутворення, як плавлячим газогідрати носієм іФ) "за місцем" розташування газогідратів в ГП або шляхом зменшення тиску в газогідратному шарі, відборуIf we use Sasi", then for a gas production complex (GDC) with a productivity of 1 billion cubic meters per year, approximately Ttrain/day of this salt is needed. t» This last analog (1,2) is the closest to the proposed invention. This analogue has features in common with the invention, which consist of: o - drilling of the shutters in the GP and their reconstruction (cementation of casing pipes, preparation of the well bottom, "" rebuilding of the filter in the bottom; - preliminary deformation of gas-bearing layers to increase their fracturing and gas permeability, for example, by firing cumulative charges and other actions: - preparation and supply of warm water or other heat carrier to the GP; - melting of gas hydrates with warm water or a hydrate formation inhibitor, as a melting gas hydrate carrier iF) "at the location" of the location of gas hydrates in the GP or by reducing the pressure in the gas hydrate layer , selection
Кз продукційного газу з ГП, збору його і відводу на поверхню; - дотисканні його до 10-20МПа та зріджуванні, причому з виконанням усіх цих операцій за рахунок бо електроенергії, виробленої безпосередньо і автономно в газодобувному комплексі.Because of production gas from the gas station, its collection and removal to the surface; - pressing it to 10-20 MPa and liquefying it, and performing all these operations at the expense of electricity produced directly and autonomously in the gas production complex.
До цього часу в світі ще нема газодобувних установок (ГДК), що витягують газ з підводних ГП, але є чималоUntil now, there are still no gas production units (GPC) in the world that extract gas from underwater gas fields, but there are quite a few
ГДК, які витягують газ з підводних родовищ звичайного (тобто не газогідратного) газу. Ці останні ГДК мають наступні ознаки, спільні з ознаками запропонованого ГДК. на якому пропонується добувати газ з ГП, а саме: - мають платформу, яка твердо або динамічно позиціонована над обраною точкою різними способами; в б5 одному з цих способів динамічне утримання напівзанурюваної платформи в горизонтальній площині здійснюється за допомогою підрулюючих пристроїв; компенсація переміщень в обсадних трубах учиняється шарнірами; вертикальні переміщення платформи при хвилюванні моря компенсуються спеціальними компенсаторами, котрі забезпечують постійне натягування обсадних труб незалежно від впливу платформи при хвилюванні моря (уся ця техніка також використовується в винаході); - мають бурову установку, - мають витягувальні свердловини, що занурені в пласт газовміщуючого шару; - мають насосне та під'ємно-транспортне обладнання; - мають теплосилову елекгрогенеруючу установку, яка не використовує термобаричну різницю морської води для зменшення електровитрат; 70 - мають пристрій для підготовки носія, що плавить газогідрати в ГП; - мають зріджувач метану, який не використовує стовп морської води для зменшення електровитрат.GDCs that extract gas from underwater deposits of conventional (that is, not gas hydrate) gas. These latest MPCs have the following features in common with the features of the proposed MPC. on which it is proposed to extract gas from the GP, namely: - have a platform that is firmly or dynamically positioned over the selected point in various ways; in b5 one of these methods, the dynamic maintenance of the semi-submersible platform in the horizontal plane is carried out with the help of thrusters; compensation of movements in casing pipes is done by hinges; vertical movements of the platform during sea waves are compensated by special compensators that ensure constant tensioning of casing pipes regardless of the impact of the platform during sea waves (all this technique is also used in the invention); - have a drilling rig, - have extraction wells immersed in the gas-bearing layer; - have pumping and lifting and transport equipment; - have a thermoelectric power generating unit that does not use the thermobaric difference of sea water to reduce electricity consumption; 70 - have a device for preparing the medium that melts the gas hydrates in the GP; - have a methane liquefier that does not use a column of sea water to reduce electricity consumption.
Завдання, на рішення якої направлена наша пропозиція: 1. Витягнення метану з підводних ГП теплих і холодних морів в будь-який час року і на будь-який глибині екологічно чистими заходами; 2. Поліпшення умов кінетики процесу виплавляння газогідратів в газогідратному пласту; підвищення повноти витягнення метану з різних по глибині газогідратних шарів; попутне витягнення підгідратного газу, а також нафти. 3. Зменшення енерговитрат газодобувного комплексу (ГДК) і в крайньому разі - приближення до уникнення необхідності спалювати частину газу безпосередньо на платформі ГДК для виробки електроенергії; 4. Підвищення (це головне) ПРибутковості ГДК.Tasks to be solved by our proposal: 1. Extraction of methane from underwater hydroelectric power stations of warm and cold seas at any time of the year and at any depth by environmentally friendly measures; 2. Improvement of the kinetics of the gas hydrate melting process in the gas hydrate layer; increasing the completeness of methane extraction from gas hydrate layers of different depths; concomitant extraction of subhydrated gas, as well as oil. 3. Reducing the energy consumption of the gas production complex (GPC) and, in the last resort, getting closer to avoiding the need to burn part of the gas directly on the GPC platform to produce electricity; 4. Increase (this is the main thing) of GDK's profitability.
Виконання поставлених завдань досягається тим, що в способі добування та переробки природного газу з морських газогідратних покладів ГП теплих та холодних морів, що включає пробурювання свердловин в цих ГП і їх відбудування, попередньої деформації газовміщуючих шарів для підвищення їх тріщинуватості і газопроникливості, наприклад прострілом кумулятивних зарядів та іншими діями, підготовки і подання в ГП теплої води або іншого теплоносія, плавленні газогідратів теплою водою або іншим плавлячим носієм "за с об Місцем" їх розташування в газогідратному шару підводного ГП або шляхом зменшення тиску в газогідратному шару, відбору продукційного газу з ГП, збору його і відводу на поверхню моря, дотисканні його до 10-20МПа та (8) зріджуванні, причому з виконанням усіх цих операцій за рахунок електроенергії, виробленої безпосередньо і автономно в газодобувному комплексі, - витягнення газу з ГП ведуть системою гідравлічно сполучених нагніталтних і втягуючих свердловин, які -- зо експлуатуються за допомогою 3-х варіантів. - поступеневого поглиблення на 20-5Ом в ГП по мірі виробки її верхніх шарів, ре) - поступеневого підіймання на 20-50м по мірі виробки нижчих шарів ГП, « - одночасної виробки декількох шарів ГП по всій її висоті шляхом того, що свердловини працюють у режимах нагнітання плавлячого носія і витягування газу почергово, при цьому в режимі нагнітання в свердловини подають /-«2The fulfillment of the set tasks is achieved by the fact that in the method of extraction and processing of natural gas from marine gas hydrate deposits of the GP of warm and cold seas, which includes drilling wells in these GPs and their reconstruction, preliminary deformation of gas-bearing layers to increase their fracturing and gas permeability, for example, by shooting cumulative charges and other actions, preparation and supply of warm water or other heat carrier to the hydroelectric power station, melting of gas hydrates with warm water or other melting medium "according to the location" of their location in the gas hydrate layer of the underwater hydroelectric power station or by reducing the pressure in the gas hydrate layer, removing production gas from the hydroelectric power station, collecting it and diverting it to the surface of the sea, pressing it to 10-20 MPa and (8) liquefaction, and with the performance of all these operations at the expense of electricity produced directly and autonomously in the gas production complex, gas extraction from the gas station is carried out by a system of hydraulically connected discharge and suction wells that are operated for using 3 options. - a gradual deepening of 20-5 Ω in the GP as its upper layers are produced, d) - a gradual rise of 20-50m as the lower layers of the GP are produced, « - simultaneous production of several layers of the GP along its entire height by the fact that the wells work in in the modes of injection of the melting medium and extraction of gas alternately, while in the mode of injection, /-«2 is fed into the wells
Зз5 плавлячий теплоносій, а також, чергуючи, газ високого тиску, а в режимі витягування з свердловин відбирають «с газ з розплавлених газогідратів, відпрацьований концентрат і воду з розплавлених газогідратів, а також продукти продування свердловин, наприклад, часточки грунту; - як плавлячий носій в підводний ГП подають 10-25956-ний концентрат морської води або солеконцентратну суспензію, в якій в насиченому розчині морської води евтектичної концентрації є 3-1595 кристалів солей, які « Концентрують, наприклад, виморожувальним або газогідратним способом, або підгідратний газ і підгідратну воду - с нижчележачих шарів з геотермічними температурами 302С і більше, що мають тиск, який на 2МПа і більше . перевищує тиск вищележачого ГП, в котру нагнітається самотечею цей теплоносій, або рідку або стиснуту "» вуглекислоту, що витягують з промислових скидних газів або атмосферного повітря; - газ після плавлення газогідратів у газогідратному шарі накопичують безпосередньо біля дна моря під тиском гідростатичного стовпа морської води і подають на вхід останнього ступеня стиснення циклу зрідження;Зз5 melting coolant, as well as, alternatingly, high-pressure gas, and in the extraction mode from the wells, gas from molten gas hydrates, spent concentrate and water from molten gas hydrates, as well as well blowout products, for example, soil particles, are taken from the wells; - as a melting medium, a 10-25956 seawater concentrate or a salt-concentrate suspension, in which there are 3-1595 salt crystals in a saturated solution of seawater of eutectic concentration, which are "concentrated, for example, by freezing or gas-hydrate method, or sub-hydrate gas and subhydrated water - from the underlying layers with geothermal temperatures of 302С and more, with a pressure of 2 MPa and more. exceeds the pressure of the overlying HP, into which this heat carrier is injected by gravity, or liquid or compressed "" carbon dioxide extracted from industrial waste gases or atmospheric air; - gas after melting of gas hydrates in the gas hydrate layer is accumulated directly near the bottom of the sea under the pressure of the hydrostatic column of sea water and fed to the input of the last stage of compression of the liquefaction cycle;
Ге - частину продукційного газу, витягнутого на поверхню, дотискують до 50-200МпПа і періодично подають в ГП, попереджуючи ударами газу подання в нього плавлячого носія; о - для приводу теплосилової електрогенеруючої установки, виробки газу високого тиску, а також зрідження ї» метану використовують термобаричну різницю морської води по висоті моря шляхом контактування метану з 5р Морською водою на глибинах 300-600м, утворення газогідратів в цьому холодному глибинному рівні моря, б» відкачуванню цих газогідратів у вигляді газогідратної суспензії на поверхню моря і їх плавленні приGe - a part of the produced gas drawn to the surface is compressed to 50-200 MPa and periodically fed into the gas station, warning of the introduction of the melting medium into it with gas blows; o - to drive a heat-power electric generating unit, produce high-pressure gas, as well as liquefy methane, the thermobaric difference of sea water at sea level is used by contacting methane with sea water at depths of 300-600 m, the formation of gas hydrates in this cold, deep level of the sea, b » the pumping of these gas hydrates in the form of a gas hydrate suspension to the surface of the sea and their melting at
ЩЕ температурі 18-259С теплом поверхневої морської води (в теплий сезон), або (в холодний сезон) контактом з 10-2596-ним концентратом морської води або солеконцентратною суспензією, в якій в насиченому розчині солей евтектичної концентрації є і кристали солей, причому сумарна концентрація солей по сухому залишку досягає до ЗБ5Ую, чим здійснюють термокомпресію газу до тиску 8-20МПа перед його поданням на турбіну теплосилової установки або в зріджувач метану. (Ф) Крім того виконання поставлених завдань досягається і тим, що свердловини працюють в режимі нагнітання в ко усіх 3-х експлуатаційних варіантах в період часу, коли вони розташовані глибше свердловин, які працюють в режимі витягування газу, на 3-20м. Причому попередньо або одночасно з розробкою ГП за допомогою системи бо свердловин вище і нижче цього ГП відбирають надгідратний і підгідратний газ, а також гадгідратну нафту і газовий конденсат за допомогою, наприклад, фонтанних труб. При цьому герметизацію обсадних труб .-'свердловин, яка розділює газогідратні шари від вищеприлеглих негідратних водоносних шарів, при наявності термодинамічних умов гідратоутворення виконують за допомогою тимчасової термооборотної цементації газогідратами шляхом подання в щілини герметизації охолодженого метану або природного газу, збагаченого 65 тяжкими компонентами - етаном, пропаном, бутанами, причому переміщення ГДК після виробки під ним ГП на другий ще не розроблений ГП виконують після підіймання до нижчого краю газодобувної платформи усіх експлуатаційних труб, а також газозбірного ковпака. Крім того в способі в теплий сезон в теплих морях в холодному рівні моря на глибинах 50-500м холодильний і одночасно гідратоутворюючий агент (фреони 22, 134а8 і інші, Нь5, СО» і інші) контактують з сумішшю морської води і її концентратом з концентрацією 3-2095 солей, утворюючи газогідрати, потім газогідратну суспензію піднімають на поверхню моря, газогідрати відділяють від продуктового концентрату з концентрацією 10-2595, промивають від концентрату і плавлять з виробкою опрісненої чистої талої питної води.EVEN at a temperature of 18-259C by the heat of surface seawater (in the warm season), or (in the cold season) by contact with a 10-2596 concentration of seawater or a salt-concentrate suspension in which there are salt crystals in a saturated solution of salts of eutectic concentration, and the total the concentration of salts in the dry residue reaches up to ZB5Uyu, by which the gas is thermally compressed to a pressure of 8-20MPa before it is fed to the turbine of the thermal power plant or to the methane liquefier. (F) In addition, the fulfillment of the tasks is achieved by the fact that the wells work in injection mode in all 3 operating options during the time period when they are located 3-20 m deeper than the wells that work in gas extraction mode. Moreover, prior to or simultaneously with the development of the HP using a system of wells above and below this HP, overhydrated and underhydrated gas, as well as hydrohydrated oil and gas condensate are taken using, for example, fountain pipes. At the same time, the sealing of casing pipes of wells, which separates gas hydrate layers from the overlying non-hydrate aquifer layers, in the presence of thermodynamic conditions of hydrate formation, is performed using temporary thermoreversible cementation with gas hydrates by introducing cooled methane or natural gas enriched with 65 heavy components - ethane into the sealing cracks. with propane, butanes, and the transfer of the GDC after the production of the gas under it to the second yet-to-be-developed gas production is carried out after raising all the operational pipes and the gas collection cap to the lower edge of the gas production platform. In addition, in the method in the warm season in warm seas at cold sea level at depths of 50-500 m, a refrigerating and at the same time hydrate-forming agent (freons 22, 134a8 and others, Н5, СО» and others) comes into contact with a mixture of sea water and its concentrate with a concentration of 3 -2095 salts, forming gas hydrates, then the gas hydrate suspension is raised to the surface of the sea, the gas hydrates are separated from the product concentrate with a concentration of 10-2595, washed from the concentrate and melted to produce desalinated pure melt drinking water.
При цьому процес гідратоутворення холодильного і одночасно гідратоутворюючого агенту ведуть при параметрах газогідратної евтектики, після чого газогідрат-солеконцентратну суспензію розділяють на 7/о газогідрат-концентратну суспензію і на солеконцентратну суспензію, наприклад осадженням, сіль відділяють від концентрату, наприклад, фільтрацією концентрату і наступним віджимом селевої маси, накопичують і використовують в холодний сезон для виготовлення концентрату шляхом змішування солі з морською водою.At the same time, the process of hydrate formation of the refrigerating and simultaneously hydrate-forming agent is carried out under the parameters of gas-hydrate eutectic, after which the gas-hydrate-salt-concentrate suspension is divided into 7/o gas-hydrate-concentrate suspension and the salt-concentrate suspension, for example, by precipitation, salt is separated from the concentrate, for example, by filtration of the concentrate and subsequent squeezing silt mass, accumulate and use in the cold season to make a concentrate by mixing salt with sea water.
При цьому в холодних морях процес гідратоутворення холодильного і одночасно гідратоутворюючого агенту ведуть в поверхневому рівні моря, виробляючи 10-2596-ний концентрат або сіль.At the same time, in cold seas, the process of hydrate formation of the refrigerating and simultaneously hydrate-forming agent is carried out at the surface level of the sea, producing a 10-2596th concentrate or salt.
При цьому частину газогідратів метану плавлять при підвищеній температурі 30-509С за рахунок підводу низькопотенційного тепла, яке наприклад вилучається в процесі зрідження метану, виробляючи газ високого тиску порядка 50-200МПа. При цьому при використанні термобаричної різниці морської води по глибині моря для зрідження метану плавлення газогідратів ведуть ступенево в наступній послідовності процесів, що здійснюють "складання" та "віднімання" потоків газу, які мають тиск різного значення: спочатку газогідрати осушують від Міжгідратної води шляхом її дренажу і потім продування гідратної маси газом, потім газогідрати стискують зворотним газом нижчого тиску 0,6-1МПа, який відбирається з циклу зрідження метану, потім плавлять шляхом теплообміну з теплою поверхневою морською водою, потім газогідрати повторно стискують зворотним газом середнього тиску 2-6МПа, який відбирається з циклу зрідження метану, і газом. який відбирається з газогідратного покладу в якості продукта, потім відбирають з зони плавлення рідкий пропан, потім заключно сч газогідрати плавлять шляхом сукупності теплообміну з теплою поверхневою морською водою і поданням в зону плавлення газогідратів концентрату морської води або солеконцентратної суспензії, які відбираються з циклу і) опріснення-розділення морської води; В способі потрібні виграти початкового концентрату морської води або початкової солеконцентратної суспензії, які треба подати для плавлення газогідратів в газогідратний шар ГП, а також в секції плавильника для виробки електроенергії та отриманні газа високого тиску, визначають згідно «-- зо рівнянню с он -внв ек тка й-зо жк -в їй в якомуAt the same time, a part of methane gas hydrates is melted at an elevated temperature of 30-509C due to the supply of low-potential heat, which is, for example, extracted during the liquefaction of methane, producing high-pressure gas of the order of 50-200MPa. At the same time, when using the thermobaric difference of sea water at the depth of the sea to liquefy methane, the melting of gas hydrates is carried out step by step in the following sequence of processes that carry out the "addition" and "subtraction" of gas flows that have different pressures: first, the gas hydrates are drained from the interhydrate water by draining it and then blowing the hydrate mass with gas, then the gas hydrates are compressed with a lower pressure return gas of 0.6-1MPa, which is taken from the methane liquefaction cycle, then melted by heat exchange with warm surface seawater, then the gas hydrates are re-compressed with a medium pressure return gas of 2-6MPa, which is taken from the cycle of liquefaction of methane, and gas. which is taken from the gas hydrate deposit as a product, then liquid propane is taken from the melting zone, then finally the gas hydrates are melted by a combination of heat exchange with warm surface seawater and the introduction into the melting zone of gas hydrates of seawater concentrate or salt concentrate suspension, which are taken from the cycle i) desalination -separation of sea water; In the method, it is necessary to win the initial seawater concentrate or the initial salt-concentrate suspension, which must be fed for the melting of gas hydrates into the gas-hydrate layer of the GP, as well as in the section of the melter for the production of electricity and the production of high-pressure gas, determined according to the equation сон -внв ек tka y-zo zhk -v her in which
Сн - потрібні витрати початкового (вихідного) концентрату морської води або солеконцентратної суспензії о морської води; (Се)Sn - the required consumption of the initial (initial) seawater concentrate or salt-concentrate suspension of seawater; (Se)
Ов с - кількість води в складі газогідратів, яких потрібно розплавити;Ov s - the amount of water in the composition of gas hydrates, which must be melted;
Зн - початкова концентрація (масова доля - тут і нижче) концентрату морської води або початкова концентрація солеконцентратної суспензії по сухому залишку солей; «Zn - the initial concentration (mass fraction - here and below) of the seawater concentrate or the initial concentration of the salt-concentrate suspension based on the dry salt residue; "
Зк - кінцева концентрація концентрату морської води солеконцентратної суспензії після плавлення газогідратів; шщ с Зо - концентрація газогідратів в газогідратному пласту ГП перед їх плавленням або концентрація и газогідратів в газогідратної суспензії в секціях плавильника перед їх плавленням; "» 51 - концентрація солей в морській воді, яка входить в склад міжкристалічної рідини;Zk - the final concentration of the seawater concentrate of the salt-concentrate suspension after the melting of gas hydrates; шщ с Зо - the concentration of gas hydrates in the gas hydrate layer of the GP before their melting or the concentration of gas hydrates in the gas hydrate suspension in the sections of the smelter before their melting; "» 51 - the concentration of salts in seawater, which is part of the intercrystalline liquid;
А - питома маса газогідрату, кг (газогідрату)/кг (газу в складі газогідрату).A - specific mass of gas hydrate, kg (gas hydrate)/kg (gas in the composition of gas hydrate).
Запропонований спосіб реалізується в газодобувному комплексі (ГДК) для добування та переробки метану і (о) природного газу з морських газогідратних покладів ГП теплих та холодних морів, що включає в себе платформу, о бурову установку, свердловини, що занурені в пласт ГП, насосне та під'ємно - транспортне обладнання, теплосилову газогідратну електрогенеруючу установку, пристрій для підготовки носія, що плавить газогідрати вThe proposed method is implemented in a gas production complex (GPC) for extraction and processing of methane and (o) natural gas from marine gas hydrate deposits of the GP of warm and cold seas, which includes a platform, o a drilling rig, wells immersed in the GP formation, pumping and lifting - transport equipment, thermal power gas hydrate power generating unit, a device for preparing a medium that melts gas hydrates in
Фщ» ГП, зріджувач метану, тим, що: - платформа ГДК має придонний газозбірний ковпак, який розташовують безпосередньо над ГП, виконаний у о вигляді герметичної зверху півсфери, яка повернута відкритою увігнутою стороною до дна моря, крізь котру - опущені свердловини, а в верхній частині є газовідвідна труба, верхній кінець якої з'єднаний з входом зріджувача газу; - свердловини виконані у вигляді нагнітальної-витягуючої системи, гідравлічно взаємозв'язаної по газовмісному газогідратному шару і скомпонованої з 3-6 рядів цих свердловин; - як пристрій для підготовки носія, що плавить газогідрати в ГП, ГДК має виморожувальний абоFsh» GP, methane liquefier, in that: - the GDK platform has a bottom gas collection cap, which is placed directly above the GP, made in the form of a sealed hemisphere from above, which is turned with its open concave side to the bottom of the sea, through which - wells are lowered, and in the upper part has a gas outlet pipe, the upper end of which is connected to the inlet of the gas liquefier; - the wells are made in the form of an injection-extraction system, hydraulically interconnected by a gas-bearing gas hydrate layer and composed of 3-6 rows of these wells; - as a device for preparing the medium that melts gas hydrates in the GP, the GDC has a freezing or
Ф, газогідратний опріснювач-розділювач морської води, нагнітання якого по концентрату морської води або по ко солеконцентратної суспензії з'єднано з входом свердловин і/або плавильником газогідратів теплосилової газогідратної електрогенеруючої установки; бо - теплосилова газогідратна електрогенеруюча установка ГДК має у своєму складі кристалізатор газогідратів безперервної дії, виконаний у вигляді вертикального трубопроводу, зануреного в холодний рівень моря на глибину 300-60Ом, і плавильник газогідратів періодичної дії, виконаний секціонним, кожна секція якого має теплообмінник, який має вхід теплої води поверхневого рівня моря, причому одна з секцій плавильника, яка виробляє газ-метан високого тиску порядку 50-200МПа, має теплообмінник з входом теплоносія з температурою 65 30-509С7 і своїм нагнітанням по газу високого тиску з'єднана з входом свердловин. Крім того в цьому ГДК газозбірний ковпак виконаний з низькотеплопровідного тонколистового матеріалу, наприклад, пластика (тефлон і подібне), переміщується вільно в вертикальному напрямі вздовж обсадних труб для піднімання на поверхню моря за допомогою герметичного периферійного кільцевого трубного понтону, прикріпленого до нижчого краю газозбірного ковпака і маючого входи-виходи води та повітря під тиском 10-20МПа; крім того ковпак має на своїй півсфері вертикальні кондуктори у вигляді труб довжиною 0,5-2м, крізь які опускаються обсадні труби свердловин, причому в верхній частині кондукторів розміщені пакери, що герметизують свердловинний простір між ними і обсадними трубами, а в нижчій частині кондукторів розміщені пакери, що герметизують перепускні вікна обсадних труб.Ф, gas hydrate desalination-separator of sea water, the injection of which through the sea water concentrate or through the salt concentrate suspension is connected to the entrance of the wells and/or the gas hydrate melter of the thermal power gas hydrate power generating plant; bo - the thermal power gas hydrate power generating plant of the GDK includes a continuously acting gas hydrate crystallizer, made in the form of a vertical pipeline immersed in the cold sea level to a depth of 300-60 Ohm, and a batch gas hydrate melter, made sectional, each section of which has a heat exchanger, which has the entrance of warm sea-level water, and one of the sections of the smelter, which produces high-pressure methane gas of the order of 50-200MPa, has a heat exchanger with an inlet of a heat carrier with a temperature of 65 30-509С7 and its high-pressure gas injection is connected to the well entrance. In addition, in this GDC, the gas collection cap is made of a low thermal conductivity thin sheet material, for example, plastic (Teflon and the like), moves freely in the vertical direction along the casing pipes to rise to the sea surface by means of a sealed peripheral ring pipe pontoon attached to the lower edge of the gas collection cap and having inlets and outlets of water and air under a pressure of 10-20 MPa; in addition, the cap has on its hemisphere vertical conductors in the form of pipes 0.5-2 m long, through which well casing pipes are lowered, and in the upper part of the conductors there are packers that seal the well space between them and the casing pipes, and in the lower part of the conductors are placed packers that seal bypass windows of casing pipes.
Крім отого, в цьому ГДК трубопровід-кристалізатор газогідратів теплосилової газогідратної /о електрогенеруючої установки має на своїй зовнішній поверхні фільтруючі секції для скидання морської води, але задержання газогідратів, а на відкритому знизу кінці - підводний насос-нагнітальник холодної глибинної морської води; входи секцій плавильника по газогідратній суспензії концентрату морської води або солеконцентратної суспензії а також по виходам стисненого газу і викидання концентрату виконані паралельними, причому секції плавильника мають насос для прокачування через них теплої поверхневої /5 Морської води, а в своїй нижчій частині фільтруючі грати, під якими є накопичувальники води розплаву газогідратів.In addition, in this GDC, the pipeline-crystallizer of gas hydrates of the thermal power gas hydrate /o power generating plant has on its outer surface filtering sections for discharging sea water, but retaining gas hydrates, and at the open bottom end - an underwater pump-charger of cold deep sea water; the entrances of the sections of the smelter for the gas-hydrate suspension of seawater concentrate or salt-concentrate suspension, as well as for the outlets of compressed gas and the discharge of the concentrate, are made in parallel, and the sections of the smelter have a pump for pumping through them warm surface /5 sea water, and in their lower part filter grates under which there are reservoirs of gas hydrate melt water.
Крім того в цьому ГДК виморожувальний або газогідратний опріснювач-розділювач морської води має в своєму складі евтектичну ступінь, вихід котрої по концентрату морської води з'єднаний з входом свердловин, які подають концентрат в ГП, а також в секції плавильника газогідратів метану газогідратної теплосилової 2о установки, а вихід по солі, наприклад, з шнекового сепаратора солей, з'єднаний з накопичувальником цих солей і далі - з входом вищезгаданих свердловин і секцій плавильника газогідратів.In addition, in this GDC, the freezing or gas-hydrate desalination-separator of seawater has a eutectic stage in its composition, the outlet of which is connected to the seawater concentrate with the inlet of the wells that supply the concentrate to the HP, as well as to the section of the methane gas-hydrates melter of the gas-hydrate thermal power plant 2о , and the salt output, for example, from the screw salt separator, is connected to the accumulator of these salts and further - to the input of the above-mentioned wells and sections of the gas hydrate melter.
При цьому секції плавильника мають входи газу зворотних потоків зріджувача метану, а також метану з газогідратного покладу, і вихід рідкого пропану, розташований у верхній частині накопичувальників води розплаву газогідратів. сAt the same time, the sections of the smelter have inlets for methane liquefier gas return flows, as well as methane from a gas hydrate deposit, and an outlet for liquid propane, located in the upper part of the gas hydrate melt water reservoirs. with
Суть винаходу ілюструється на Фіг.1-16.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1-16.
Фіг.1 - типи гідратних текстур метану у грунті; (8)Fig. 1 - types of hydrate textures of methane in the soil; (8)
Фіг.2 - фазова діаграма метану, природного газу та його компонентів в прісній воді;Fig. 2 - phase diagram of methane, natural gas and its components in fresh water;
Фіг.3 - пониження температури гідратоутворення метану і природного газу із-за присутності солей;Fig. 3 - lowering the temperature of the hydrate formation of methane and natural gas due to the presence of salts;
Фіг.4 - типове вертикальне розподілення температури, солоності, густини утримання сірководню у Чорному -- зо морі;Fig. 4 - typical vertical distribution of temperature, salinity, concentration of hydrogen sulfide in the Black Sea;
Фіг.5 - схеми ГП на дні моря; (се)Fig. 5 - schemes of GP on the bottom of the sea; (se)
Фіг.б6- рушійні сили утворення АТ); і плавлення гідратів АТ» в ГП на глибині 100Ом; «Fig. b6 - the driving forces of formation of BP); and melting of AT" hydrates in GP at a depth of 100 Ohm; "
Фіг.7 - система свердловин, пробурених на глибину ГП;Fig. 7 - a system of wells drilled to the depth of the GP;
Фіг.8 - те ж, вигляд зверху; оFig. 8 - the same, top view; at
Фіг.9 - схема зріджувача метану, який використовує гідростатичний тиск морської води для зниження «о електровитрат;Fig. 9 is a scheme of a methane liquefier, which uses the hydrostatic pressure of sea water to reduce "o electricity consumption;
Фіг.10 - цикл зрідження метану на діаграмі температура-ентропія;Fig. 10 - methane liquefaction cycle on the temperature-entropy diagram;
Фіг.11 - схема газогідратного опріснювача-розділювача морської води;Fig. 11 - diagram of a gas-hydrate desalinator-separator of sea water;
Фіг.12 - цикл газогідратного опріснювача-розділювача, який використовує термобаричну різницю морської «Fig. 12 - cycle of a gas-hydrate desalination-separator, which uses the thermobaric difference of sea "
ВОДИ по глибині моря, в діаграмі температура-тиск; -в с Фіг.13 - схема теплосилової газогідратної установки, призначеної для виробки електроенергії; й Фіг.14 - цикл газогідратної теплосилової установки, який використовує термобаричну різницю морської води «» по глибині моря, в діаграмі температура-тиск.WATER at the depth of the sea, in the temperature-pressure diagram; - in c Fig. 13 - diagram of a thermal power gas hydrate plant intended for the production of electricity; and Fig. 14 - cycle of a gas-hydrate thermal power plant, which uses the thermobaric difference of sea water "" at the depth of the sea, in the temperature-pressure diagram.
Фіг.15 - схема зріджувана метану, який використовує гідростатичний тиск морської води та термобаричну різницю морської води по глибині моря для зниження електровитрат. б Для полегшення розуміння винаходу для експерта вважаю за потрібне навести спочатку декілька понять по газогідратам. о Згідно Фіг.1 типи гідратних текстур метану, що виділені у ході експерименту по гідратонасиченню пісків їх різного гранулометричного складу, є: 1 - масивна, 2 - коркова. З - порфировидна, 4 - лінзовидна, 4 - шарувата.Fig. 15 - scheme of liquefaction of methane, which uses the hydrostatic pressure of sea water and the thermobaric difference of sea water along the depth of the sea to reduce electricity consumption. b In order to facilitate the understanding of the invention for an expert, I consider it necessary to first introduce several concepts of gas hydrates. o According to Fig. 1, the types of hydrate textures of methane, which were isolated during the experiment on the hydration of sands of different granulometric composition, are: 1 - massive, 2 - crusty. C - porphyry, 4 - lenticular, 4 - layered.
На Фіг.2 (фазової діаграми метану, природного газу та його компонентів в прісній воді) показані б» рівноважні гідратні криві для: метану СН /х, етану СоНв, пропану СзНз, природного газу (кількість метану - ко 71,695), сірководню НоЗ, кисню ОО», азоту Мо, вуглекислоти СО. Праворуч цих рівноважних гідратних кривих існують газі вода, ліворуч - газогідрат- вода (при надлишку води) або газогідрат- газ (при надлишку газу).Fig. 2 (phase diagram of methane, natural gas and its components in fresh water) shows b" equilibrium hydrate curves for: methane СН /х, ethane СоНв, propane СзНз, natural gas (quantity of methane - ко 71.695), hydrogen sulfide NOС, oxygen OO", nitrogen Mo, carbon dioxide CO. To the right of these equilibrium hydrate curves there are gas-water, to the left - gas-hydrate-water (with an excess of water) or gas-hydrate-gas (with an excess of gas).
Домішок до метану тяжких компонентів (це склад природного газу) - етану, пропану, бутанів,а також НО і СО» пересуває рівноважну гідратну криву праворуч, знижуючи тиск і підвищуючи температуру гідратоутворення. При пересіченні кривої для метану справа наліво утворюються, газогідрати метану з виділенням теплоти (Ф) гідратоутворення; при перетині цієї ж кривої зліва направо вони плавляться з поглинанням теплоти плавлення т (3785кДж/кг метану, який ввійшов до складу газогідрату).An admixture of heavy components to methane (this is the composition of natural gas) - ethane, propane, butanes, as well as HO and CO" shifts the equilibrium hydrate curve to the right, lowering the pressure and increasing the temperature of hydrate formation. When the curve for methane is crossed from right to left, methane gas hydrates are formed with the release of heat (F) of hydrate formation; when crossing the same curve from left to right, they melt with the absorption of heat of fusion t (3785kJ/kg of methane, which was included in the composition of the gas hydrate).
При контакті газу з розчином солей рівноважна гідратна крива (наприклад для метану) пересувається бо ліворуч. На Фіг.3 показано зниження температури гідратоутворення метану і природного газу із-за присутності солей (для природного газук розсіл Масі, метану розсіл Масі, природного газу ж розсіл СасСі). Наприклад (Фіг.3) 2096-ний розчин Масі знижує температуру гідратоутворення метану на 1029, 2956-ний розчин Масі (приблизний еквівалент донної води Чорного моря) - приблизно на 0,596.When the gas comes into contact with the salt solution, the equilibrium hydrate curve (for example, for methane) shifts to the left. Figure 3 shows a decrease in the hydrate formation temperature of methane and natural gas due to the presence of salts (for natural gas, Masi brine, for methane, Masi brine, for natural gas, SaSSi brine). For example (Fig. 3), the 2096th Massey solution reduces the temperature of methane hydrate formation by 1029, the 2956th Massey solution (the approximate equivalent of the bottom water of the Black Sea) - by approximately 0.596.
В теплих морях по глибині моря є різниця температур морської води. На Фіг.4 - показано типове вертикальне б5 розподілення температури морської води Т, концентрації солей в морській воді 5, густини морської води р, концентрації сірководню Зно У Чорному морі. Штриховими лініями показані рівноважні криві гідратоутворення для метану і природного газу. Накладання даних фазової діаграми на вертикальне розподілення тиску і температур у морі визначає верхню і нижню межі зон гідратоутворення (ЗГУ). Верхня межа ЗГУ (Фіг.4) знаходиться звичайно в шарі морської води і визначається пересіченням гідратної рівноважної кривої і кривої змінення температури морської води по глибині моря. Нижня межа ЗГУ знаходиться у донному осаду і визначається пересіченням кривої геотермального градієнту осаду і гідратної рівноважної кривої. Для умовIn warm seas, there is a difference in seawater temperature along the depth of the sea. Figure 4 shows a typical vertical b5 distribution of seawater temperature T, concentration of salts in seawater 5, density of seawater p, concentration of hydrogen sulfide Zno in the Black Sea. The dashed lines show the equilibrium curves of hydrate formation for methane and natural gas. Overlaying the phase diagram data on the vertical distribution of pressure and temperature in the sea determines the upper and lower limits of the zones of hydrate formation (ZGU). The upper boundary of the ZGU (Fig. 4) is usually located in the seawater layer and is determined by the intersection of the hydrate equilibrium curve and the curve of seawater temperature change along the depth of the sea. The lower limit of the ZGU is located in the bottom sediment and is determined by the intersection of the curve of the geothermal gradient of the sediment and the hydrate equilibrium curve. For conditions
Фіг.А4 верхня межа ЗГУ для метану знаходиться на глибині моря бООм, а для природного газу - 200м. Нижня межа, відповідно, буде на глибині 1750 і 1820м. Товщина газогідратного покладу в осадах для даних умов складає 150 і 220м. 70 На Фіг.5 показані можливі схеми ГП на морському дні. Позначено: 0 - донний грунт, 1 - непроникливий пласт. 2 - газовий пласт, З - газогідратний поклад, 4 - нафтовий поклад, 5 - донна вода, Тфь - температура води, Трр - температура грунта, Тр - рівноважна температура гідратоутворення, Н /, Но - верхня і нижня глибини існування газогідратів, а-б-с-д- змінення температури води і грунту з глибиною (а-6б - спочатку температура води до глибини 50-100м знижується до 5-72С, потім вона постійна майже до дна моря (р-с), потім температура 75 "рунту (с-а) спочатку незначно, а потім швидко підвищується (тепловий градієнт Землі). Видно, що вільний газ може бути вище і нижче ГП, а під ГП можуть бути нафта і вода. Газогідрати можуть бути як в придонному шарі, так ї в глибинних пластах (одного або декількох, розділених газонепроникливими шарами грунту) морського дна.Fig. A4 the upper limit of the EPA for methane is at a sea depth of 1,000 m, and for natural gas - 200 m. The lower limit, respectively, will be at a depth of 1750 and 1820 m. The thickness of the gas hydrate deposit in the sediments for these conditions is 150 and 220 m. 70 Figure 5 shows possible schemes of GP on the seabed. Marked: 0 - bottom soil, 1 - impermeable layer. 2 - gas reservoir, Z - gas hydrate deposit, 4 - oil deposit, 5 - bottom water, Tf - water temperature, Трр - soil temperature, Тр - equilibrium temperature of hydrate formation, Н /, Но - upper and lower depths of existence of gas hydrates, а- b-s-d- changes in water and soil temperature with depth (a-6b - first the water temperature to a depth of 50-100m decreases to 5-72С, then it is constant almost to the bottom of the sea (р-с), then the temperature of 75" (c-a) at first slightly, and then quickly increases (the Earth's thermal gradient). It can be seen that free gas can be above and below the GP, and below the GP there can be oil and water. Gas hydrates can be both in the bottom layer and in deep layers (one or more, separated by gas-impermeable soil layers) of the seabed.
Плавити газогідрати може і тепла поверхнева морська вода. її витрати при її охолодженні в ГП від 212С до 99С на кг метану, який виділяється з газогідратів, складається біля 75 кг(води)/кг(метану) при глибині 2о закачування б0Ом. При глибинах моря більш бООм з огляду збільшення рівноважної температури плавлення газогідратів (Фіг.2,4) помітно зменшується тепловий заряд теплої поверхневої води і її витрати суттєво зростають. В цьому випадку, а також при роботі в холодний сезон, а також і для умов холодних морів, доцільно зрушити гідратну рівноважну криву ліворуч, подаючи в ГП отеплений 10-2596-ний концентрат морської води.Warm surface seawater can also melt gas hydrates. its consumption during its cooling in the HP from 212C to 99C per kg of methane, which is released from gas hydrates, is about 75 kg (water)/kg (methane) at a depth of 2 o injection b0Om. At sea depths of more than 1,000 m, due to the increase in the equilibrium melting temperature of gas hydrates (Fig. 2, 4), the heat charge of warm surface water is noticeably reduced and its consumption increases significantly. In this case, as well as when working in the cold season, as well as for the conditions of cold seas, it is advisable to shift the hydrate equilibrium curve to the left, feeding the heated 10-2596th seawater concentrate into the HP.
На Фіг.6 показані рушійні сили утворення газогідратів АТ і плавлення газогідратів АТ» в ГП на глибині ечFig. 6 shows the driving forces for the formation of AT gas hydrates and the melting of AT gas hydrates in the GP at the depth of
НА1000м. Крива 0595 - рівноважна крива гідратоутворення для чистої води, крива 295 - те ж саме для 295-ного розчину солей. Щоб процес гідратоутвореня протікав з технічно прийнятною швидкістю точка гідратоутворення А о повинна бути віддвинута вліво на АТ. - рушійну силу гідратоутворення. Точка В тут - точка плавлення гідратів в чистій воді, а АТо - рушійна сила плавлення гідратів в чистій воді. Якщо подати в ГП розеол, то рівноважна крива гідратоутворення 095 пересувається вліво і температура існування газогідратів суттєво знижується. Хай чт температура ГП визначається температурою точки С, а температура точки В" - нова точка плавлення з рушійною «с силою АТ". Тоді різниця температур АТ-ТО-Тв: характеризує тепловий потенціал, яким обладає сам ГП для розшіавлення своїх газогідратів. Якщо тиск в витягувальних свердловинах знизити, то положення точки В" ч переміститься до положення точки В"" з результатом: ДІ" зміниться до більшого ДТ", а АТ" зміниться до о більшого ДАТ", тобто поліпшаться умови кінетики (швидкості) процесу виплавляння газогідратів вNA1000 m. Curve 0595 is the equilibrium curve of hydrate formation for pure water, curve 295 is the same for a 295 solution of salts. In order for the process of hydrate formation to proceed at a technically acceptable speed, the point of hydrate formation A o must be moved to the left by AT. - the driving force of hydrate formation. Point B here is the melting point of hydrates in pure water, and ATo is the driving force for melting hydrates in pure water. If roseol is introduced into the HP, the equilibrium curve of hydrate formation 095 shifts to the left and the temperature at which gas hydrates exist decreases significantly. Let the temperature of GP be determined by the temperature of point C, and the temperature of point B" - the new melting point with the driving force "with the force of AT". Then the temperature difference AT-TO-Tv: characterizes the thermal potential possessed by the GP itself for dispersing its gas hydrates. If the pressure in the extraction wells is reduced, then the position of point B" h will move to the position of point B" with the result: DI" will change to a greater DT" and AT" will change to o greater DAT", i.e. the conditions of the kinetics (speed) of the smelting process will improve gas hydrates in
Зо газогідратному пласту. оFrom the gas hydrate layer. at
Потрібні витрати початкового концентрата морської води або початкової солеконцентратної суспензії, які треба подати для плавлення газогідратів в газогідратний пласт ГП, а також в секції плавильника для виробки електроенергії та отриманню газа високого тиск), визначають згідно рівнянню: « тю нт деяв-ва вк - 81) З с в якому :з» Сн - потрібні витрати початкового (вихідного) концентрату морської води або солеконцентратної суспензії морської води; 415 Ов с - кількість води в складі газогідратів, яких потрібно розплавити; Й б» Зн - початкова концентрація (масова доля - тут і нижче) концентрату морської води або початкова концентрація солеконцентратної суспензії по сухому залишку солей; (ав) Зк - кінцева концентрація концентрата морської води солеконцентратної суспензії після плавлення газогідратів; те 50 Зо - концентрація газогідратів в газогідратному шару ГП перед їх плавленням або концентрація газогідратівThe required consumption of the initial concentrate of sea water or the initial salt concentrate suspension, which must be supplied for the melting of gas hydrates to the gas hydrate layer of the hydroelectric power plant, as well as in the section of the smelter for the generation of electricity and the production of high pressure gas), is determined according to the equation: ) With c in which :z» Sn - the required consumption of the initial (initial) seawater concentrate or salt-concentrate seawater suspension; 415 Ov s - the amount of water in the composition of gas hydrates that must be melted; Y b» Zn - the initial concentration (mass fraction - here and below) of the seawater concentrate or the initial concentration of the salt-concentrate suspension based on the dry salt residue; (ав) Zk - the final concentration of the seawater concentrate of the salt-concentrate suspension after the melting of gas hydrates; te 50 Зо is the concentration of gas hydrates in the gas hydrate layer of the GP before their melting or the concentration of gas hydrates
Ге») в газогідратній суспезії в секціях плавильника перед їх плавленням; щ 51 - концентрація солей в морській воді, яка входить до складу міжкристалічної рідини;Ge") in gas hydrate suspension in sections of the smelter before their melting; sh 51 - concentration of salts in seawater, which is part of the intercrystalline liquid;
А - питома маса газогідрату, кг (газогідрату)/кг (газу в складі газогідрата). Виведення цього рівняння, а також приклади його вживання наведені в прикладі 1. Кількість кінцевого концентрату о к, який утворюється після плавлення газогідратів, визначають згідно рівняння оо ктонзово|ь ув то) з На Фіг.7 і 8 схематично показано розташування системи свердловин 6, пробурених на глибину ГП (вигляди збоку і зверху) і вигляд газозбірного ковпака 7, що має 2 положення - нижче затоплюване (периферійний бо кільцевий герметичний понтон 8 заповнений водою і газозбірний ковпак перебуває на дні моря) і верхнє незатоплюване (понтон 8 заповнений газом і газозбірний ковпак піднятий і перебуває на поверхні моря або трохи нижче - в приповерхневому шарі моря під платформою 9. Для здійснення цих операцій понтон 8 має вхід-вихід газу високого тиску і вхід-вихід морської води). З платформи 9 в грунт опускається система свердловин 6, які пропущені крізь газозбірний ковпак через кондуктори 10. Свердловини пронизують донний грунт 0, б5 Непроникливий пласт 1 і газогідратний пласт З; частина свердловин (на Фіг.7 показано, що лише одна свердловина 11 опущена в породу 2, яка вміщує вільний газ).A - specific mass of gas hydrate, kg (gas hydrate)/kg (gas in the composition of gas hydrate). The derivation of this equation, as well as examples of its use, are given in example 1. The amount of the final concentrate ок, which is formed after the melting of gas hydrates, is determined according to the equation оо ktonzovo|uv to) with Figs. 7 and 8 schematically show the location of the system of wells 6, drilled to the depth of the GP (side and top views) and the view of the gas collection cap 7, which has 2 positions - the lower flooded (peripheral bo ring hermetic pontoon 8 is filled with water and the gas collection cap is at the bottom of the sea) and the upper unflooded (pontoon 8 is filled with gas and the gas collection the cap is raised and is on the surface of the sea or slightly lower - in the near-surface layer of the sea under the platform 9. To carry out these operations, the pontoon 8 has an inlet-outlet of high-pressure gas and an inlet-outlet of seawater). From the platform 9, a system of wells 6 is lowered into the ground, which are passed through the gas collection cap through the conductors 10. The wells penetrate the bottom soil 0, b5 Impermeable layer 1 and gas hydrate layer C; part of the wells (in Fig. 7 it is shown that only one well 11 is lowered into rock 2, which contains free gas).
Добувна платформа 9 твердо або динамічно позиціонована над вибраною точкою ГП різними способами. НаThe mining platform 9 is firmly or dynamically positioned over the selected point of the GP in various ways. On
Фіг.7 показаний один з цих способів. Динамічне утримання полузанурюваної платформи в горизонтальній площині здійснюється за допомогою підрулюючих пристроїв 12, розташованих на понтоні 13. Компенсація цих переміщень в обсадних трубах учиняється шарнірами 14 (показаний тільки на одній свердловині). Вертикальні переміщення платформи при хвилюванні моря компенсуються спеціальними компенсаторами (не показані), котрі забезпечують постійне натягування обсадних труб незалежно від впливу платформи при хвилюванні моря.Fig. 7 shows one of these methods. Dynamic maintenance of the semi-submersible platform in the horizontal plane is carried out with the help of thrusters 12 located on the pontoon 13. Compensation of these movements in the casing pipes is done by hinges 14 (shown only on one well). Vertical movements of the platform during sea waves are compensated by special compensators (not shown), which ensure constant tension of casing pipes regardless of the impact of the platform during sea waves.
Для зменшення габаритів бурової установки обсадні труби системи свердловин можуть виходити з платформи під кутом по дну моря (розходячись віялом). З верху газозбірного ковпака виводиться газовідвідна 70 труба 15, вихід котрої на платформи 9 з'єднаний з входом зріджувача метану.To reduce the dimensions of the drilling rig, the casing pipes of the well system can exit the platform at an angle along the seabed (fanning out). From the top of the gas collection cap, the gas outlet 70 pipe 15, the output of which on the platform 9 is connected to the input of the methane liquefier.
Система свердловин, сполучених гідравлічно в своїй нижній частині, являє собою 5-15 нагнітальних (наThe system of wells connected hydraulically in their lower part is 5-15 injection wells (on
Фіг.8 показали хрестиками - оперення стріл) і 5-15 витягувальних (на Фіг.8 показані точками - наконечники стріл) труб б з відстанню від центру до центру, яке визначається такими конкретними характеристиками газогідратного шару і покладу, а саме: пористістю, газоводопроникливостю, ступенем заповнення пор /5 газогідратами. При відстані між входами свердловин у дно моря менш 5м здобування газу дорожчає, при відстані більш ЗОм - зростає депресія тиску через газогідратний шар.Fig. 8 shows crosses - arrow feathers) and 5-15 pull-out pipes (shown by dots - arrowheads in Fig. 8) pipes b with a center-to-center distance that is determined by the following specific characteristics of the gas-hydrate layer and deposit, namely: porosity, gas permeability , the degree of pore filling /5 with gas hydrates. If the distance between the entrances of the wells to the seabed is less than 5 m, gas production becomes more expensive, if the distance is more than 30 m, the pressure depression due to the gas hydrate layer increases.
По нагнітальним свердловинам в газогідратний пласт через насосно-компресорні труби 16 нагнітають газ високого тиску (до 200МПа) для газорозриву пласта, а потім теплоносій: - теплу морську поверхневу воду (в теплий сезон-коли її температура більш 182); - або її 10-2596-ний концентрат (в холодний сезон і на глибинах моря більш бООм); - або солеконцентратну суспензію (3-1595 твердих кристалів солей в насиченому концентраті морської води); - або теплий (302С і більш) підгідратний газ (з пласту 2, Фіг.5); - або теплу (302С і більш) підгідратну воду нижченаступних пластів 5 (Фіг.5), які мають пластовий тиск, який на 2МПа і більш перевищує пластовий тиск вищележачого газогідратного покладу; Га - або рідку або стиснуту вуглекислоту, що витягують з промислових скидних газів і атмосферного повітря.High-pressure gas (up to 200MPa) is injected into the gas-hydrate formation through injection wells for gas fracturing of the formation, and then the coolant: - warm sea surface water (in the warm season, when its temperature is more than 182); - or its 10-2596th concentrate (in the cold season and in the depths of the sea more bOOm); - or salt concentrate suspension (3-1595 solid salt crystals in a saturated seawater concentrate); - or warm (302C and more) subhydrated gas (from layer 2, Fig. 5); - or warm (302C and more) subhydrated water of the lower layers 5 (Fig. 5), which have a reservoir pressure that exceeds the reservoir pressure of the overlying gas hydrate deposit by 2 MPa or more; Ha - or liquid or compressed carbon dioxide extracted from industrial waste gases and atmospheric air.
Верхній кінець нагнітальних свердловин в режимі нагнітання своєю насосно-компресорною трубою 16 о з'єднаний за допомогою запорно-регулюючої арматури з насосом високого тиску, що подає поверхневу теплу морську воду або її концентрат і солеконцентратну суспензію - від виморожувального або газогідратного опріснювача-розділювача морської води. Крім того верхній кінець нагнітальних свердловин з'єднаний з виходом -че газу високого тиску з газової пушки. Нижчий кінець нагнітальних свердловин (забій) обладнаний так же, як і забої звичайних газових або газоконденсатних свердловин (Фіг.7, від А): нижчий кінець насосно-компресорних шо труб 16 трохи піднятий над башмаком свердловини; нижча частина обсадної труби б має простріляну чІ перфорацію 17; башмак і перфорація свердловини занурювані в фільтр 18 з призабойного грунту.The upper end of the injection wells in the injection mode is connected by means of a shut-off and regulating valve to a high-pressure pump, which supplies surface warm seawater or its concentrate and salt-concentrate suspension - from a freezing or gas-hydrate desalinator-separator of seawater with the help of a shut-off and regulating valve. . In addition, the upper end of the injection wells is connected to the high-pressure gas outlet from the gas cannon. The lower end of the injection wells (the bottom) is equipped in the same way as the bottoms of ordinary gas or gas condensate wells (Fig. 7, from A): the lower end of the pump-compressor sho pipes 16 is slightly raised above the shoe of the well; the lower part of the casing b has a perforated perforation 17; the shoe and the perforation of the well are immersed in the filter 18 of bottom-hole soil.
У випадку, коли в якості теплоносія використовують теплий підгідратний газ або підгідратну воду о нижчележачих пластів, то нижчий кінець нагнітальних свердловин переміщений в цей підгідратний пласт, що має «о підвищений тиск у порівнянні з пластовим тиском ГП (див. ліву трубу на Фіг.7).In the case when warm subhydrated gas or subhydrated water from the underlying layers is used as a heat carrier, the lower end of the injection wells is moved to this subhydrated layer, which has an increased pressure compared to the formation pressure of the GP (see the left pipe in Fig. 7 ).
Втягуючи свердловини призначені для відводу газу з розкладаючимися газогідратів (з зниженням тиску в газогідратному пласту) і води розплаву газогідратів, а також відпрацьованої води теплоносія і продуктів продувки свердловин. Конструкції нагнітальних і витягувальних свердловин однакові (відміна-функціональна: « насосно-компресорні труби нагнітальних свердловин при зміні режиму перетворюються у фонтанні труби в с свердловин витягувальних). ц Кожна свердловина працює як в режимі нагнітання, так і в режимі витягування почергово в залежності від "» термодинамичної і газодинамімної обстановки при експлуатації. Нагнітальні свердловини опускають глибше сполучених з ними витягувальних свердловин на 3-20м. Чому нагнітальні свердловини на 3-20м глибше витягувальних? б В холодний сезон з нижнього торця нагнітальних свердловин проливається концентрат морської води. Він важче морської води і, заповнюючи обсяг газогідратного покладу під нагнітальної свердловини, плавить о газогідрати. До днища витягувальних свердловин підіймається повільний потік газу і поступово все менш і менш с» солоної води. Коли б різниця висот свердловин була б менш 5м (і в кінці -0), то концентрат би, не встигнувши повністю здійснити свою розплавляючу дію, виходив би на продування в витягуючу свердловину. Різниця висот б» більш 1Ом нераціональна, так як зростає шлях фільтрації газу і води через пористе середовище, а крім того - геологічне будування грунту дна звичайно шарове (щільний шар чергується з шаром менш щільним). З огляду цього збільшується небезпека попадання башмаків нагнітальних і витягувальних свердловин в грунт, розділений газоводонепроникливим шаром. 5Б В випадку такої гідрологічної обстновки, коли газогідратний або газовий пласт треба відділити від вищележачих водоносних пластів, то обсадні труби мають цементацію 22 по своєму колу, зробленою за (Ф, допомогою термооборотних газогідратів метану або природного газу, збагачених тяжкими компонентами км -етаном, пропаном. Цей прийом можливий: 1. якщо ділянки обсадних труб, що цементуються, знаходяться при термодинамічних умовах 60 гідратоутворення (тобто параметри грунту в діаграмі тиск-температура повинні знаходитися ліворуч газогідратної рівноважної кривої не менш як на 3-59С (Фіг.2 і б); 2. якщо зона цементування достатньо віддалена від зони активного плавлення газогідратів, примусово здійснюваного при нагнітанні теплоносія.Pulling wells are intended for the removal of gas with decomposing gas hydrates (with a decrease in pressure in the gas hydrate layer) and gas melt water, as well as spent coolant water and well blowdown products. The constructions of injection and extraction wells are the same (cancellation is functional: "pump-compressor pipes of injection wells are transformed into fountain pipes in extraction wells when the mode is changed). ts Each well operates both in the injection mode and in the extraction mode alternately depending on the thermodynamic and gas-dynamic conditions during operation. The injection wells go deeper than the extraction wells connected to them by 3-20m. ?b In the cold season, seawater concentrate is spilled from the lower end of the injection wells. It is heavier than seawater and, filling the volume of the gas hydrate deposit under the injection well, melts the gas hydrates. A slow flow of gas rises to the bottom of the extraction wells and gradually less and less saline of water. If the difference in the heights of the wells would be less than 5m (and at the end -0), then the concentrate, without having time to fully perform its melting action, would be blown into the extraction well. The difference in heights would be more than 1 Ohm is irrational, since it increases the way of filtering gas and water through the porous medium, and in addition - the geological structure of the bottom soil usually layered (a dense layer alternates with a less dense layer). In view of this, the danger of injection and extraction well boots getting into the ground, separated by a gas-water impermeable layer, increases. 5B In the case of such a hydrological environment, when the gas hydrate or gas layer must be separated from the overlying water-bearing layers, the casing pipes have cementation 22 around their circumference, made according to (F, with the help of thermoreversible gas hydrates of methane or natural gas, enriched with heavy components km-ethane, propane This method is possible: 1. if the sections of the casing pipes being cemented are under thermodynamic conditions of 60 hydrate formation (that is, the soil parameters in the pressure-temperature diagram must be to the left of the gas-hydrate equilibrium curve by at least 3-59C (Fig. 2 and b) 2. if the cementing zone is far enough away from the zone of active melting of gas hydrates, which is forcibly carried out during injection of the coolant.
Для витримування приблизно однакової відстані фільтрації води і газу через газогідратний шар від 65 нагнітальних свердловин до витягувальних усі свердловини рівномірно розміщені в площині в 3-6 паралельних рядів.In order to maintain approximately the same distance of water and gas filtration through the gas hydrate layer from 65 injection wells to extraction wells, all wells are evenly placed in a plane in 3-6 parallel rows.
Газозбірний ковпак 7 на Фіг.9 має труби-кондуктори 10 з діаметром, який на 80-200мм перевищує зовнішній діаметр обсадних труб 6 свердловин. Кількість кондукторів рівняється числу свердловин. На Фіг.9 як приклад показаний лише 1 кондуктор 10. Верхня частина кондуктора 10 твердо і герметично прикріплена до газозбірногоThe gas collection cap 7 in Fig. 9 has conductor pipes 10 with a diameter that exceeds the outer diameter of the casing pipes 6 of the wells by 80-200 mm. The number of conductors is equal to the number of wells. Fig. 9 shows only 1 conductor 10 as an example. The upper part of the conductor 10 is firmly and hermetically attached to the gas collector
Ковпака 7. Кільцеві перерізи між кондуктором і обсадною трубою перекрити пакерами 19 і 20. Ці пакери центрують положення обсадної труби 6, перешкоджаючи її зіткненню з внутрішньою поверхнею кондуктора 10.Cap 7. Cover the annular sections between the conductor and the casing pipe with packers 19 and 20. These packers center the position of the casing pipe 6, preventing its collision with the inner surface of the conductor 10.
Крім того, верхній пакер1!9 перешкоджає втечі газу по кондуктору, а нижчий пакер 20 виконує ще функцію клапана, що перекриває перепускне вікно 21, через котре з міжтрубної просторині обсадної труби 6 під газозбірний ковпак 7 поступає газ з ГП. Ущільнення в стандартному пакері забезпечує порожній резиновий 7/0 Чиліндр-манжета. При її повздовжньому стисненню манжета збільшується в діаметрі і щільно притискується до обох труб. Кількість кондукторів на поверхні газозбірного ковпака стільки, скільки на ньому може бути розташовано обсадних труб. Якщо частину кондукторів за умовами експлуатації не потрібно задіяти, то на ці кондуктори зверху надягають герметизуючі заглушки (не показані). Газозбірний ковпак 7 виготовлений з поганотеплопровідного тонколистового матеріалу, наприклад пластика (тефлон). Він вільно переміщується в /5 Вертикальному напрямі уздовж обсадних труб. Чому газозбірний ковпак треба виготовити з поганотеплопровідного матеріалу? Температура морської води біля дна моря звичайно 5-72С, що приблизно на 2-39С7 нижче рівноважної температури гідратоутворення метану. В ГП в районі куща свердловин, а також під ковпаком 7 створюється зона підвищених температур, які на 3-43 перевищують температуру гідратоутворення.In addition, the upper packer 1!9 prevents the escape of gas through the conductor, and the lower packer 20 also performs the function of a valve that covers the bypass window 21, through which gas from the GP flows from the inter-tube space of the casing pipe 6 under the gas collection cap 7. Sealing in a standard packer is provided by a hollow rubber 7/0 cylinder sleeve. With its longitudinal compression, the cuff increases in diameter and is tightly pressed to both pipes. The number of conductors on the surface of the gas collection cap is as much as casing pipes can be located on it. If part of the conductors does not need to be used due to the operating conditions, then sealing plugs (not shown) are put on top of these conductors. The gas collection cap 7 is made of poorly heat-conducting thin-sheet material, such as plastic (Teflon). It moves freely in /5 Vertical direction along casing pipes. Why should the gas collection cap be made of poorly heat-conducting material? The temperature of sea water near the bottom of the sea is usually 5-72C, which is approximately 2-39C7 below the equilibrium temperature of methane hydrate formation. In the GP, in the area of the bush of wells, as well as under cap 7, a zone of elevated temperatures is created, which exceed the temperature of hydrate formation by 3-43.
Це перешкоджає оборотному переутворенню газу в газогідрат, що сприяє нормальній роботі газозбірного ковпака, незабиванню газовідвідної труби 15 газогідратами. Для підтримання цієї негідратоугворюючої аури необхідний поганотеплопровідний матеріал газозбірного ковпака або подання під нього теплої поверхневої морської води або концентрату по обсадний трубі і через перепускне вікно 21.This prevents the reversible transformation of gas into gas hydrate, which contributes to the normal operation of the gas collection cap, and the prevention of clogging of the gas outlet pipe 15 with gas hydrates. To maintain this non-hydrating aura, a poorly heat-conducting material of the gas collection cap is required, or the supply of warm surface seawater or concentrate under it through the casing pipe and through the bypass window 21.
Обсадні труби 6, які опущені крізь кондуктори 10 газозбірного ковпака, перед входом в грунт мають шарнірне з'єднання 14 (на Фіг.7 показано тільки одне), яке забезпечує їх незруйнівність при горизонтальних Га переміщеннях газодобувної платформи на поверхні моря.Casing pipes 6, which are lowered through the conductors 10 of the gas cap, before entering the ground have a hinged connection 14 (only one is shown in Fig. 7), which ensures their indestructibility during horizontal movements of the gas production platform on the surface of the sea.
Розглянемо технологію експлуатації системи - газодобувного комплексу (ГДК). Після транспортування на о місце газодобування платформу 9 позиціонують над ГП. Газозбірний ковпак 7 разом з обсадними трубами 6, що уводжені в кондуктори 10, занурюють на дно моря шляхом заповнення понтону 8 водою. Провадиться розбуріння спочатку першої пари, а після випробування і результатів її режимних перевірок і решти добувних ч- зо свердловин.Let's consider the technology of operation of the system - gas production complex (GDC). After transportation to the place of gas production, platform 9 is positioned above the gas station. The gas collection cap 7 together with the casing pipes 6 inserted into the conductors 10 are sunk to the bottom of the sea by filling the pontoon 8 with water. First, the first pair is being drilled, and after the test and the results of its routine inspections, the rest of the production wells are being drilled.
Після випробування і перевірок першої пари свердловин установлюються режими експлуатації газогідратних шо шарів, уточнюється їх потужність і текстура, пористість і газоводопроникливість породи (зацементованої чІ газогідратами і без них), ще раз уточнюються характеристики вище і нижчележачих пластів: пористість і проникливість, газонасиченість, вологість, рівень води в водонапірних пластах. Визначається температура і о горний тиск усіх пластів, компонентний склад газогідратів і солоної води. «сеAfter testing and checking the first pair of wells, the operation modes of the gas-hydrated layers are established, their capacity and texture, porosity and gas permeability of the rock (cemented by gas hydrates and without them) are specified, the characteristics of the above and below layers are specified once again: porosity and permeability, gas saturation, moisture, water level in aquifers. The temperature and mountain pressure of all layers, the component composition of gas hydrates and salt water are determined. "That's it
По результатам роботи першої пари свердловин уточнюються ряд експлуатаційних рішень. Головні з них наступні: 1. Яку кількість добувних свердловин розбурювати? Наприклад, ГДК може забезпечити роботу 20 свердловин, а з огляду високої пористості грунту можливо обійтися роботою 5 свердловин. « 2. Варіант розбурювання і експлуатації газогідратних і газових шарів, а саме: з с - поступеневого поглиблення на 20-50м в ГП по мірі виробки її верхніх шарів (цей варіант - зверху-вниз'- ц доцільний, коли газогідрати знаходяться на верхньому горизонті в донних відкладеннях грунту і вище їх нема ,» газонепроникливого шару, в цьому випадку зменшується кількість працюючих свердловин, всі вони переводяться в нагнітальний режим, увесь газ збирається під газозбірним ковпаком, нема необхідності в 475 цементуванні обсадних труб). б Недоліки варіанту - зменшення продукційності по газу з огляду поступеневої розробки покладу, підвищена трудомісткість з огляду необхідності повторних бурильних робіт; о - поступеневого підіймання на 20-50м по мірі виробки нижчих шарів ГП (цей варіант -знизу-вверх'- с» доцільний при складній геологічній будові покладу, коли є чергування газогідратних і водоносних шарів; при водонапірному режимі експлуатації шарів; при відборі підгідратного газу і нафти; при обводненні свердловин б» внаслідок проникнення на забій контурних або підошвених вод і сполучне з цим зменшення проникливості по «З газу).According to the results of the work of the first pair of wells, a number of operational solutions are specified. The main ones are the following: 1. How many production wells should be drilled? For example, the GDK can ensure the operation of 20 wells, and in view of the high porosity of the soil, it is possible to do without the operation of 5 wells. " 2. The option of drilling and exploiting gas hydrate and gas layers, namely: with c - gradual deepening of 20-50 m in the gas field as its upper layers are produced (this option - from top to bottom - is expedient when gas hydrates are on the upper horizon there is no gas-impermeable layer in bottom soil deposits and above, in this case the number of working wells decreases, all of them are switched to injection mode, all gas is collected under the gas collection cap, there is no need for 475 cementing of casing pipes). b Disadvantages of the option - a decrease in gas productivity due to the gradual development of the deposit, increased labor intensity due to the need for repeated drilling operations; o - a gradual rise of 20-50 m as the lower layers of the hydroelectric power plant are produced (this option -bottom-up'-c" is appropriate for a complex geological structure of the deposit, when there is an alternation of gas-hydrate and water-bearing layers; in the case of water-pressure operation of the layers; in the selection of subhydrated gas and oil; when watering wells b" as a result of the penetration of contour or subsurface waters into the bottom and the associated decrease in permeability through "Z gas).
Недоліки варіанту - трудомісткість з огляду повторних робіт по підйому свердловин; - одночасної виробки декількох шарів ГП по усій її висоті (цей варіант -по усій висоті зразу" - має найбільшу продукційність по газу, мінімум трудомістких робіт по переміщенню свердловин, але пристосовується лише в найбільш простому випадку: кількість шарів, що розроблюються - не більш 2-х або 3-х). Варіант особливоDisadvantages of the option - time-consuming due to repeated work on raising wells; - simultaneous production of several layers of gas over its entire height (this option "over the entire height at once" has the highest gas productivity, the least time-consuming work on moving wells, but it is adapted only in the simplest case: the number of layers to be developed - no more than 2 (-x or 3-x). Option especially
Ф) доцільний при використанні як теплоносія теплого газу або теплої води з високонапірних нижчих горизонтів. ко Недоліки варіанту - підвищена кількість (2-З3шт.) експлуатаційних труб усередині обсадної труби, підвищена кількість пакерів, складність регулювання одночасної роботи свердловин на усіх горизонтах. 60 3. Який використати теплоносій для розкладнення газогідратів? | на яких глибинах його застосовувати?F) is appropriate when using warm gas or warm water from high-pressure lower horizons as a heat carrier. Disadvantages of the option - an increased number (2-3 pieces) of production pipes inside the casing pipe, an increased number of packers, the difficulty of regulating the simultaneous operation of wells on all horizons. 60 3. What coolant should be used for the decomposition of gas hydrates? | at what depths should it be used?
В теплий сезон - поверхневу морську воду (більш 182С) - на глибинах не більш бООм, а також концентрат морської води. В холодний сезон і на усіх глибинах - концентрат морської води. В холодний сезон на усіх глибинах і для утворення і закріплення тріщин монолітних шарів - солеконцентратну суспензію, ввід котрої під тиском гідророзриву пласта уводить кристали солі в тріщини і тимчасово їх закріплює (після розчинення таких 65 кристалів солі-в порах, заповнених гідратами, при плавленні гідратів виділяється газ підвищеного тиску, що закріплює і підвищує тріщинуватість).In the warm season - surface sea water (more than 182C) - at depths of no more than bOOm, as well as sea water concentrate. In the cold season and at all depths - sea water concentrate. In the cold season, at all depths and for the formation and fixing of cracks in monolithic layers, a salt-concentrate suspension is used, which, under the pressure of hydraulic fracturing, introduces salt crystals into the cracks and temporarily fixes them (after dissolving such 65 salt crystals in pores filled with hydrates, when the hydrates melt high-pressure gas is released, which fixes and increases cracking).
В особливо сприятливих випадках наявності на нижчих високонапірних горизонтах - газу або води підвищеної температури (більш 3022). У випадку наявності - вуглекислоту, що плавить газогідрати метану, сама перетворюючись в газогідрат вуглекислоти. Це один з важливих прийомів захоронения вуглекислоти назавжди на морському дні з метою зниження парникового ефекту. На Фіг.2 видно, що якщо наприклад на глибині 400м подавати в ГП вуглекислоту, то вона при температурах менш 102 буде утворювати свій газогідрат, плавлячи теплом свого фазового перехода газогідрат метану, який на даній глибині буде плавитися при температурах більш 42С. Різниця рівноважних температур гідратоутворення при тиску 4МПа для СО 5 і СН, дорівнює 62С, що достатньо для різнонаправленого фазового перехода і регенерації тепла такого фазового перехода. При поданні 70 в газогідратний поклад метану їкг СО» і захованні її в твердій газогідратній фазі виплавляється 0,З3бкг СН у.In particularly favorable cases of presence on lower high-pressure horizons - gas or water of elevated temperature (more than 3022). If present - carbon dioxide, which melts methane gas hydrates, turning itself into carbon dioxide gas hydrate. This is one of the important methods of burying carbon dioxide permanently on the seabed in order to reduce the greenhouse effect. Figure 2 shows that if, for example, at a depth of 400m, carbon dioxide is supplied to the gas station, it will form its gas hydrate at temperatures below 102C, melting methane gas hydrate with the heat of its phase transition, which at this depth will melt at temperatures above 42C. The difference in the equilibrium temperatures of hydrate formation at a pressure of 4 MPa for CO 5 and CH is 62С, which is sufficient for a multidirectional phase transition and regeneration of the heat of such a phase transition. When 70 kg of CO" is introduced into the gas hydrate methane deposit and it is stored in the solid gas hydrate phase, 0.33 bkg of CH is melted.
Тобто ГДК при витягненні тїмлрд.м З метану може заховати 0,927млрд.м? вуглекислоти. Так як густина газогідратів вуглекислоти (1200КГ/МУ) суттєво перевищує густину донної морської води (103Окг/мУ) і на дні моря є незмінні термодинамічні умови існування газогідратів СО о (низька температура і високий тиск), то вуглекислота останеться у вигляді донних газогідратів назавжди. 4. На якому горизонті і на яку висоту робити 72 цементування обсадних труб? Цементування необхідно для запобігання надходження води на забій свердловини по щілині, яка створюється при бурінні між грунтом і обсадною трубою. По цій щілині буде поступати вода як данного продуктивного горизонту з прошарок, що не розкриті перфорацією і газорозривом, так і "сторонні" води з вище і нищележачих горизонтів.That is, when extracting 1 billion cubic meters of methane, the MPC can hide 0.927 billion cubic meters? carbon dioxide Since the density of carbon dioxide gas hydrates (1200KG/MU) significantly exceeds the density of bottom sea water (103Okg/mU) and there are unchanged thermodynamic conditions for the existence of CO gas hydrates at the bottom of the sea (low temperature and high pressure), carbon dioxide will remain in the form of bottom gas hydrates forever. 4. On what horizon and at what height should cementing of casing pipes be done? Cementing is necessary to prevent water from entering the bottom of the well through the gap created during drilling between the soil and the casing pipe. Water from this productive horizon from layers not exposed by perforation and gas fracturing, as well as "extraneous" water from higher and lower-lying horizons, will flow through this crack.
Цю щілину можливо зацементувати газогідратною щілювою пробкою 22. Трудність цього рішення в тому, що місце цементування не слід нагрівати вище температури гідратоутворення і тому воно повило бути віддвинуто від місця отеплення і плавлення ГП.This gap can be cemented with a gas-hydrate gap plug 22. The difficulty of this solution is that the place of cementing should not be heated above the temperature of hydrate formation and therefore it tends to be moved away from the place of heating and melting of GP.
Потім з урахуванням прийнятих рішень пробурюються свердловини і розбудовуються їх забої фільтрами.Then, taking into account the decisions made, wells are drilled and their bottoms are constructed with filters.
Фільтри необхідні, так як призабойні зони після розплавлення в них газогідратів будуть представляти собою пухкі нестійкі структури, буде чинитися зруйнування шара і утворення пісщаних пробок на забої. і.Filters are necessary, since bottomhole zones after melting of gas hydrates in them will represent loose, unstable structures, layer destruction and formation of sand plugs on the bottomhole will occur. and.
Провадиться цементування обсадних труб, установлюються необхідні пакери. Потім провадиться о прострілювання призабойних зон свердловини кумулятивними зарядами, чим здійснюється попередній розтин шара на довжину 1-1,5м.The casing pipes are cemented, the necessary packers are installed. Then, the bottom-hole zones of the well are shot with cumulative charges, which is a preliminary dissection of the layer to a length of 1-1.5 m.
Потім через насосно-компресорні труби 16 в ГП з газової гармати (Фіг.15) подають газ високого тиску (до 200МПа), котре набагато перевищує гірничий тиск шара (15-25МПа). Утворюються нові тріщини і розширюються (ж7- тріщини, які були раніше, що приводить до суттєвого збільшення проникливості пласта. Утворені тріщини також «с можуть бути тимчасово закріплені поданням солеконцентратної суспензії.Then, high-pressure gas (up to 200MPa), which is much higher than the mining pressure of the layer (15-25MPa), is supplied through the pump-compressor pipes 16 in the GP from a gas gun (Fig. 15). New cracks are formed and expand (h7- cracks that were there before, which leads to a significant increase in the permeability of the formation. The formed cracks can also be temporarily fixed by applying a concentrated salt suspension.
Потім через насосно-компресорні труби 16 в ГП подають під тиском, який перевищує шаровий тиск, ч теплоносій, вказаний вище в пункті З прийнятих експлуатаційних рішень. оThen, through the pump-compressor pipes 16, the heat carrier specified above in point C of the adopted operating decisions is supplied under a pressure that exceeds the layer pressure. at
Швидкість закачування теплоносія повинна бути такою, щоб вона у кожній момент часу випереджувалаThe speed of injection of the coolant should be such that it is ahead at every moment of time
Зо прийманність газогідратного шару. (се)On the acceptability of the gas hydrate layer. (se)
Після подання теплоносія в ГП газогідрати плавляться. Газ, який відділився при плавленні гідратів, відводиться на платформу ГДК трьома шляхами: 1. в газозбірний ковпак 7, якщо газогідрати плавляться в донному грунті або в газогідратному шарі, вище « котрого є проникливий для газу грунт; 2. через фонтанні труби 16 витягувальних свердловин - тут є 2 варіанти: - с - якщо тиск газу на вході в фонтанні труби вище тиску газу під газозбірним ковпаком - в цьому випадку на "» зріджувач метану енергетично вигідно направляти газ більшого тиску; цей варіант використовується також і під " час продування забою свердловин; - якщо тиск газу на вході в фонтанні труби нижче тиску газу під газозбірним ковпаком (у разі, коли точкаGas hydrates are melted after the heat carrier is introduced into the HP. The gas separated during the melting of hydrates is diverted to the GDK platform in three ways: 1. into the gas collection cap 7, if the gas hydrates melt in the subsoil or in the gas hydrate layer, above which there is gas-permeable soil; 2. through the fountain pipes of 16 extraction wells - there are 2 options here: - c - if the gas pressure at the entrance to the fountain pipes is higher than the gas pressure under the gas collection cap - in this case, it is energetically beneficial to send gas of higher pressure to the "" methane liquefier; this option is used also during "blowing the bottom of wells; - if the gas pressure at the entrance to the fountain pipes is lower than the gas pressure under the gas collection cap (in the case when the point
В: на Фіг.б значно нижче точки В") - в цьому випадку на зріджувач метану поступає газ зменшеного тиску і (22) піідвищується електровитрати - але за рахунок зменшення тиску в газогідратному пласту поліпшуються умови о кінетики процесу плавлення газогідратів метану; 3. через обсадні труби витягувальних свердловин, перепускне вікно 21 і пакер 20 в простір під газозбірним т. ковпаком (газовий пухир, підпираємий знизу водою). Газозбірний ковпак грає також і роль попереднього бу 20 сепаратора, в котрому газ попередньо очищається від виносимих з свердловини твердих часточок, крапельної води і вуглеводного конденсату. Останній відводиться наверх через трубу відводу конденсату, яка знаходиться "й трохи нижче газовідводної труби 15.B: in Fig. b is significantly below point B") - in this case, gas of reduced pressure enters the methane liquefier and (22) electricity consumption increases - but due to the decrease in pressure in the gas hydrate layer, the conditions for the kinetics of the process of melting methane gas hydrates improve; 3. due to the casing pipes of the extraction wells, the bypass window 21 and the packer 20 into the space under the gas-collecting cap (a gas bubble supported by water from below). The gas-collecting cap also plays the role of the previous separator 20, in which the gas is pre-cleaned from solid particles removed from the well, of dripping water and hydrocarbon condensate. The latter is diverted upwards through the condensate drain pipe, which is located "and slightly below the gas discharge pipe 15.
Однак, коли відстань між забоями нагнітальних і витягаючих свердловин надмірно велика і газ не поступає в витягаючу свердловину (цей випадок може бути в початковий період подання теплоносія з нагнітальної 22 свердловини, коли газогідрати ще повністю закупорюють і цементують пори породи), то виникає вибухова о ситуація. Газогідрати плавляться, виділяючи газ високого тиску (20-3ОМПа). В цьому випадку газ запирає подання теплоносія і повинен бути в аварійному порядку відведений на поверхню через нагнітаючи свердловини іо) (при тимчасовому припиненні подання теплоносія).However, when the distance between the bottoms of the injection and extraction wells is excessively large and the gas does not enter the extraction well (this case can be in the initial period of coolant supply from the injection well 22, when gas hydrates still completely plug and cement the pores of the rock), then an explosive situation occurs . Gas hydrates melt, releasing high-pressure gas (20-3 ОМПа). In this case, the gas blocks the supply of the heat carrier and must be diverted to the surface in an emergency order through injection wells (if the supply of the heat carrier is temporarily stopped).
Якщо при витягуванні газу необхідно виконати продування забою свердловини від грунту, який обвалився і 60 який утратив в значній мірі після розплавлення газогідратів свою міцність, а також удалити надмірну воду для запобігання обводнення свердловин, то ці операції в запропонованому способі виконують також, як і в звичайних газових і газо-конденсатних свердловинах.If, when extracting gas, it is necessary to blow out the bottom of the well from soil that has collapsed and 60 has largely lost its strength after the melting of gas hydrates, as well as to remove excess water to prevent flooding of wells, then these operations in the proposed method are performed in the same way as in conventional gas and gas-condensate wells.
Наприклад, якщо витягуюча свердловина достатньо далеко віддалена від нагнітальної свердловини (більшFor example, if the extraction well is far enough away from the injection well (more than
ЗОм) і тепловий вплив останньої значно зменшений, то в стовбурі витягуючої свердловини створюються умови бо гідратоутворювання. В цьому випадку запобігання гідратоутворюванню в стовбурі витягуючої свердловини здійснюють вводом концентрату морської води по затрубному просторині, при цьому по фонтанним трубам виводиться продуктовий газ. Концентрат, що вводиться в затрубний простір, стікає по стінкам свердловини до башмака фонтанних (насосно-компресорних) труб, відкіля захвачується газовим потоком і виноситься на поверхню, запобігаючи гідратоутворенню.ZOm) and the thermal influence of the latter is significantly reduced, then the conditions for hydrate formation are created in the wellbore. In this case, prevention of hydrate formation in the wellbore is carried out by injecting seawater concentrate through the annulus, while the product gas is discharged through the fountain pipes. The concentrate introduced into the annular space flows down the walls of the well to the shoe of the fountain (pump-compressor) pipes, from where it is captured by the gas flow and carried to the surface, preventing hydrate formation.
Після вичерпання в ГП запасів газу до низу платформи ГДК (Фіг.7) піднімають газозбірний ковпак і насосно-компресорні і обсадні труби (попередньо розплавивши на зовнішній поверхні останніх термооборотний газогідратний цемент). Таке розплавлення учиняють шляхом подання в місця цементування теплосоленосія - теплої поверхневої морської води або її концентрату. Після цих "підйомних операцій" ГДК транспортують на нову точку ГП. 70 Роботу свердловин ГДК, пристроїв вводу в ГП концентрату - виводу з ГП газу і підготовку добутого метану для транспортування на материк забезпечує взаємозв'язана теплоенергетична система, яка складається з функціонально взаємозв'язаних виморожувального (або газогідратного) опріснювача-розділювача морської води, що працює при параметрах сольової евтектики, теплосилової газогідратної установки, зріджувача метану.After exhausting the gas reserves in the gas station, the gas collection cap and pump-compressor and casing pipes are raised to the bottom of the GDK platform (Fig. 7) (having previously melted thermoreversible gas hydrate cement on the outer surface of the latter). Such melting is carried out by introducing a heat-salt carrier - warm surface seawater or its concentrate - into the cementing place. After these "lifting operations", the GDK is transported to a new point of the GP. 70 The operation of the wells of the GDK, the devices for the introduction of concentrate into the HPP - gas output from the HPP, and the preparation of the extracted methane for transportation to the mainland is ensured by an interconnected heat energy system, which consists of a functionally interconnected freezing (or gas hydrate) desalinator-separator of sea water, which works at the parameters of salt eutectics, thermal power gas hydrate installation, methane liquefier.
Зріджувач метану ГДК (Фіг.9 - перша версія) складається з 3-х ступеневого компресора (перша ступінь - 24, /5 друга - 25, третя - 26), холодильників 27, 28 і 29, водовідділювача 30, низькотемпературних теплообміників 31, 32, 33 і 34, детандера 36, холодильної машини 35, адсорберів 39 і місткості 38 - накопичувальника зрідженого метану.The methane liquefier GDK (Fig. 9 - the first version) consists of a 3-stage compressor (the first stage - 24, /5 the second - 25, the third - 26), refrigerators 27, 28 and 29, water separator 30, low-temperature heat exchangers 31, 32 , 33 and 34, expander 36, refrigerating machine 35, adsorbers 39 and capacity 38 - liquefied methane accumulator.
В зріджувачі метану для зменшення електровиграт ефективно використовується гідростатичний стовп морської води, якщо метан подається на зрідження з-під газозбірного ковпака, розташованого на морському дні, 2о або безпосередньо з витягувальних свердловин. Вихідний метан, стиснений гідростатичним стовпом морської води (наприклад до бМПа - при глибині моря бООм), надходить в кількості Х на всмоктування останньої З-ьої ступені компресора 26, стискується в ньому до 12МПа і охолоджується в кінцевому холодильнику 29 до 10 96.The methane liquefier effectively uses the hydrostatic column of sea water to reduce electrical losses, if methane is supplied for liquefaction from under the gas collection cap located on the seabed, 2o or directly from extraction wells. The output methane, compressed by the hydrostatic column of sea water (for example, to bMPa - at a sea depth of bOOm), enters in the amount X at the suction of the last 3rd stage of the compressor 26, is compressed in it to 12 MPa and cooled in the final refrigerator 29 to 10 96.
Потім метан відділяється від вологи в водовідділювачі ЗО, охолоджується до мінус 17 2С в теплообміннику 31 за рахунок холоду зворотного і детандерного потоків, відділяється від вуглекислоти в одному з двох паралельних сечу 25 періодично діючих адсорберів 39.Then methane is separated from moisture in the water separator ZO, cooled to minus 17 2C in the heat exchanger 31 due to the cold return and expander flows, separated from carbon dioxide in one of the two periodically operating adsorbers 39 parallel to the urine 25.
Потім метан охолоджується в теплообміннику 32 до мінус 40 холодильною машиною 35, після котрого він о розділюється на дві частини. Перша частина (прямий поток - в кількості М кг) охолоджується спочатку в теплообміннику 33 до мінус 10092С, потім в теплообміннику 34 до мінус 10692С, після чого дроселюється (дросельний вентиль 37) до тиску О0,6МПа і температури мінус 1342С. При цих параметрах метан попадає в че 30 область вологого пару (див. Фіг.10) і частина його зріджується, рідкий метан накопичується і потім «с відводиться з нижчої частини місткості 38 (в кількості Х кг), а пар, який залишається (в кількості /М-Х/кг) виводиться з верхньої частини місткості 38 і направляється як зворотній потік через теплообмінники 34, 33 і чІ 31 на всосування першої ступені компресора 24. Тут зворотний потік стискується від О0,6МПа до 2МпПа, охолоджується до 102 в проміжному холодильнику 27. оThen the methane is cooled in the heat exchanger 32 to minus 40 by the refrigerating machine 35, after which it is divided into two parts. The first part (direct flow - in the amount of M kg) is cooled first in the heat exchanger 33 to minus 10092С, then in the heat exchanger 34 to minus 10692С, after which it is throttled (throttle valve 37) to a pressure of О0.6MPa and a temperature of minus 1342С. Under these parameters, methane enters the region of wet steam in ch 30 (see Fig. 10) and part of it liquefies, liquid methane accumulates and is then removed from the lower part of the capacity 38 (in the amount of X kg), and the steam that remains (in quantity /M-X/kg) is removed from the upper part of the capacity 38 and directed as a return flow through heat exchangers 34, 33 and chI 31 to the suction of the first stage of the compressor 24. Here the return flow is compressed from O0.6 MPa to 2 MPa, cooled to 102 in the intermediate refrigerator 27. o
Зо Друга частина метану після теплообмінника 32 (в кількості /1-М/кг) виконує холодильну функцію - вона (се) розширюється в детандері Зб від 12 до 2МПа, охолоджуючись при цьому до мінус 134 С, і у вигляді детандерного потоку проходить протитоком до прямого потоку, охолоджуючи його в теплообмінниках 33 і 31.З The second part of methane after the heat exchanger 32 (in the amount of /1-M/kg) performs a cooling function - it expands in the expander Zb from 12 to 2 MPa, cooling at the same time to minus 134 C, and in the form of an expander flow passes countercurrently to direct flow, cooling it in heat exchangers 33 and 31.
Після теплообмінника 31 зворотний і детандерний потоки змішуються, потім цей сумарний (в кількості « /1-Х/кг) рециркуляційний поток стискується 2-ою отупінню компресора 25 від 2 до 6 МПа, охолоджується в 40 проміжному холодильнику 28 і поступає на всмоктування З-ьої ступені компресора 26, змішуючись тут з свіжим - с вихідним потоком метану з газогідратного покладу ГП. "» Дана схема має 2 важливі особливості., які приводять до зменшення електровитрат на зрідження (яких нема " у відомих в холодильній техніці зріджувачах метану): 1. В усіх 3-х ступенях стискується тільки рециркуляційний потік метану. Свіжий вихідний метан з огляду 45 його попереднього наддування гідростатичним стовбом морської води до бМПа стискується тільки в останній (22) ступені компресору 26. о 2. Для охолодження газу після ступенів стискання використовується холодна глибинна вода, що знижує температуру газу перед стисканням в ступенях компресору до 1090. пи На Фіг.10 показаний термодинамічний цикл зрідження метану на діаграмі температура-ентропія. ЦиклAfter the heat exchanger 31, the return and expander flows are mixed, then this total (in the amount of "/1-X/kg) recirculation flow is compressed by the 2nd compressor 25 blunting from 2 to 6 MPa, cooled in 40 intermediate cooler 28 and enters the suction of З- of compressor stage 26, mixing here with fresh - with the output flow of methane from the gas hydrate deposit of the HPP. "» This scheme has 2 important features, which lead to a decrease in electricity consumption for liquefaction (which is absent in methane liquefiers known in refrigeration technology): 1. In all 3 stages, only the recirculation flow of methane is compressed. Fresh source methane from review 45 of its previous inflation by a hydrostatic column of sea water to bMPa is compressed only in the last (22) stage of the compressor 26. o 2. To cool the gas after the compression stages, cold deep water is used, which lowers the temperature of the gas before compression in the compressor stages to 1090. pi Fig. 10 shows the thermodynamic cycle of methane liquefaction on the temperature-entropy diagram. Cycle
Ф 20 зрідження виконується наступною сукупністю процесів: 1-12, 2-9, 10-11 - стискання газу в ступенях компресору 24, 25 і 26; ". 12-2, 9-10, 11-3 - охолодження газу в холодильниках 27, 28 і 29; - стан вихідного метану після газозбірного ковпака ГДК і суміші цього газу з рециркуляційним потоком газу перед ступінню компресору 26; 99 3-311-охолодження прямого поток?" в теплообміннику 31;F 20 liquefaction is performed by the following set of processes: 1-12, 2-9, 10-11 - gas compression in compressor stages 24, 25 and 26; ". 12-2, 9-10, 11-3 - gas cooling in refrigerators 27, 28 and 29; - the state of the output methane after the gas collection cap of the GDK and the mixture of this gas with the gas recirculation flow before the compressor stage 26; 99 3-311- direct flow cooling?" in heat exchanger 31;
ГФ) 3711-31 - охолодження прямого потоку газу в теплообміннику 32; т 37-5 - охолодження прямого потоку газу холодильною машиною в теплообміннику 33; 5-6 - охолодження прямого потоку в теплообміннику 34; 60 6-7 - дроселювання газу в дросельному вентилі 37;GF) 3711-31 - cooling of the direct flow of gas in the heat exchanger 32; t 37-5 - cooling of the direct flow of gas by a refrigerating machine in the heat exchanger 33; 5-6 - direct flow cooling in the heat exchanger 34; 60 6-7 - gas throttling in throttle valve 37;
О - стан рідкого метану - здобутого продукту; 37-4 - політропічне розширення газу в детандері 36; 8-13 - нагрів зворотного потоку в теплообміннику 34; 4д-2711113-111 - нагрів детандерного і зворотного потоків в теплообмінниках 33 і 34-33 відповідно; 65 211-2 ії 111.1- нагрів детандерного і зворотного потоків в теплообміннику 31.O - state of liquid methane - the obtained product; 37-4 - polytropic expansion of gas in expander 36; 8-13 - heating of the return flow in the heat exchanger 34; 4d-2711113-111 - heating of expander and return flows in heat exchangers 33 and 34-33, respectively; 65 211-2 and 111.1 - heating of the expander and return flows in the heat exchanger 31.
В даній схемі використований цикл високого тиску з детандером, з циркуляцією детандерного потоку середнього тиску і з попереднім охолодженням прямого потоку додатковою холодильною машиною. З термодинамічного анализу циклів зрідження з детандером відомо, що найбільш оптимальний тиск прямого потоку після компресора є 12МПа.In this scheme, a high-pressure cycle with an expander is used, with the circulation of the expander flow of medium pressure and with the preliminary cooling of the direct flow by an additional refrigerating machine. From the thermodynamic analysis of liquefaction cycles with an expander, it is known that the most optimal pressure of the direct flow after the compressor is 12 MPa.
Був виконаний тепловий розрахунок зріджувана при наступних вихідних даних: - Температура вихідного газу перед ступенню компресора Т40-1095; - Температура глибинної холодної води 72С; - Температура поверхневої теплої морської води 212С; - Глибина моря бООм, тобто тиск води біля дна моря Р.о0-6МПа; 70 - Склад вихідного газу - чистий метан;Thermal calculation of liquefaction was performed with the following initial data: - Temperature of the output gas before the T40-1095 compressor stage; - Temperature of deep cold water is 72C; - The temperature of the surface warm sea water is 212C; - The depth of the sea bOOm, i.e. the water pressure near the bottom of the sea P.o0-6 MPa; 70 - Composition of the source gas - pure methane;
Ефективні КПД ступенів компресора і детандера -0,8The effective efficiency of the compressor and expander stages is -0.8
Результати розрахунку при глибині моря бООм, компресії газу до 12МПа, долі детандерного потоку 0,5 і тиску газу після детандера 2МПа, наступні: - доля зріджуємого газу від газу, який стискується в останній ступені компресії -0,36; - доля рециркулюємого газа від газу, який стискується в останній ступені компресії - 0,63; - питомі витрати електроенергії - 924кДж/кг рідкого метану або 0,26бкВт-ч/кг.The results of the calculation at a sea depth of bOOm, gas compression up to 12 MPa, the share of the expander flow of 0.5 and the gas pressure after the expander of 2 MPa are as follows: - the share of liquefiable gas from the gas that is compressed in the last stage of compression is -0.36; - the share of recirculated gas from the gas that is compressed in the last stage of compression - 0.63; - specific electricity consumption - 924kJ/kg of liquid methane or 0.26kWh/kg.
Примітка: аналогічний береговий цикл зрідження метану (без використання гідростатичного наддування і без холодної глибинної води) має питому витрату енергії О,86бкВт-ч/кг рідкого метану.Note: a similar onshore methane liquefaction cycle (without the use of hydrostatic pumping and without cold deep water) has a specific energy consumption of 0.86 bkWh/kg of liquid methane.
Виморожувальний опріснювач-розділювач морської води або газогідратний опріснювач-розділювач (ГОР), який використовує термобаричну різницю морської води по глибині моря (температур і тисків), продуцюють концентрат морської води, що плавить газогідрати метану в ГП. Нижче пропозиції винаходу, які відносяться до обох цих пристроїв, розглядаються на прикладі ГОР, як більш складного пристрою і більш перспективного.A freezing desalinator-separator of seawater or a gas-hydrate desalinator-separator (GOR), which uses the thermobaric difference of seawater at the depth of the sea (temperatures and pressures), produces a seawater concentrate that melts methane gas hydrates in the GP. Below, the proposals of the invention, which relate to both of these devices, are considered on the example of GOR, as a more complex device and more promising.
Гідростатичний тиск холодної морської води створює сприятливі умови для утворення на глибині моря газогідратів і здійснення газогідратного опріснюючого циклу. Після підйому гідратів на поверхню моря, Га відділення і промивки кристалів гідратів від розсолу (тобто концентрату морської води) і плавлення гідратів можна получити прісну воду (талу, очищену від солей і інших домішок, питну) і концентрат з солеутриманням аж о до евтектичного. Як холодильний і одночасно гідратоутворюючий агент пропонується в даному винаході використовувати фреони 22,134а і інші, СО» і інші холодильні агенти. Наприклад, для умов Чорного моря пропонується використовувати сірководень Но5 з огляду його наявності в глибинній воді. ч-The hydrostatic pressure of cold seawater creates favorable conditions for the formation of gas hydrates in the depths of the sea and the implementation of the gas hydrate desalination cycle. After the rise of hydrates to the surface of the sea, the separation and washing of hydrate crystals from brine (i.e. seawater concentrate) and the melting of hydrates, it is possible to obtain fresh water (melt, purified from salts and other impurities, potable) and a concentrate with a salinity up to eutectic. As a refrigerating and at the same time hydrate-forming agent, it is proposed to use freons 22,134a and others, CO" and other refrigerating agents in this invention. For example, for the conditions of the Black Sea, it is suggested to use hydrogen sulfide No5 due to its presence in deep water. h-
На Фіг.11 показана схема такого газогідратного опрісгаовача-розділювача (ГОР). Він складається з 2-х ступенів - опріснюючої і концетруючої (евтектичної). шоFig. 11 shows a diagram of such a gas hydrate separator separator (HOR). It consists of 2 stages - desalination and concentration (eutectic). what
Опріснююча ступінь (ас. СССР Мо355068, Опреснитель морской водьі), 21.10.1970| складається з чЕ трубопровода-кристалізатора 40, зануреного в холодний рівень моря на глибину до 800м, сепараційно-промивочної колони першого ступеня 41, плавильника газогідратів 42, конденсатора 43, і- вбудованого в плавильник 42, теплообмінника 44, розміщеного в теплому поверхневому рівні моря, компресора «о 45 і іншого допоміжного обладнання.Desalinating degree (assistant of the USSR Mo355068, Desalinator of the mariner), 10/21/1970| it consists of a pipeline-crystallizer 40 immersed in the cold sea level to a depth of up to 800 m, a separation and washing column of the first stage 41, a gas hydrate melter 42, a condenser 43, and - built into the melter 42, a heat exchanger 44 placed in the warm surface level of the sea, compressor "about 45" and other auxiliary equipment.
Евтектична ступінь зблокована з опріснюючим ступенем і має спільний з нею трубопровід - кристалізатор 40, має сепараційно-промивочну колону другого ступеня 49, віддільник гідратів від солей 50 і сепаратор солей 51.The eutectic stage is blocked with the desalination stage and has a common pipeline with it - a crystallizer 40, has a separation and washing column of the second stage 49, a hydrate separator from salts 50 and a salt separator 51.
Вихід евтектичної ступені по концентрату з'єднаний лінією 52 з входом свердловини 6 подання концентрату в ГП, « а вихід по солі 53 з шнекового сепаратора солей 51 з'єднаний з входом накопичувальника солей (не показаний). пт) с Усі апарати опріснювача-розділювача розташовані на платформі 9 (за виключенням ц трубопровода-кристалізатора 40 і теплообмінника 44). ,» Інтервал концентрацій 10-25956 обумовлюється наступним чином. Концентрація 1095 знижує температуру гідратоутворення (Фіг.3) всього на 2,5-3,592С, тобто нижче цієї межі винахід практично нероботоспроможний.The output of the eutectic stage on the concentrate is connected by line 52 to the input of the well 6 of the concentrate supply to the GP, and the output on the salt 53 from the screw salt separator 51 is connected to the input of the salt accumulator (not shown). pt) c All devices of the desalination-separator are located on platform 9 (with the exception of the crystallizer pipeline 40 and the heat exchanger 44). ," The concentration interval 10-25956 is determined as follows. The concentration of 1095 reduces the temperature of hydrate formation (Fig. 3) by only 2.5-3.592C, that is, below this limit, the invention is practically inoperable.
Концентрацію більш 2595 практично одержати неможливо, так як у суміші "морських" солей, в якій Масі складає (о) більш 8095, евтектична концентрація суміші солей є як раз 2590.It is practically impossible to obtain a concentration of more than 2595, since in a mixture of "sea" salts, in which the Mass is (o) more than 8095, the eutectic concentration of the mixture of salts is exactly 2590.
ГОР працює (наприклад на НоЗ) наступним чином. В нижній частині трубопровода-кристалізатора 40, іш зануреного на глибину 140-200м, рідкий Но5 з лінії 54 змішують з холодною глибинною водою, яка поступає т» через нижчий відкритий кінець трубопровода-кристалізатора 40, і її концентратом (3-2095 солей), який поступає в трубопровід-кристалізатор 40 по лінії 55. При 162С і 14МпПа в трубопроводі-кристалізаторі 40 утворюютьсяThe GOR works (for example, on the NoZ) as follows. In the lower part of the crystallizer pipeline 40, which is submerged to a depth of 140-200 m, liquid No5 from line 54 is mixed with cold deep water, which enters through the lower open end of the crystallizer pipeline 40, and its concentrate (3-2095 salts), which enters the crystallizer pipeline 40 through line 55. At 162C and 14 MPa in the crystallizer pipeline 40,
Ф газогідрати (точка А на Фіг.12). Теплота, що виділяється при гідратоутворенні, відводиться: - 1. вихідною морською водою, яка нагрівається в трубопроводі-кристалізаторі до 1690; 2. холодоагентом (мається на увазі тут Н2.5), який кипить при 1120; 3. холодною морською водою, що омиває зовнішню поверхню трубопроводу-кристалізатора. 52 Газогідратну суспензію (10-1295 гідратів ї20-2596-ний концентрат морської води) насосом 57 подають в о сепараційно-промивочну колону другого ступеня 49, в котрому гідрати попередньо промивають від концентрату розсолом помірної концентрації (2-795). З бокових карманів фільтруючих грат колони 49 виходить 20-2596-ний ко концентрат, частина якого по лінії 52 прямується в газогідратний поклад ГП для розплавлення газогідратів метану, а друга частина по лініям 58, 61 і 55 направляється в трубопровід-кристалізатор 40 на рециркуляцію. 60 При русі вверх в колоні 49 газогідрати частково відмиваються від поверхневої плівки концентрату і з верхньої частини колони 49 насосом 59 направляються для остаточної промивки в сетараіїдйно-промивочігу колону першого ступеня 41. Тут вони відмиваються від розсолу помірної концентрації прісною водою. З верньої частини колони 41 відмиті газогідрати переміщують в плавильник 42 і плавлять при 152С і 0,45МПа (точка В на Фіг.12).F gas hydrates (point A in Fig. 12). The heat released during hydrate formation is removed: - 1. with the original seawater, which is heated in the crystallizer pipeline to 1690; 2. refrigerant (H2.5 is meant here), which boils at 1120; 3. cold sea water washing the outer surface of the crystallizer pipeline. 52 The gas hydrate suspension (10-1295 hydrates and 20-2596 seawater concentrate) is fed by pump 57 into the separation and washing column of the second stage 49, in which the hydrates are pre-washed from the concentrate with brine of moderate concentration (2-795). The 20-2596th co concentrate comes out of the side pockets of the filter grates of the column 49, part of which is sent along line 52 to the gas-hydrate deposit of the GP for melting methane gas hydrates, and the second part along lines 58, 61 and 55 is sent to the pipeline-crystallizer 40 for recirculation. 60 When moving upwards in the column 49, the gas hydrates are partially washed from the surface film of the concentrate and from the upper part of the column 49 are sent by the pump 59 for final washing to the setaraidino washing column of the first stage 41. Here they are washed from the brine of moderate concentration with fresh water. From the upper part of the column 41, the washed gas hydrates are transferred to the melter 42 and melted at 152C and 0.45 MPa (point B in Fig. 12).
Теплота плавлення газогідратів вводиться за рахунок охолодження газоподібного агенту від 60 2С до 212С, 62 його конденсації при температурі 2123 в конденсаторі 43, вбудованим в плавильник 42, а також в результаті охолодження від 199С до 159 прісної води, підігрітої в теплообміннику 44, при поданні її в контакт з гідратами. Гідрати в плавильнику 42 розкладаються на газоподібний агент і воду. Агент стискують до 1,8МПа компресором 45, конденсують в конденсаторі 43, потім дроселюють і повертають по лінії 54 в трубопровід-кристалізатор 40. Прісну воду з плавильника 42 розділюють на З потоки: - перший поступає в колонну 41 на промивку; - другий - в теплообмінник 44 на підігрів в теплому поверхневому рівні моря; - третій - по лінії 69 через дегазатор 46 виводять з опріснювача у вигляді талої прісної води.The heat of fusion of gas hydrates is introduced by cooling the gaseous agent from 60 2C to 212C, 62 its condensation at a temperature of 2123 in the condenser 43, built into the melter 42, and also as a result of cooling from 199C to 159C fresh water heated in the heat exchanger 44, when it is supplied in contact with hydrates. The hydrates in the melter 42 decompose into a gaseous agent and water. The agent is compressed to 1.8 MPa by the compressor 45, condensed in the condenser 43, then throttled and returned through the line 54 to the pipeline-crystallizer 40. The fresh water from the smelter 42 is divided into three streams: - the first enters the column 41 for washing; - the second - in the heat exchanger 44 for heating in the warm surface level of the sea; - the third - along line 69, through the degasser 46, it is removed from the desalination plant in the form of melted fresh water.
Сірководень, розчинений в прісній воді, витягують в дегазаторі 46 шляхом вакуумування вакуум-насосом 47. 70 Оскільки концентрація солей в концентраті, який закачується в ГП, повинна бути, наприклад, 2095, а вихідна концентрація солей в воді Чорного моря є біля 2905, то коефіцієнт витягання прісної води при концентруванні морської води складає 91,895. Так як за один прохід морської води через трубопровід-кристалізатор 40 в склад газогідратів переходить не більш 6-1095 прісної води, то необхідна 5-8-ми кратна рециркуляція концентрату через трубопровід-кристалізатор (по лінії 55) з концентрацією солей 3-2095 (нижня і верхня межі визначають 7/5 Можливий робочий інтервал в залежності від ряду робочих параметрів ГОР).Hydrogen sulfide, dissolved in fresh water, is extracted in the degasser 46 by vacuuming with a vacuum pump 47. 70 Since the concentration of salts in the concentrate pumped into the HP should be, for example, 2095, and the initial concentration of salts in the Black Sea water is about 2905, then the coefficient of extraction of fresh water at the concentration of sea water is 91.895. Since no more than 6-1095 of fresh water enters the composition of gas hydrates during one passage of seawater through the pipeline-crystallizer 40, it is necessary to recirculate the concentrate 5-8 times through the pipeline-crystallizer (along line 55) with a salt concentration of 3-2095 ( the lower and upper limits are determined by 7/5 The possible working interval depending on a number of working parameters of the GOR).
На Фіг.12 показаний цикл ГОР, який використовує термобаричну різницю морської води по глибині моря, в діаграмі температура-тиск. На цій діаграмі СД - крива насичення Н 25, Е-ВІТ-Е - рівноважна крива гідратоутворення Н 25 в чистій воді, ВІТ - верхня інваріантна точка, в ній співіснують 4 фази - чиста вода, газоподібний і рідкий Ньз, газогідрат. Наприклад для НозЗ параметри ВІТ такі: Т-29,759С, Р-2,23МПа). Наявність 20 солей переміщує криву СД ліворуч до досягнення інваріантної точки газогідратної евтектики ТГЕ, в якій співіснують 5 фаз - розеол евтектичної концентрації, газоподібний і рідкий агент, газогідрат, сіль.Figure 12 shows the HOR cycle, which uses the thermobaric difference of seawater along the depth of the sea, in the temperature-pressure diagram. On this diagram, SD is the saturation curve of H 25, E-VIT-E is the equilibrium curve of hydrate formation of H 25 in pure water, VIT is the upper invariant point, 4 phases coexist in it - pure water, gaseous and liquid Nz, gas hydrate. For example, for NozZ, the VIT parameters are as follows: T-29.759С, R-2.23MPa). The presence of 20 salts shifts the SD curve to the left until reaching the invariant point of gas-hydrate eutectic TGE, in which 5 phases coexist - roseol of eutectic concentration, gaseous and liquid agent, gas hydrate, salt.
Наприклад, для Ноз параметри ТГЕ такі: Т-159С, Р-1,52мМПа, 5-2595 солей).For example, for Noz, TGE parameters are as follows: T-159C, P-1.52mMPa, 5-2595 salts).
Параметри процесів утворення і плавлення газогідратів Н 55 на діаграмі Р-Т зображені точками А і В відповідно. Процеси в ГОР такі: Га 25 А-1 - початок і кінець гідратоутворення в трубопроводі-кристалізаторі, процес протікає ізотермічно з зменшенням тиску до рівноважного; о 1-2 - підйом газогідратної суспензії на поверхню моря, процес ізотермічний з огляду його короткочасності; 2-6 - стискання суспензії насосом 57, процес ізотермічний з огляду його короткочасності; 6-7 і 7-В - сепарація і промивка газогідратів од розсолу в колошах 41 і 49, процес виконується з падінням ч- 30 тиску і зменшенням температури з огляду адіабатичного розплавлення частини гідратів;The parameters of the processes of formation and melting of H 55 gas hydrates on the P-T diagram are shown by points A and B, respectively. The processes in GOR are as follows: Ha 25 A-1 - the beginning and end of hydrate formation in the crystallizer pipeline, the process proceeds isothermally with a decrease in pressure to equilibrium; o 1-2 - rise of the gas-hydrate suspension to the surface of the sea, the process is isothermal due to its short duration; 2-6 - compression of the suspension by pump 57, the process is isothermal due to its short duration; 6-7 and 7-B - separation and washing of gas hydrates from the brine in crucibles 41 and 49, the process is carried out with a pressure drop h-30 and a decrease in temperature due to the adiabatic melting of part of the hydrates;
В - плавлення гідратів в плавильнику 42; оB - melting of hydrates in the melting pot 42; at
В-3 - стискання парів НьзЗ в компресорі 45; чІ 3-4" - охолодження стиснутих парів в плавильнику 42; 4-4 - конденсація парів агенту в конденсаторі 43; і- 35 4-5 - дроселювання рідкого агенту і транспортування його по лінії 54 в трубопровід-кристалізатор, процес «се протікає в районі вологого пару агенту з падінням температури і тиску; 5-5" - кипіння агенту в трубопроводі-кристалізаторі; 5"-А - підігрів агенту в трубопроводі-кристалізаторі.B-3 - compression of NzZ vapors in compressor 45; chI 3-4" - cooling of the compressed vapors in the melter 42; 4-4 - condensation of the vapors of the agent in the condenser 43; and- 35 4-5 - throttling of the liquid agent and its transportation along the line 54 to the pipeline-crystallizer, the process "occurs in in the area of wet vapor of the agent with a drop in temperature and pressure; 5-5" - boiling of the agent in the crystallizer pipeline; 5"-А - heating of the agent in the crystallizer pipeline.
Рушійною силою гідратоутворення є різниця температур АТ. між рівноважною температурою « 40 гідратоутворення в концентраті (тут 2095) і температурою суспензії при тому ж самому тиску. В нашому 8 с випадку АТ41-1,59С (Фіг.12). "» Різниця температур при теплопередачі лиж суспензією в трубопроводі-кристалізаторі і холодною " водою ДЦ-ТС.The driving force of hydrate formation is the temperature difference of BP. between the equilibrium temperature « 40 of hydrate formation in the concentrate (here 2095) and the temperature of the suspension at the same pressure. In our 8s case, AT41-1.59С (Fig. 12). "» Temperature difference during heat transfer of skis by suspension in the crystallizer pipeline and cold " water DC-TS.
Різниця температур при теплопередачі при кипінні агенту дорівнює 596.The temperature difference during heat transfer when the agent boils is 596.
Рушійною силою плавлення гідратів є різниця температур ЛТо між температурою плавлячої суспензії іThe driving force of the melting of hydrates is the temperature difference between the temperature of the melting suspension and
Ф рівноважною температурою гідратоутворення в чистій воді при тому ж самому тиску. В нашому випадку АТо-226. о Різниця температур при теплопередачі між гідратами в плавильнику і теплою водою дЬ-7296. їх Різниця температур при теплопередачі при конденсації агенту ТА-Т8в-69б.Ф the equilibrium temperature of hydrate formation in pure water at the same pressure. In our case, ATO-226. o Temperature difference during heat transfer between the hydrates in the melter and warm water Db-7296. their Temperature difference during heat transfer during condensation agent TA-T8v-69b.
Вказані різниці температур при теплопередачі достатні для економічно припустимої теплопередаючої б» поверхні апаратів. ще Питомі витрати електроенергії на роботу газогідратного опріснювача-розділювача (ГОР) при концентруванні 290-ної морської води до 25956-ного концентрату складають не більш 12кВт-г/т (опрісненої води). В виморожувальному опріснювачі-розділювачі - не більш 14кВт-г/т (опрісненої води). 5Б Згідно розрахункам для виплавлення з газогідрату їкг метану потрібно подати в газогідратний шар 3,7кг 23,1796-ного концентрату або 2,4кг 31,796-ної солеконцентратної суспензії. Тоді удільні витрати електроенергіїThe specified temperature differences during heat transfer are sufficient for the economically acceptable heat transfer surface of the devices. Also, the specific electricity consumption for the operation of the gas-hydrate desalination-separator (GOR) when concentrating 290% seawater to 25956% concentrate is no more than 12kW-g/t (desalinated water). In the freezing plant desalinators-separators - no more than 14 kW-h/t (of desalinated water). 5B According to calculations, in order to melt one kg of methane from gas hydrate, 3.7 kg of 23.1796% concentrate or 2.4 kg of 31.796% salt concentrate suspension should be fed into the gas hydrate layer. Then the specific consumption of electricity
ГФ) на отримання метану за допомогою концентрування морської води складають: для 23,1795 концентрату -GF) for obtaining methane by concentrating seawater are: for 23.1795 concentrate -
Ф 0,57кВт-г/кг (газоподібного метану), а для 31,7905-ної суспензії - 0,51кВт-г/кг (газоподібного метану).Ф 0.57kW-g/kg (gaseous methane), and for the 31.7905 suspension - 0.51kW-g/kg (gaseous methane).
Вище описана робота ГОР в режимі видання концентрату (10-2595 солей) в теплому морі в теплий сезон. На 60 цій же установці в теплий сезон при роботі в режимі видання солі (поряд з концентратом) накопичують сіль для її використання взимку (для приготовлення концентрату шляхом змішування солі з морською водою). В цьому випадку в ГОР включається в роботу віддільник гідратів від солей 50 (відстійник або гідроциклон) і сепаратор солей 51 (шнековий віджимний апарат). Гідратоутворення холодоагенту (для умов Чорного моря, наприклад -The operation of GOR in the mode of release of concentrate (10-2595 salts) in the warm sea in the warm season is described above. At 60, the same installation in the warm season when working in the mode of issuing salt (along with the concentrate) accumulates salt for its use in winter (for the preparation of concentrate by mixing salt with seawater). In this case, the separator of hydrates from salts 50 (separator or hydrocyclone) and salt separator 51 (screw squeezer) are included in the GOR. Hydrate formation of the refrigerant (for Black Sea conditions, for example -
Н2г5) ведуть в трубопроводі-кристалізаторі при параметрах газогідратної евтектики (для умов морської води, в 65 який Масі складає біля 8095 усіх солей - точка А на Фіг.12 зсувається вліво на 2-3 «С, при цьому евтектична концентрація солей (переважно Масі)) в газогідратній евтектики складає біля 2590.Н2г5) are conducted in the crystallizer pipeline at the parameters of gas-hydrate eutectic (for seawater conditions, in which 65 Mass makes about 8095 of all salts - point A in Fig. 12 shifts to the left by 2-3 "C, while the eutectic concentration of salts (mainly Mass )) in gas-hydrate eutectics is about 2590.
Після утворення кристалів газогідратів і кристалів солей в насиченому концентраті суспензія (а це газогідрат- сіль- концентрат, в якому твердої фази є біля 1095) насосом 57 піднімається на поверхню моря і розділюється в віддільнику 50 на газогідрат-концентратну суспензію (відбір легкогустої фази зверху) і сіль-концентратну суспензію (відбір важкогустої фази знизу). Розділення суспензії здійснюється осаджуванням за різницею густини, які мають наступні значення: - сіль Масі.2Н.-о - 1600кг/м3; - газогідрат НоЗ - 1021кг/м3; - 2596-ний концентрат морської води - приблизно 1200кг/м3.After the formation of gas hydrate crystals and salt crystals in the saturated concentrate, the suspension (which is a gas hydrate-salt-concentrate in which the solid phase is about 1095) is raised to the surface of the sea by pump 57 and separated in compartment 50 into a gas hydrate-concentrate suspension (selection of the light dense phase from above) and salt-concentrate suspension (selection of heavy dense phase from below). Separation of the suspension is carried out by sedimentation according to the difference in density, which have the following values: - salt Masi.2N.-o - 1600kg/m3; - NOZ gas hydrate - 1021 kg/m3; - 2596th sea water concentrate - approximately 1200 kg/m3.
Газогідрат-концентратна суспензія з віддільнику 50 прямуєгься в сепараційно-промивочну колону другого ступеня 49, в якій і після якої протікають процеси, що вже описані вище. Солеконцентратна суспензія з віддільнику 50 (твердої фази - солей в неї 5-890) прямується в шнековий сепаратор солей 51, в якому концентрат спочатку відфільтровується, а потім і віджимається від солі в фільтруючої секції і потім направляється на рециркуляцію по лініям 56 і 55 в трубопровід-кристалізатор 40. Віджата від концентрату сіль (остаточний склад рідкої фази в неї не більш 3095) зразу або після обезводнювання відводиться в накопичувальник солей, від якого вона відбирається взимку для виготовлення концентрату або солеконцентратної суспензії.The gas hydrate-concentrate suspension from the compartment 50 is directed to the separation and washing column of the second stage 49, in which and after which the processes already described above take place. The salt concentrate suspension from the compartment 50 (solid phase - salts in it 5-890) is directed to the screw salt separator 51, in which the concentrate is first filtered, and then squeezed from the salt in the filter section and then sent for recirculation along lines 56 and 55 into the pipeline -crystallizer 40. The salt squeezed from the concentrate (the final composition of the liquid phase is no more than 3095) immediately or after dehydration is taken to the salt accumulator, from which it is taken in winter for the production of concentrate or salt-concentrate suspension.
В холодних морях, в яких взимку і влітку нема помітної різниці температур по глибині моря, використовуютьIn cold seas, in which there is no noticeable temperature difference in the depth of the sea in winter and summer, they are used
ГОР, в якому кристалізатор розташований в поверхневому рівні моря. Процес гідратоутворення таких холодоагентів як фреони 22, 134а і інші ведуть в поверхневому рівні моря, виробляючи 10-2595-нии концентрат, який прямують потім в ГП. Термодинамічна вигода такого прийому в тому, що температура оточуючого середовища знижена до 2-102С. Це дозволяє здійснити холодильний опріснюючий цикл, корисно використовуючи холод не тільки для зменшення теплопритоків і відводу теплоти гідратоутворення, але і для скидання в нього надмірної теплоти конденсації холодильного агенту, яка не може бути сконденсована теплотою плавлення газогідратів. сHOR, in which the crystallizer is located at the surface level of the sea. The process of hydrate formation of such refrigerants as freons 22, 134a and others is carried out at the surface level of the sea, producing a 10-2595 concentrate, which is then sent to the GP. The thermodynamic benefit of this method is that the temperature of the surrounding environment is reduced to 2-102C. This makes it possible to carry out a refrigerating desalination cycle, usefully using the cold not only to reduce heat inflows and remove the heat of hydrate formation, but also to dump into it the excessive heat of condensation of the refrigerant, which cannot be condensed by the heat of fusion of gas hydrates. with
ГДК на платформі повинен бути повністю енергетично автономний. Для вилучення і зрідження метану питомі о електровитрати є 0,025--0,26--0,51-0,795кВт-г/кг зрідженого метану, де перша цифра-витрати на закачування теплосоленосія в газогідратний пласт, друга - витрати на зрідження метану, третя - витрати на виробництво концентрату морської води, який закачується в ГП. Щоб виробити таку кількість електроенехії традиційним способом треба згідно нашим розрахункам в типовій тепловій газотурбіній установці спалити біля 2190 --- витягнутого метану. «сThe GDK on the platform must be completely energy independent. For extraction and liquefaction of methane, the specific electricity costs are 0.025--0.26--0.51-0.795kW-g/kg of liquefied methane, where the first number is the cost of pumping the heat-salt carrier into the gas hydrate layer, the second is the cost of methane liquefaction, the third - costs for the production of seawater concentrate, which is pumped into the GP. According to our calculations, in order to produce this amount of electricity in a traditional way, about 2190 --- extracted methane must be burned in a typical thermal gas turbine installation. "with
Для зменшення витрат метану на спалення і підвищення енергетичної ефективності ГДК доцільно додаткове рішення - використовувати холодну глибинну воду як холодне теплове джерело прямого теплосилового циклу, а ЖЕ теплу поверхневу воду використовувати як гаряче теплове джерело. оIn order to reduce the consumption of methane for combustion and increase the energy efficiency of the GDC, an additional solution is advisable - to use cold deep water as a cold heat source of a direct thermal power cycle, and to use the same warm surface water as a hot heat source. at
Схема теплосилової газогідратної установки (ТГУ), призначеної для вироблення електроенергії без витратScheme of a thermal power gas hydrate plant (TGU) designed for cost-free electricity generation
Зо палива, показана на Фіг.13. ТГУ складається з трубопровода-кристалізатора 71 безперервної дії зануреногов «О холодний рівень моря на глибину 300-6б0Ом, секційного плавильника газогідратів 72 періодичної дії, який розташований або безпосередньо в теплому рівні моря або трохи піднятий над ним, турбінного блоку 73, теплообмінника-кристалізатора 74 і насосно-гідромоторного блоку 75. Тандем трубопровід-кристалізатор 71 і « плавильник 72 виконують роль газогідратного термокомпресора, який стискує газ не за рахунок механічної енергії, а за рахунок дії двох теплових джерел - холодного і теплого. - с Трубопровід-кристалізатор 71 має на своїй боковій поверхні корпуси фільтруючих секцій 76, що охоплюють "» трубопровід-кристалізатор і зверху з ним герметично з'єднані, а знизу мають вільний вихід води, і фільтруючим " елементом яких є щілини 77 шириною близько 1мм. на нижчому кінці підводний насос 78. противовагу 79 і вхід трубопровода 81, а на верхньому кінці - понтон 80. Цей понтон створює непотопляємість трубопроводу-кристалізатора, а противовага 79 - вертикальність конструкції. б» Секційний плавильник газогідратів 72 має однакові секції 82, крізь які проходять труби теплообмінника 83. о Міжтрубна просторінь секцій - це обсяг завантаження їх газогідратами, котрі в нижній частині секцій затримуються фільтрувальними гратами 84. Під цими гратами розташовані накопичувалькики води розплаву г» гідратів 85, обсяг яких рівний обсягу завантаження. Над кожною секцією є накопичувальники 86 концентрату бу 20 морської води або солеконцентратної суспензії. Входи секцій 82 плавильника 72 по газогідратній суспензії (лінії 107) ії концентрату морської води або солеконцентратної суспензії (лінії 108). а також по виходам "й стиснутого газу (лінії 109) і викидання дренажної води і води розплаву (лінії 110), рециркуляційної води (лінії 111) і концентрату (лінії 112 ії 1127) виконані паралельними. Одна з секцій плавильника має вхід (не показаний) теплоносія підвищеної температури 30-502С, наприклад, після конденсатора холодильної машини, з 22 якого цим теплоносієм вилучається низькопотенційне тепло; крім того ця ж секція, що грає роль газової о гармати, має вихід (не показаний) газу високого тиску 50-200МПа, з'єднаний з входом насосно-компресорних труб 16 (саме цей газ нагнітається в шпари для газорозриву газогідратного пласту). ко 1096 часу секції працюють в режимі наповнення їх газогідратною суспензією, зливу рециркуляційної води і осушення газогідратів, 8095 - в режимі плавлення гідратів, 1095 - в режимі зливу води розплаву гідратів і 60 відводу стисненого газу. Кількість секцій - 8-10. Зверху секції в залежності від режиму роботи завантажуються газогідратною суспензією (по лінії 107), концентратом морської води або солеконцентратною суспензією (по лінії 108). Зверху ж з них здійснюється відбір газу середнього тиску 8-20МПа (в турбіну 93) і високого тиску 50-200МПа (в ГП). Знизу з секцій через накопичувальники води 85 в лінію 110 здійснюється скидання дренажної води і води розплаву гідратів (в море через гідромотор 101 - для повернення частини механічної енергії) і бо відвід концентрату морської води в лінію 112 через гідромотор 102 в ГП і в лінію 1127 через гідромотор 1027 в евтектігчну ступінь опріснювача-розділювача морської води. Турбінний блок 73 складається з турбінних ступенів 93, 94 і 95, які насаджені на один вал з електрогенератором 96, теплообмінників 98 і 99, а також вологовідділювача 97.From the fuel shown in Fig. 13. The TGU consists of a continuously acting crystallizer pipeline 71 submerged "O cold sea level to a depth of 300-6b0Om, a sectional gas hydrate melter 72 of periodic action, which is located either directly at the warm sea level or slightly raised above it, a turbine unit 73, a heat exchanger-crystallizer 74 and pump-hydromotor unit 75. Tandem pipeline-crystallizer 71 and "melter 72" perform the role of a gas-hydrate thermocompressor, which compresses gas not due to mechanical energy, but due to the action of two heat sources - cold and warm. - c The crystallizer pipeline 71 has on its side surface the housings of filter sections 76, which cover the crystallizer pipeline and are hermetically connected to it from above, and have a free outlet of water from below, and the filtering element of which are slits 77 with a width of about 1 mm . at the lower end, a submersible pump 78. a counterweight 79 and the entrance of the pipeline 81, and at the upper end - a pontoon 80. This pontoon creates the unsinkability of the crystallizer pipeline, and the counterweight 79 - the verticality of the structure. b» The sectional gas hydrate melter 72 has identical sections 82, through which heat exchanger tubes 83 pass. o The inter-tube space of the sections is the volume of their loading with gas hydrates, which are retained in the lower part of the sections by filter grates 84. Under these grates, there are accumulators of melt water g» hydrates 85 , the volume of which is equal to the download volume. Above each section there are accumulators of 86 concentrate and 20 sea water or salt concentrate suspension. Inputs of sections 82 of the melter 72 for gas hydrate suspension (line 107) and seawater concentrate or salt concentrate suspension (line 108). as well as the outlets of compressed gas (line 109) and discharge of drainage water and melt water (line 110), recirculation water (line 111) and concentrate (lines 112 and 1127) are made in parallel. One of the sections of the melter has an inlet (not shown ) heat carrier of elevated temperature 30-502C, for example, after the condenser of the refrigerating machine, from which low-potential heat is removed by this heat carrier; in addition, the same section, which plays the role of a gas gun, has an output (not shown) of high-pressure gas of 50-200 MPa, connected to the inlet of pump-compressor pipes 16 (it is this gas that is pumped into the cracks for gas fracturing of the gas hydrate layer). For 1096 hours, the sections work in the mode of filling them with gas hydrate suspension, draining recirculation water and drying gas hydrates, 8095 - in the mode of melting hydrates, 1095 - in the mode of draining melt water of hydrates and 60 of compressed gas discharge. The number of sections is 8-10. Depending on the operating mode, the sections are loaded from above with a gas hydrate suspension (along line 107 ), seawater concentrate or salt concentrate suspension (on line 108). From above, gas of medium pressure 8-20 MPa (in turbine 93) and high pressure 50-200 MPa (in HP) is taken from above. Drainage water and hydrate melt water are discharged from the bottom of the sections through water accumulators 85 into line 110 (into the sea through hydraulic motor 101 - to return part of the mechanical energy) and because the seawater concentrate is discharged into line 112 through hydraulic motor 102 into the GP and into line 1127 through hydraulic motor 1027 in the eutectic stage of the desalinator-separator of sea water. The turbine unit 73 consists of turbine stages 93, 94 and 95, which are mounted on one shaft with an electric generator 96, heat exchangers 98 and 99, as well as a moisture separator 97.
Теплообмінник-кристалізатор 74 має труби 89 з роздільними трубними просторінями 90 (ліворуч) і 91 (праворуч). «Шва трубна простір 90 має знизу вихід на відділювач 92 рідкого пропану від газоподібного газу.Heat exchanger-crystallizer 74 has pipes 89 with separate pipe spaces 90 (left) and 91 (right). "The seam of the pipe space 90 has an exit from the bottom to the separator 92 of liquid propane from gaseous gas.
Насосно-гідромоторний блок 75 складається з двох насосно-гідромоторних агрегатів. Перший має 4 елемента, насаджених на один вал - насос 100 подання газогідратної суспензії з трубопроводу-кристалізатора 71 в плавильник газогідратів 72, гідромотор 101, через який скидається в море дренажна вода з плавильника 72, 7/0 Підромотор 102, через який скидається в ГП концентрат морської води з плавильника 72, електродвигун 103.The pump-hydromotor unit 75 consists of two pump-hydromotor units. The first one has 4 elements mounted on one shaft - a pump 100 supplying the gas hydrate suspension from the crystallizer pipeline 71 to the gas hydrate melter 72, a hydraulic motor 101, through which drainage water from the melter 72 is discharged into the sea, a 7/0 hydromotor 102, through which it is discharged into the GP seawater concentrate from smelter 72, electric motor 103.
Другий агрегат також має 4 елемента, насаджених на один вал - насос 104, що прокачує теплу поверхневу морську воду через труби плавильника газогідратів 72, гідромотор 105, що скидає саме цю ж воду в море, гідромотор 1027, що скидає концентрат морської води з оплавильника 72 в евтектичну ступінь опріснювача-розділювача морської води, і компенсуючий електродвигун 106.The second unit also has 4 elements mounted on one shaft - pump 104, which pumps warm surface seawater through the pipes of the gas hydrate melter 72, hydraulic motor 105, which discharges the same water into the sea, hydraulic motor 1027, which discharges the seawater concentrate from the melter 72 in the eutectic stage of the desalinator-separator of sea water, and the compensating electric motor 106.
Виробка газу високого тиску і електроенергії здійснюється в ТГУ наступним чином. Метан з домішком рідкого пропану під тиском, наприклад, 3,4МПа (на глибині 340м) змішують в нижній частині трубопроводу-кристалізатора 71 з глибинною холодною морською водою, яка подається підводним насосом 78.Production of high-pressure gas and electricity is carried out at TSU as follows. Methane with an admixture of liquid propane under pressure, for example, 3.4MPa (at a depth of 340m) is mixed in the lower part of the pipeline-crystallizer 71 with deep cold seawater, which is supplied by an underwater pump 78.
Газогідрати метану і пропана утворюються при 122 (точка А; на Фіг.14, наявність пропану пересуває гідратну рівноважну криву праворуч, що сприяє відводу теплоти гідратоутворення). Теплоту гідратоутворення в основному відводять холодною водою, яку скидають через щілини 77 фільтруючої секції 76. Різниці температур в цьому процесі тут (Фіг.14): на гідратоутворення АТ.4-22С, при теплопередачі ді/-520. Час перебування реагентів при їх підйомі - води і газу і продуктів - гідратів в трубопроводі-кристалізаторі - 5-7 хвилин, що достатньо для гідратоутворення.Gas hydrates of methane and propane are formed at 122 (point A; in Fig. 14, the presence of propane shifts the hydrate equilibrium curve to the right, which contributes to the removal of the heat of hydrate formation). The heat of hydrate formation is mainly removed with cold water, which is discharged through the slits 77 of the filter section 76. The temperature differences in this process are here (Fig. 14): on hydrate formation AT.4-22C, with heat transfer di/-520. The residence time of reagents during their rise - water and gas and products - hydrates in the pipeline-crystallizer - 5-7 minutes, which is enough for hydrate formation.
Газогідратну суспензію (кількість твердої фази - гідратів в ній 5-1595) підіймають на поверхню моря і сThe gas hydrate suspension (the amount of solid phase - hydrates in it is 5-1595) is raised to the surface of the sea and
Б стискують насосом 100 до 1МПа, прямуючи її в секції 82 плавильника 72, котрі працюють почергово в режимі наповнення (Н) їх газогідратною суспензією, плавлення (П) гідратів і зливу (3) концентрату. Під час роботи о будь-якої секції в режимі Н вона наповнюється газогідратною суспензією, при цьому одночасно здійснюється фільтрація дренажної морської води з суспензії Через грати 84 в накопичувальник 85. Після цього кількість твердої фази в суспензії підвищується до 6095. Потім в цій ж секції газогідрати осушують шляхом продування їх - пи зо зверху вниз газом малого тиску з суміжних секцій, які усі зкомутовані по газу. Після цього кількість твердої фази в суспензії підвищується до 7095. При всіх цих діях з секції режиму Н скидається дренажна морська вода о через лінію 110 і гідромотор 101 в море. «ІB is compressed with a pump of 100 to 1 MPa, directing it to section 82 of the melter 72, which work alternately in the mode of filling (H) with their gas-hydrate suspension, melting (P) hydrates and draining (3) concentrate. During operation of any section in the H mode, it is filled with a gas hydrate suspension, while at the same time drainage seawater is filtered from the suspension through the grate 84 into the accumulator 85. After that, the amount of solid phase in the suspension increases to 6095. Then in the same section, the gas hydrates they are dried by blowing them from top to bottom with low-pressure gas from adjacent sections, which are all gas-switched. After that, the amount of the solid phase in the suspension increases to 7095. With all these actions, the drainage seawater o is discharged from the mode H section through the line 110 and the hydraulic motor 101 into the sea. "AND
Після закінчення роботи секції в режимі Н вона переводиться в режим П. Прокачується насосом 104 тепла поверхнева морська вода через труби 83. Починається плавлення газогідратів. На першому етапі плавлення о (спочатку тільки за рахунок підводу тепла) тиск в секції підвищується з 1МПа до З,4МПа (параметри точки В'на «оAfter the operation of the section in mode H is over, it is transferred to mode P. Warm surface seawater is pumped by pump 104 through pipes 83. Melting of gas hydrates begins. At the first stage of melting o (at first only due to heat supply), the pressure in the section increases from 1 MPa to 3.4 MPa (parameters of point B'na "o
Фіг.14). В цей період з накопичувальника цієї секції скидається вода початкового розплаву газогідратів через лінію 110 і гідромотор 101 в море. Потім в цю секцію подається з опріснювача-розділювача морської води (Фіг.11 ї 12) 2596-ний концентрат морської води або солеконцентратна суспензія морської води (тобто сіль Ж насичений евтектичний концентрат морської води, причому сумарна концентрація солей у сухому залишку « досягає 3595) і плавлення газогідратів вже буде здійснюватися як за рахунок підводу тепла, так і за рахунок 2 с зниження температури гідратоутворення внаслідок збільшення концентрації солей в водній фазі. Перемішування й суспезії в секції здійснюється рециркуляцією водної фази за допомогою насосу 87 по лінії 113. В цей період "» розплав газогідратів через лінію 110 не скидається, а 10-2595-ний концентрат морської води накопичується в накопичувальнику солей 85 цієї ж секції. В цьому другому етапі плавлення гідратів тиск в секції підвищується до 15МПа (точка В» на Фіг.14) і починається відвід газу високого тиску (15МПа) в турбінний блок 73.Fig. 14). During this period, water from the initial melt of gas hydrates is discharged from the accumulator of this section through line 110 and hydraulic motor 101 into the sea. Then, the 2596th seawater concentrate or salt-concentrate suspension of seawater is supplied to this section from the desalinator-separator of seawater (Figs. 11 and 12) (that is, salt Ж is a saturated eutectic seawater concentrate, and the total concentration of salts in the dry residue « reaches 3595) and the melting of gas hydrates will already be carried out both due to heat input and due to a 2-second decrease in the temperature of hydrate formation due to an increase in the concentration of salts in the aqueous phase. Mixing and suspension in the section is carried out by recirculation of the water phase with the help of pump 87 along line 113. During this period, the gas hydrate melt is not discharged through line 110, and the 10-2595th seawater concentrate is accumulated in the salt accumulator 85 of the same section. in the second stage of hydrate melting, the pressure in the section increases to 15 MPa (point B" in Fig. 14) and high-pressure gas discharge (15 MPa) into the turbine unit 73 begins.
Ге») Після того, як усі газогідрати розплавляться, секція переводиться в режим роботи З - злив. По лінії 112 з секції відводиться концентрат морської води з подальшим поданням його в газогідратний поклад ГП. Так як - початковий тиск цього концентрату високий і перевищує тиск в ГП, то він спочатку скидається через гідромотор т» 102, щоб повернути частину механічної роботи, витраченої раніше в насосі 100. Залишок газу в секції, що має менший тиск, чим потрібен для подання в турбіни, використовується в комутаційній обв'язці плавильнику. ПоGe") After all the gas hydrates have melted, the section is switched to operating mode Z - drain. Along line 112, the seawater concentrate is diverted from the section, with its subsequent supply to the gas hydrate deposit of the HPP. Since - the initial pressure of this concentrate is high and exceeds the pressure in the HP, it is first discharged through the hydraulic motor t" 102 in order to return part of the mechanical work previously spent in the pump 100. The rest of the gas in the section having a lower pressure than is required for supply in turbines, is used in the commutation harness of the smelter. On
Ме, лінії 1127 ї через гідромотор 1027 з секції 82 відводиться концентрат морської води з подальшим поданням його шк в газогідратний або виморожувальний опріснювач-розділювач морської води (в їх евтектичні ступені, в яких тиск процесу розділення морської вода нижче, ніж тиск в секції плавильника 82).Me, lines 1127 and through the hydraulic motor 1027 from section 82, the seawater concentrate is diverted from section 82 with its further supply to the gas hydrate or freezing desalination-separator of seawater (in their eutectic stages, in which the pressure of the seawater separation process is lower than the pressure in the section of the melter 82 ).
Після секцій високого тиску газ відділяється від крапельної води в вологовідділювачі 97, потім розширюється в 3-ох ступенях турбіни. Після адіабатичного розширювання газ дуже охолоджується (приблизно до -352С). Газ перед наступною ступенню турбіни підігрівається в тегоюобміннику-кристалізаторі 74, а також вAfter the high-pressure sections, the gas is separated from the dripping water in the moisture separator 97, then expanded in the 3 stages of the turbine. After adiabatic expansion, the gas cools down a lot (approximately to -352C). The gas before the next stage of the turbine is heated in the heat exchanger-crystallizer 74, as well as in
Ф) теплообміниках 98 і 99. Газ після першої ступені турбіни 93 по лінії 119 прямується під тиском 7,14МПа в ко праву трубну просторінь 91, підігрівається в ній до - 42С, потім по лінії 120 через теплообмінник 98 поступає на розширення в другу ступінь турбіни 94, після котрої газ з тиском 3,4МПа (після цього процесу газоподібний бо пропан, що є в газовій суміші, зріджується) по лінії 118 прямується в ліву трубну просторінь 90, підігрівається в ній до - 42С, потім Через відділювач 92 (в котрому від газу відділяється рідкий пропан, який потім прямується разом з газом - метаном в трубопровід-кристалізатор 71 на гідратоутворення) по лінії 117 через теплообмінник 99 поступає в невеликій кількості (590) на розширення в третю ступінь турбіни 95, після котрої з тиском 1МПа по лінії 121 поступає в міжтрубну просторінь теплообмінника - кристалізатора 74. Тут 65 механізм підігріву газа інший. Газ тут контактує з рециркуляційною морською водою, котра прямує сюди насосом 88 по лінії 114 з тих секцій плавильника газогідратів 72, котрі знаходяться в режимі роботи Н. При контакті газу з водою утворюються газогідрати (точка А», при 1МПа і 12С, див. Фіг.14), теплота фазового перехода котрих і є джерело підігріву газу в трубних просторінях 90 і 91. Таким чином в теплообміннику - кристалізаторі 74 корисно використовується холод газу після турбін для отримання приблизно 595 газогідратів іF) heat exchangers 98 and 99. After the first stage of the turbine 93, the gas flows through line 119 under a pressure of 7.14 MPa into the right pipe space 91, is heated in it to -42C, then through line 120, through the heat exchanger 98, it enters the second stage of the turbine for expansion 94, after which the gas with a pressure of 3.4 MPa (after this process, the gaseous propane contained in the gas mixture is liquefied) along line 118 is directed into the left pipe space 90, is heated in it to - 42C, then through the separator 92 (in which liquid propane is separated from the gas, which is then directed together with the methane gas into the crystallizer pipeline 71 for hydrate formation) along line 117 through the heat exchanger 99 and enters in a small amount (590) for the expansion of the third stage of the turbine 95, after which with a pressure of 1 MPa along the line 121 enters the intertube space of the heat exchanger - crystallizer 74. Here 65 the gas heating mechanism is different. Here, the gas is in contact with recirculating seawater, which is directed here by pump 88 along line 114 from those sections of the gas hydrate melter 72, which are in the H operating mode. When the gas comes into contact with water, gas hydrates are formed (point A", at 1 MPa and 12 C, see Fig. .14), the heat of the phase transition, which is the source of gas heating in the pipe spaces 90 and 91. Thus, the cold gas after the turbines is usefully used in the heat exchanger - crystallizer 74 to obtain approximately 595 gas hydrates and
Відводу їх теплоти гідратоутворення. Газогідрати, що утворюються тут, по лінії 116 прямують, змішуючись по дорозі з гідратами, утвореними на глибині моря, в плавильник 72.Removal of their heat of hydrate formation. The gas hydrates formed here are directed along line 116, mixing along the way with hydrates formed in the depths of the sea, to the smelter 72.
На Фіг.14 - цикл ТГУ, яка використовує термобаричну різницю морської води по глибині моря, в діаграмі температура-тиск. Показані наступні рівноважні криві гідратоутворення, які в логарифмічних координатах мають вид прямих ліній: 1 - метань вода; 2 - метанн29о розчин Масі (приблизна імітація води Чорного моря);In Fig. 14 - the cycle of TGU, which uses the thermobaric difference of sea water along the depth of the sea, in the temperature-pressure diagram. The following equilibrium curves of hydrate formation are shown, which in logarithmic coordinates have the form of straight lines: 1 - methane water; 2 - Massi's methane29o solution (approximate imitation of Black Sea water);
З - метань 2595 розчин Масі; 4 - метання 4,896 мольних пропану вода; 5 - метан 4,895 мольних пропанун29о розчин Масі; 6 - метан 4,895 мольних пропанун2595 розчин Масі; 7 - Ноз' нвода; 8 - пропан вода.C - methane 2595 mass solution; 4 - throwing 4,896 moles of propane water; 5 - methane 4.895 mole propanun29o Mass solution; 6 - methane 4.895 moles propanun2595 mass solution; 7 - Noz' nvoda; 8 - propane water.
Розрахунковий цикл для умов Чорного моря в теплий сезон (температура холодної глибинної води -7 ес, температура теплої поверхневої води -222С) має наступну послідовність процесів:The calculation cycle for the conditions of the Black Sea in the warm season (temperature of cold deep water -7 es, temperature of warm surface water -222С) has the following sequence of processes:
А. - середня точка утворення газогідратів суміші метан т рідкий пропан (4,895 мольних) в 290-ній морській воді в трубопроводі-кристалізаторі 71 на глибині 340м при 122С і 3,4МПа. Різниці температур в процесі: на гідратоутворення АТ4-22С, при теплопередачі Ді-596.A. - the middle point of formation of gas hydrates of a mixture of methane and liquid propane (4.895 molar) in 290 sea water in the crystallizer pipeline 71 at a depth of 340 m at 122C and 3.4 MPa. Temperature differences in the process: for hydrate formation AT4-22С, during heat transfer Di-596.
А.-К - підйом газогідратої суспензії на поверхню моря насосами 78 і 100 (деяке охолодження суспензії пояснюється плавленням частині гідратів при скиданні гідростатичного тиску до О0,1МПа).A.-K - raising the gas-hydrated suspension to the surface of the sea by pumps 78 and 100 (some cooling of the suspension is due to the melting of part of the hydrates when the hydrostatic pressure is lowered to O0.1 MPa).
К-В. - стиснення суспензії насосом 100 від О,1МпПа до 1МпПа і подання Її в плавильник 72.K-V. - compression of the suspension by the pump 100 from 0.1 MPa to 1 MPa and feeding it to the melter 72.
В. - точка початку плавлення гідратів в плавильнику 72 (102, 1МПа). Різниці температур: на плавлення с гідратів АТ»-72С, при теплопередачі лі-1296. оB. - the starting point of melting of hydrates in smelter 72 (102, 1MPa). Temperature differences: on melting of hydrates AT»-72C, during heat transfer Li-1296. at
В.-87 - підйом тиску газовій суміші (метан пропан, далі - газу) в плавильнику під час першого етапу плавлення гідратів за рахунок теплопідводу від теплої поверхневої води.B.-87 - pressure rise of the gas mixture (methane, propane, later - gas) in the smelter during the first stage of melting hydrates due to heat supply from warm surface water.
В'-Во - підйом тиску газу в плавильнику під час другого етапу плавлення гідратів як за рахунок теплопідводу від теплої поверхневої води, так і за рахунок подання 2595-ного концентрату морської води або її ж" солекокцентратної суспензії. Різниці температур в точки Во: на оплавлення гідратів /АТо-1,52С, при «с теплопередачі дл -590.В'-Во - rise in gas pressure in the smelter during the second stage of melting of hydrates both due to heat supply from warm surface water and due to the supply of 2595th seawater concentrate or its same salt-concentrated suspension. Temperature differences at point Во: on melting of hydrates /АТо-1.52С, at «s heat transfer dl -590.
В» (172С, 15МПа) - точка відбору газу на турбіну. чB" (172С, 15MPa) - point of gas selection for the turbine. h
В»-С - розширення газу в 1-ої ступені турбіни 93 з 15МПа до 7,14МПа. оV»-C - gas expansion in the 1st stage of turbine 93 from 15MPa to 7.14MPa. at
Сб-С - ізобаричний підігрів газу в правому трубному просторіні теплообмінника-кристалізатора 74 від -3296 «се до -496.Сб-С - isobaric heating of the gas in the right pipe space of the heat exchanger-crystallizer 74 from -3296 °C to -496.
СН - подальший підігрів газу в теплообміннику 98 від -42С до 1720.CH - further heating of gas in heat exchanger 98 from -42C to 1720.
Н-Д - розширення газу в 2-го ступеня турбіни 94 з 7,14МПа до 3,4МПа.Н-Д - gas expansion in the 2nd stage of turbine 94 from 7.14MPa to 3.4MPa.
Дд-Д" - підігрів газу в лівому трубному просторіні теплообмінника-кристалізатора 74 від -359С до -496, «Dd-D" - gas heating in the left pipe space of the heat exchanger-crystallizer 74 from -359C to -496, "
Д" - параметри процесу сепарації рідкого пропану в відділювачі 92 і повернення його в -в с трубопровід-кристалізатор 71.D" are the parameters of the liquid propane separation process in the separator 92 and its return to the pipeline-crystallizer 71.
Д'-А, - подальший підігрів газу в теплообміннику 99 від -42С до 1796. ;» А.-Е - розширення газу в 3-го ступеня турбіни 95 з 3, 4МПа до 1МПа.D'-A, - further heating of gas in the heat exchanger 99 from -42C to 1796. ;" A.-E - gas expansion in the 3rd stage of turbine 95 from 3.4MPa to 1MPa.
Е-А» - нагрів газу при його контакті з морською водою і в процесі гідратоутворення в міжтрубному просторіні теплообмінника-кристалізатора 74. б Різниці температур в точці А»: на гідратоутворення ЛТ-22С, при теплопередачі Ай сєЕРЕДНЯ- 159С.E-A" - heating of the gas during its contact with seawater and in the process of hydrate formation in the intertube space of the heat exchanger-crystallizer 74. b Temperature differences at point A": for hydrate formation LT-22С, during heat transfer Ai seEREDNYA- 159С.
Ао-Ві - перекачування газогідратної суспензії з теплообмінника-кристалізатора 74 в плавильник 72 і її о нагрів в цьому плавильнику. т» Інтервал термокомпресії газу до тиску 8-20МПа перед його поданням на турбіну теплосилової установки або в зріджувач метану обгрунтовується наступним чином. Тиск 8МПа - це нижча межа тисків, нижче якої вироблення б» енергії не перекриває витрати її на власні потреби ТГУ. Тиск 20МПа - це верхня межа. Вище її тиск метану при щк термокомпресії не доцільно підвищувати, так як дуже знижується різниця температур на плавлення газогідратів від верхнього теплового джерела - оточуючого середовища (див. Фіг.14).Ao-Vi - pumping of the gas-hydrate suspension from the heat exchanger-crystallizer 74 to the melter 72 and its heating in this melter. t» The interval of thermocompression of gas to a pressure of 8-20MPa before its supply to the turbine of a thermal power plant or to a methane liquefier is justified as follows. A pressure of 8MPa is the lower pressure limit below which the production of energy does not cover its consumption for the TSU's own needs. A pressure of 20 MPa is the upper limit. It is not advisable to increase the pressure of methane above it during thermocompression, as the temperature difference for the melting of gas hydrates from the upper heat source - the surrounding environment - is greatly reduced (see Fig. 14).
При параметрах, які показані на Фіг.14, цикл ТГУ має такі розрахункові показники (в питомих величинах - на 1 кг метану в точки В» - тобто перед турбінним блоком): - витрати холодної глибинної води, яка прокачується насосом 78 через трубопровід-кристалізатор 71-168,8кгWith the parameters shown in Fig. 14, the TGU cycle has the following calculated parameters (in specific values - per 1 kg of methane at point B" - i.e. before the turbine unit): - consumption of cold deep water, which is pumped by pump 78 through the pipeline-crystallizer 71-168.8 kg
Ф) (води)укг(метану); ко - виграти газогідратної суспензії (1595 газогідратів) після трубопровода-кристалізатора 71, яка прокачується насосом 100 в плавильник 72-52,6кг (суспензії)кг (метану); 60 - потрібні витрати (через лінію 122 від виморожувального опріснювача-розділювача морської води) початкової солеконцентратної суспензії (з початковою загальною концентрацією солей в концентраті і в твердій фазі Зн-З31,790)-25,2кг/кг (метану); - кількість кінцевого концентрату концентрацією ЗКк-23,1795, який утворюється після плавлення газогідратів - 34,7кг/кг (метану); 65 - теплове навантаження, що відводиться в трубопроводі-кристалізаторі 71 при гідратоутворенні -F) (water) ukg (methane); ko - win gas hydrate suspension (1595 gas hydrates) after the crystallizer pipeline 71, which is pumped by pump 100 into the melter 72-52.6 kg (suspension) kg (methane); 60 - required consumption (via line 122 from the freezing desalinator-separator of seawater) of the initial salt-concentrate suspension (with the initial total concentration of salts in the concentrate and in the solid phase Zn-Z31,790) - 25.2 kg/kg (methane); - the amount of the final concentrate with a concentration of ZKk-23.1795, which is formed after the melting of gas hydrates - 34.7 kg/kg (methane); 65 - heat load, which is removed in the crystallizer pipeline 71 during hydrate formation -
За44кДж/кг (метану);For 44 kJ/kg (methane);
- теплове навантаження, що відводиться в теплообміннику-кристалізаторі 74 при гідратоутворенні - 190,6кДж/кг (метану); - теплове навантаження плавильника газогідратів 72 - 4367 кДж/кг (метана); - виробництво електроенергії - 299, в8кДж/кг (метану); - виробництво чистої талої опрісненної питної води, яка ПОПУТНО створюється в опріснювачі-розділювачі при концентруванні концентрату після плавильника від 5 К-23,1790 до Зн-З1,790 - 9,34кг (води)/кг (метану).- the heat load removed in the heat exchanger-crystallizer 74 during hydrate formation - 190.6 kJ/kg (methane); - the heat load of the gas hydrate melter is 72 - 4367 kJ/kg (methane); - electricity production - 299, v8kJ/kg (methane); - production of clean molten desalinated drinking water, which is simultaneously created in the desalinator-separator during the concentration of the concentrate after the smelter from 5 K-23.1790 to Zn-Z1.790 - 9.34 kg (water)/kg (methane).
Газогідратні поклади ГП звичайно мають низьку газопроникливість, про що свідчить збереження запасів газу безпосередньо під покладом - так званого підгідратного газу. Мала пористість ГП пояснюється утворенням в 7/о порах грунту газогідратів, які цементують собою пухкий шар. З огляду на це поданню теплої морської води або її концентрату повинно попереджувати періодичний підвід в газогідратний шар газу високого тиску (50-200МПа), удар котрого в породу зверху вниз і викидання знизу вверх деформує і руйнує верхній злежалий шар покладу, робить його більш проникливим для послідуючого плавлення газогідратів і руху по неї газу і рідини.Gas hydrate deposits of GP usually have low gas permeability, which is evidenced by the preservation of gas reserves directly under the deposit - the so-called subhydrate gas. The low porosity of GP is explained by the formation of gas hydrates in the 7/0 pores of the soil, which cement the loose layer. In view of this, the supply of warm seawater or its concentrate should be prevented by the periodic supply of high-pressure gas (50-200 MPa) to the gas-hydrate layer, the impact of which on the rock from the top down and ejection from the bottom up deforms and destroys the upper deposited layer of the deposit, making it more permeable for subsequent melting of gas hydrates and movement of gas and liquid along it.
Інтервал тиску 50-200МПа обгрунтовується наступним чином. Тиск 5ХОмМПа - це нижча межа тисків, що /5 дозволяє ще руйнувати газогідраатний пласт на малих глибинах 300-500м. Тиск більш 200МПа важко отримати в газогідратному термокомпресорі, так як різко знижується його продукційність (в секціях плавильника 82, діючих періодично, дуже збільшується шкідливий вплив "мертвої" просторіні).The pressure interval of 50-200 MPa is justified as follows. The pressure of 5HOmMPa is the lower limit of pressures that /5 allows further destruction of the gas hydrate layer at shallow depths of 300-500m. It is difficult to obtain a pressure of more than 200MPa in a gas-hydrate thermocompressor, as its productivity is sharply reduced (in the sections of the melter 82, operating periodically, the harmful effect of "dead" space increases greatly).
Зріджувач метану (Фіг.15 - версія друга) використовує одночасно ж гідростатичний тиск морської води, так і термобарічну різницю морської води по глибині моря для зниження електровитрат. В такій схемі електроенергія 2о турбінами не виробляється (тільки гідромоторами повертається частина роботи), а високий тиск газу після плавлення газогідратів використовується безпосередньо для його зрідження. Плавлення газогідратів ведуть, використовуючи ще невідомий в техниці ефект "складання" та "віднімання" потоків газу, які мають тиск різного значення. Схема Фіг.15 - це комбінація схем установок по Фіг.9 і Фіг.13. На відміну від Фіг.9 в Фіг.15 нема ступенів компресорів 24, 25 і 26, а також холодильників 27, 28 і 29. В відміну від Фіг.13 в Фіг.15 нема с ов турбінного блоку і теплообмінника - кристалізатора 74.The methane liquefier (Fig. 15 - second version) simultaneously uses the hydrostatic pressure of seawater and the thermobaric difference of seawater along the depth of the sea to reduce electricity consumption. In such a scheme, electricity is not produced by 2o turbines (part of the work is returned only by hydraulic motors), and the high gas pressure after the melting of gas hydrates is used directly for its liquefaction. Melting of gas hydrates is carried out using the effect of "addition" and "subtraction" of gas flows, which have pressures of different values, which is still unknown in the technique. The scheme of Fig. 15 is a combination of the schemes of installations in Fig. 9 and Fig. 13. Unlike Fig. 9, Fig. 15 does not have stages of compressors 24, 25 and 26, as well as refrigerators 27, 28 and 29. Unlike Fig. 13, Fig. 15 does not have a turbine unit and a heat exchanger - crystallizer 74.
Секції 82 плавильника 72 на Фіг.15 у порівнянні з цими ж секціями на Фіг.13 додатково мають: (8) - входи газу зворотних потоків зріджувача метану (вхід 124 - газу нижчого тиску 0,6-1МПа, вхід 125 - газу середнього тиску 2-6МПа); - вхід 126 - метану з газогідратного покладу; -- зо - вихід 127 - рециркуляційного метану в нижчий кінець трубопровода-крісталізатора; - вихід 128 - рециркуляційного рідкого пропану, розташований у верхній частині накопичувальників 85 води ре) розплаву газогідратів, в нижній кінець трубопровода-крісталізатора 71. «Sections 82 of the melter 72 in Fig. 15 in comparison with the same sections in Fig. 13 additionally have: (8) - gas inlets of return flows of the methane liquefier (input 124 - gas of lower pressure 0.6-1MPa, input 125 - gas of medium pressure 2-6 MPa); - input 126 - methane from a gas hydrate deposit; -- zo - outlet 127 - recirculation methane to the lower end of the pipeline-crystallizer; - output 128 - of recirculating liquid propane, located in the upper part of the accumulators 85 of water re) of gas hydrate melt, to the lower end of the pipeline-crystallizer 71.
Зріджувач метану згідно схемі Фіг.15 працює наступним чином. З трубопровода-крісталізатора 71, який працює так же, які на Фіг.13, в секції 82 плавильника 72 прямують газогідратну суспензію. («в»)The methane liquefier according to the scheme of Fig. 15 works as follows. A gas hydrate suspension is directed from the crystallizer pipeline 71, which works the same as in Fig. 13, into the section 82 of the melter 72. ("in")
Плавлення газогідратів ведуть в наступній послідовності процесів: спочатку газогідрати осушують від «се міжгідратної води шляхом її дренажу і потім продування гідратної маси газом, потім газогідрати стискують зворотним газом нижчого тиску 0,6-1МПа, який відбирається з циклу зрідження метану (після теплообмінника 31), потім газогідрати плавлять шляхом теплообміну з теплою поверхневою морською водою (що циркулює по трубам 83), потім газогідрати повторно стискують зворотним газом середнього тиску 2-6МПа, який відбирається з « циклу зрідження метану (після теплообмінника 31), і газом, який відбирається з газогідратного покладу як з с продукту, потім відбирають з зони плавлення рециркуляційній рідкий пропан і рециркуляційний метан, які направляють в нижній кінець трубопровода-крісталізатора 71, потім остаточно газогідрати плавлять в секції 82 з шляхом сукупності теплообміну від теплої поверхневої морської води і поданням в зону плавлення газогідратів концентрату морської води або солеконцентратної суспензії, які відбираються з циклу опріснення-розділенняMelting of gas hydrates is carried out in the following sequence of processes: first, the gas hydrates are drained from the interhydrate water by draining it and then blowing the hydrate mass with gas, then the gas hydrates are compressed with return gas of a lower pressure of 0.6-1 MPa, which is taken from the methane liquefaction cycle (after heat exchanger 31) , then the gas hydrates are melted by heat exchange with warm surface seawater (circulating through the pipes 83), then the gas hydrates are re-compressed with the medium pressure return gas of 2-6 MPa, which is taken from the methane liquefaction cycle (after the heat exchanger 31), and the gas that is taken from gas hydrate deposit as from product c, then recirculating liquid propane and recirculating methane are taken from the melting zone, which are sent to the lower end of the crystallizer pipeline 71, then the gas hydrates are finally melted in section 82 with a combination of heat exchange from warm surface seawater and supply to the melting zone gas hydrates of sea water concentrate or soleconcent waste suspension, which are selected from the desalination-separation cycle
Морської води (по лінії 122).Sea water (on line 122).
Ф Вихід газу високого тиску 12МПа з секцій 82 плавильника 72 в зріджувач метану здійснюється по лінії 131.Ф High-pressure 12MPa gas exits from sections 82 of the melter 72 to the methane liquefier via line 131.
Далі схема зріджувача метану по Фіг.15 працює так же, як і на Фіг.9. о При параметрах точок А., Ві, В" і Во, які показані на Фіг.14, цикл зріджувача метану у сукупності з їх апаратами 71 і 72 має розрахункові показники (в питомих величинах - на їкг метану в точки Во - тобто перед 5р Зріджувачем метану) ті ж самі, що і в циклі ТГУ за винятком: виробництво електроенергії тільки гідромоторами, (22) яка залишається після компенсації витрат роботи на спаровані з ними насоси, а також холодильну машину 35 є га 27 бвкДж/кг (зрідженого метану).Next, the scheme of the methane liquefier in Fig. 15 works in the same way as in Fig. 9. o With the parameters of points A., B1, B" and B0, which are shown in Fig. 14, the methane liquefaction cycle in combination with their devices 71 and 72 has calculated indicators (in specific values - per kg of methane at points B0 - that is, before 5 Methane liquefier) are the same as in the TGU cycle with the exception of: electricity production only by hydraulic motors, (22) which remains after compensating for the operating costs of the pumps paired with them, as well as the refrigerating machine 35 je ha 27 bvkJ/kg (liquefied methane) .
Використання винаходу суттєво розширює можливості відомих способів і має перед ними наступні переваги: 1. Подача в газогідратний пласт запропонованих у винаході теплосоленосіїв не приводить к забрудненню бв Моря, є екологічно чистим і економічно прийнятним рішенням, крім того у випадку з вуглекислотою - рішенням по зниженню парникового ефекту. (Ф) 2. Комбінована дія на газогідратний пласт - сольова, теплова, зниження тиску і удар газу дозволяє вибратиThe use of the invention significantly expands the capabilities of the known methods and has the following advantages over them: 1. Supplying the thermal salt carriers proposed in the invention to the gas hydrate layer does not lead to pollution of the former Sea, is an ecologically clean and economically acceptable solution, in addition, in the case of carbon dioxide, it is a solution to reduce the greenhouse effect (F) 2. The combined effect on the gas hydrate layer - salt, thermal, pressure reduction and gas impact allows you to choose
Ф найбільш раціональний режим видобутку газу, збільшити швидкість плавлення газогідрату (поліпшується кінетика) і газовіддачу газогідратного пласту. во 3. Використування термобаричної різниці морської води і ефекту газогідратної термокомпресії дозволяє виробляти електроенергію в теплих морях в теплий сезон і цим самим полегшити забезпечення автономностіF is the most rational mode of gas production, to increase the rate of gas hydrate melting (improves kinetics) and gas yield of the gas hydrate layer. in 3. The use of the thermobaric difference of sea water and the effect of gas-hydrate thermocompression makes it possible to generate electricity in warm seas in the warm season and thereby facilitate the provision of autonomy
ГДК в цей час. Накопичення влітку солі дозволяє мати концентрат морської води і для роботи взимку, при чому для подвійної мети - для подання в газогідратний поклад і для подання в плавильник термокомпресора - для виробки електроенергії і газу високого тиску. Ці пропозиції, а також використовування гідростатичного стовпа 65 Морської води і холоду холодних морів приводить до суттєвого енергозбереженню при газодобуванні (на 50-60905, а в деяких найбільш сприятливих випадках - до 10095).GDK at this time. Accumulation of salt in the summer allows you to have a seawater concentrate for work in the winter as well, with a dual purpose - for feeding into the gas hydrate deposit and for feeding into the thermocompressor melter - for the production of electricity and high-pressure gas. These proposals, as well as the use of hydrostatic column 65 of sea water and the coldness of cold seas, lead to significant energy savings during gas production (by 50-60905, and in some of the most favorable cases - up to 10095).
4. Взаємозв'язана система виморожувальний (або газогідратний) опріснювач-розділювач морської води, що працює при параметрах сольової евтектики, теплосилова газогідратна установка, зріджувач метану, пристрої ввода в ГП концентрату-вивода з ГП газу - комерційно дуже прибуткова. Вона дозволяє отримувати зріджений метан ї ПОПУТНО опріснену чисту талу полегшену питну воду. Для ГДК, що працює, наприклад, в Чорному морі при умовах шельфу Криму (в такому ГДК 45,4кг талої води приходиться на кг зрідженого метану) - реалізація4. An interconnected system of a freezing (or gas hydrate) desalinator-separator of sea water, operating at salt eutectic parameters, a thermal power gas hydrate plant, a methane liquefaction device, devices for inputting into the HP concentrate-outlet from the HP gas - commercially very profitable. It makes it possible to obtain liquefied methane and AT THE SAME TIME desalinated clean melt lightened drinking water. For a GDC operating, for example, in the Black Sea under the conditions of the Crimean shelf (in such a GDC, 45.4 kg of melt water is per kg of liquefied methane) - implementation
ТАЛОЇ високоякісної води арідному Криму по ціні усього Зкоп/л (тобто 5,бдол/т) дає прибуток, що у 2 рази перевищує прибуток від реалізації зрідженого метану по найбільш високій його ціні (109дол/1000м3 - для заправки газобалонних автомобілів - після регазифікації метану до тиску 20МПа).MELTING high-quality water to the arid Crimea at the price of all Zkop/l (i.e. 5, bdol/t) gives a profit that is 2 times higher than the profit from the sale of liquefied methane at its highest price (109 dol/1000m3 - for refueling gas cylinder cars - after regasification of methane up to a pressure of 20 MPa).
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2002097340A UA60461C2 (en) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2002097340A UA60461C2 (en) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA60461A UA60461A (en) | 2003-10-15 |
UA60461C2 true UA60461C2 (en) | 2008-02-11 |
Family
ID=39817182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA2002097340A UA60461C2 (en) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA60461C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491420C2 (en) * | 2011-11-30 | 2013-08-27 | Алексей Львович Сильвестров | Method for production of natural gas from gas-hydrate pools and device for its realisation |
RU2550164C1 (en) * | 2014-04-01 | 2015-05-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) | Extraction method of natural gas from gas hydrates and device for its implementation |
-
2002
- 2002-09-10 UA UA2002097340A patent/UA60461C2/en unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491420C2 (en) * | 2011-11-30 | 2013-08-27 | Алексей Львович Сильвестров | Method for production of natural gas from gas-hydrate pools and device for its realisation |
RU2550164C1 (en) * | 2014-04-01 | 2015-05-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) | Extraction method of natural gas from gas hydrates and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA60461A (en) | 2003-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105625998B (en) | A kind of reverse recovery method of sea bed gas hydrate stabilized zone and its winning apparatus | |
Alagorni et al. | An overview of oil production stages: enhanced oil recovery techniques and nitrogen injection | |
US4357802A (en) | Geothermal energy production | |
RU2502862C2 (en) | Method for combined production and processing of hydrocarbons from natural gas hydrate manifolds and common hydrocarbon manifolds (versions), and system for its implementation | |
US4424858A (en) | Apparatus for recovering gaseous hydrocarbons from hydrocarbon-containing solid hydrates | |
US6325147B1 (en) | Enhanced oil recovery process with combined injection of an aqueous phase and of at least partially water-miscible gas | |
US9074469B2 (en) | Enhancing fluid recovery in subterranean wells with a cryogenic pump and a cryogenic fluid manufacturing plant | |
JPH0144878B2 (en) | ||
US20140345880A1 (en) | Method and apparatus for sequestering co2 gas and releasing natural gas from coal and gas shale formations | |
CN110644963B (en) | Method for exploiting hydrate based on multilateral well | |
CN102817596A (en) | Ocean combustible ice mining device and method | |
CN105074124A (en) | Enchanced carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods | |
US6830682B2 (en) | Controlled cooling of input water by dissociation of hydrate in an artificially pressurized assisted desalination fractionation apparatus | |
US20230016334A1 (en) | Systems and methods for carbon dioxide sequestration injection | |
Holm | Status of CO2 and hydrocarbon miscible oil recovery methods | |
DK172351B1 (en) | Plant and method for storing energy with static pressure | |
CN112228075A (en) | Device and method for exploiting marine weakly consolidated non-diagenetic natural gas hydrate | |
US4273189A (en) | Method and apparatus for recovering natural gas from geopressured salt water | |
Pedchenko et al. | Technological complex for production, transportation and storage of gas from the offshore gas and gas hydrates fields | |
CN107869310A (en) | For exploiting the supercritical carbon dioxide jetting stream drilling rig of hydrate | |
CA3048096C (en) | Apparatus and method for potable water extraction from saline aquifers | |
UA60461C2 (en) | Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits | |
US4157847A (en) | Method and apparatus for utilizing accumulated underground water in the mining of subterranean sulphur | |
EA029258B1 (en) | Method and system for synthetic fuel production from a combustible material | |
CN115126449B (en) | Method and system for cyclic heat shock exploitation of natural gas hydrate in sea area |