КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ОТКРЫТОМ МОРЕ

Название	КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ОТКРЫТОМ МОРЕ
Разработчик (Авторы)	Жуков Анатолий Васильевич, Обжиров Анатолий Иванович, Звонарев Михаил Иванович, Петухов Валерий Иванович, Тагильцев Александр Анатольевич
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	81524
Дата регистрации	20.03.2009
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) (RU), Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН)
Область применения (класс МПК)	E21B 43/01 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Полезная модель относится к устройствам для добычи природного газа в открытом море, а именно газа, свободно выходящего на газовыделяющих донных участках.

Известен комплекс для добычи природного газа в открытом море, включающий куполообразный газосборник, устанавливаемый на поверхности газовыделяющего участка дна и трубопровод для транспортировки газа на поверхность моря (SU N1498908, кл. Е21В 43/00, 1989).

Однако в случае транспортировки газа с больших глубин использование трубопровода может оказаться затруднительным для бесперебойной работы.

Известен также комплекс для добычи природного газа в открытом море, включающий куполообразный газосборник, выполненный с возможностью установки на поверхность дна, полость которого сообщена с полостью аккумулирующей емкости, снабженной выдачным трубопроводом, конец которого зафиксирован на плавучести, снабженной средствами радиосвязи с судном-сборщиком, снабженным средством соединения с выпускным отверстием выдачного трубопровода (см. RU 2078199, Е21В 43/01, 1994).

Недостаток этого решения - недостаточная экономическая эффективность установки при отработке газогидратных залежей, как источников газовых фонтанов, особенно при распределении газовых фонтанов на ограниченных по площади участках, при условиях переменного дебита газа. Принятая схема компактирования собранного газа (его ожижение) в аккумулирующей емкости (газгольдере) энергоемка и конструктивно достаточно сложна, поскольку непонятно, как реализуется утверждение заявителей о том, что «перед транспортировкой газ сжиживают

путем его дожатия, например, компрессором», кроме того, газгольдер становится достаточно сложной конструкцией, поскольку ему «приходится работать» при большом перепаде внешних давлений (на начальной стадии заполнения он должен противостоять значительному внешнему давлению, а после всплытия должен противостоять такому же по величине давлению внутреннему (эффективность ожижения в лучшем случае составит 40-50% от исходного объема газа). При этом непонятно, как осуществлять смену газгольдеров, полезный объем которых, по заявлению авторов порядка 10 м³. Оценивая эффективность процесса добычи, можно отметить его неэффективность на больших глубинах (превышающих 600-800 м).

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, выражается в обеспечении возможности эффективной отработки газогидратных залежей, как источников газовых фонтанов, особенно при распределении газовых фонтанов на ограниченных по площади участках.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции оборудования, обеспечивающего сбор газа, кроме того, упрощается организация работы для судна-сборщика по отбору газа.

Для решения поставленной задачи комплекс для добычи природного газа в открытом море, включающий куполообразный газосборник, выполненный с возможностью установки на поверхность дна, полость которого сообщена с полостью аккумулирующей емкости, снабженной выдачным трубопроводом, конец которого зафиксирован на плавучести, снабженной средствами радиосвязи с судном-сборщиком, снабженным средством соединения с выпускным отверстием выдачного трубопровода, отличается тем, что он содержит, по меньшей мере, два куполообразных газосборника, при этом аккумулирующая емкость открыта снизу, ей придана куполообразная форма и положительная плавучесть, кроме того, аккумулирующая емкость размещена над дном так, чтобы ее верх был на глубине, где давление воды превышает давление диссоциации гидрата

природного газа при температуре соответствующей годовому максимуму температуры воды, причем концы трубопроводов газосборников зафиксированы в пространстве под аккумулирующей емкостью, с исключением возможности выноса истекающего из них газа из полости аккумулирующей емкости, при этом трубопроводы выполнены восстающими по всей их длине, кроме того, по меньшей мере, выдачной трубопровод и трубопроводы газосборников, снабжены средствами электроподогрева, при этом нижний участок средства электроподогрева выдачного трубопровода размещен в полости аккумулирующей емкости, кроме того, средства электроподогрева трубопроводов газосборников пропущены через названные трубопроводы, их линии питания выведены из газосборников на плавучести, например, на плавучесть выдачного трубопровода, а концы линий питания снабжены герметическими электрическими разъемами, кроме того, плавучесть выдачного трубопровода снабжена лебедкой, свободный конец которой закреплен на обращенной к ней поверхности аккумулирующей емкости. При этом средства электроподогрева выполнены из проводящего гибкого материала, с возможностью упругого изменения их длины, для чего, по меньшей мере, отдельным их участкам придан вид спиралей. Кроме того, конец выдачного трубопровода снабжен запорной арматурой.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленная полезная модель не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного решения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - упрощение конструкции оборудования, обеспечивающего сбор газа, и упрощение организации работы для судна-сборщика по отбору газа.

На фиг.1 показан комплекс для добычи природного газа в открытом море.

Позиции на чертеже обозначают: куполообразный газосборник 1, аккумулирующая емкость 2, судно-сборщик 3, выдачной трубопровод 4, снабженный плавучестью 5, трубопроводы 6, средства электроподогрева 7, концы 8 трубопроводов 6, снабженные плавучестями 9, нижний участок 10 средства электроподогрева 7 выдачного трубопровода 4, герметические электрические разъемы 11, запорная арматура 12, якорные блоки 13, лебедка 14.

Куполообразный газосборник 1 и аккумулирующая емкость 2. конструктивно подобны и отличаются размерами (объем полостей первых порядка сотни м³, вторых - порядка 5-10 тысяч м³. Они выполнены в виде мягких оболочек из прочных синтетических материалов, заключенных в сетчатый каркас из синтетических канатов, к нижним точкам которого крепятся якорные блоки 13. Газосборники 1 могут быть также выполнены в виде жесткого каркаса (на чертежах не показан), монтируемого на месте или «самораскрывающегося» (например с использованием сплавов с памятью формы), снабженного мягкой оболочкой и якорными блоками 13.

Верхние участки куполообразных газосборников 1 и аккумулирующей емкости 2 снабжены трубопроводами (первые - трубопроводами 6, вторая - выдачным трубопроводом 4) с плавучестями, соответственно, 9 и 5 на концах. Плавучесть 5 выдачного трубопровода 4 выполнена с возможностью ее погружения в толщу воды (например, ниже глубины поверхностного волнения). Для этого на ней, например, монтируют лебедку 14, конец троса которой жестко закрепляют на верхней поверхности аккумулирующей емкости 2, и снабжают дистанционным (например, радиоуправляемым) механизмом управления, обеспечивающим всплытие плавучести 5 по сигналу с судна-сборщика 3, и аккумулятором, обеспечивающим питание лебедки 14. Для удобства поиска и погрузки собранного газа на судно-сборщик 3, радиоаппаратура (на чертежах не показана) плавучести 5

выполнена с возможностью работы, как в режиме приемника, так и передатчика. Кроме того, на плавучести 5 размещены герметические электрические разъемы 11 запорная арматура 12 выдачного трубопровода 4. Кроме того, на плавучести 5 размещена контрольно-измерительная аппаратура, обеспечивающая контроль за физическим состоянием газа в узлах системы (на чертежах не показана).

Заявленный комплекс добычи природного газа в открытом море собирается и работает следующим образом.

В качестве источника газа используют его донные газовые фонтаны над газогидратными полями, залегающими под покрывающей толщей дна. На дно опускают куполообразные газосборники 1, накрывая ими «источники» газовых фонтанов, опускают в акваторию аккумулирующую емкость 2 (расправляя ее по ширине, за счет соответствующего разнесения по площади дна якорных блоков 13, как минимум, трех, а по высоте за счет возникновения архимедовой силы, проявляющейся при погружении емкости в воду, направленной вверх и «работой» силы тяжести прилагающей к якорным блокам 13, силу направленную вниз). Аккумулирующую емкость 2 размещают в толще воды над дном так, чтобы ее верх располагался на глубине, где давление воды превышает давление, при котором происходит диссоциация гидрата природного газа при температуре окружающей воды, соответствующей годовому максимуму температур. Далее трубопроводы 6 куполообразных газосборников 1 сообщают с полостью аккумулирующей емкости 2 (для этого, плавучести 9, закрепленные на концах трубопроводов 6 газосборников 1, позиционируют непосредственно под аккумулирующей емкостью и фиксируют в этом положении, соответствующими якорными блоками 13 или же заводят снизу непосредственно в полость аккумулирующей емкости 2, на величину, исключающую их смещение придонными течениями. Важный момент при этом заключается в том, чтобы приемные отверстия трубопроводов 6 газосборников 1 располагались ниже их выпускных отверстий и трубопровод 6 был «восходящим на всех участках

его длины. Средства электроподогрева 7 заранее располагают в полостях выданного трубопровода 4 и трубопроводов 6, причем, нижний участок 10 средства электроподогрева 7 выдачного трубопровода 4 выведен в полость, при этом их линии питания выведены на плавучесть 5 выдачного трубопровода 4 и снабжены герметическими электрическими разъемами 11. В исходном положении выдачной трубопровод 4 перекрыт запорной арматурой 12, плавучесть 5 притоплена на глубине, исключающей воздействие на нее поверхностного волнения, льдов и т.п.факторов.

Далее собирают газ с помощью куполообразных газосборников 1, улавливая ими газовые фонтаны. Уловленный газ всплывает в верхнюю часть полости куполообразных газосборников 1 и далее всплывает по трубопроводам 6 в полость аккумулирующей емкости 2, собираясь в ее верхней части. Остановившись в своем движении, пузырьки газа начинают воспринимать давление воды (которое на этой глубине превышает давление, при котором происходит диссоциация гидрата природного газа, и с учетом температуры воды соответствует термобарическим условиям гидратообразования), вследствие чего газ переходит в гидратную форму. Таким образом, в полости аккумулирующей емкости 2 начинает накапливаться газогидрат природного газа (в условиях Охотского моря, правильно сказать - метаногидрат, поскольку метан составляет до 98-99% от объема газа. Процесс накопления газогидрата вместо накопления газа способствует снижению архимедовой силы, воздействующей на аккумулирующую емкость 2, поскольку плотность гидратов метана близка к плотности льда - 0.874 метана при температуре 0°С (она возрастает от 0,894-0,897 г/см³ при 0°С и 2,55 Мпа до 0,914-0,956 г/см³ при 37°С и 147 Мпа). Согласно данным расчета по эмпирической формуле, плотность гидрата метана составляет 0,905 г/см³ при температуре 0°С, осадков до 7%). Электропроводность газогидратов в 5-15 раз выше, чем у льда.

Гидратоносные отложения отличаются от водоносных кроме меньшей плотности также существенно меньшей электропроводностью и меньшей

теплопроводностью, но большей скоростью распространения упругих волн. Экспериментально установлено, что после образования гидратов в первоначально водонасыщенных песках скорость продольных волн возрастала от 1,85 до 2,7 км/с; в сцементированных песчаниках скорость увеличивалась от 3,0 до 3,5 км/с. Скорость продольных волн в образце чистого гидрата структуры - около 3,1 км/с. Это позволяет легко контролировать накопление газогидратов в аккумулирующей емкости 2, организовав контроль за скоростью распространения упругих волн в ее полости. При заданном наполнении аккумулирующей емкости 2 контрольно-измерительная аппаратура, смонтированная на плавучести 5, дает команду на ее всплытие (возможен вариант, при котором такую команду подает соответствующая аппаратура судна-сборщика 3). После этого радиопередающая аппаратура, смонтированная на плавучести 5, передает сигнал, который принимается судном-сборщиком 3, что позволяет быстро выйти на плавучесть 5. Далее плавучесть 5 либо поднимают на борт судна (если запас плавучести мал), либо оператор спускается с судна на плавучесть 5. Далее выдачной трубопровод 4 подключают к приемному трубопроводу судна (на чертежах не показан), а герметические электрические разъемы 11 средств электроподогрева 7 выдачного трубопровода 4 и, при необходимости, трубопроводов 6 подключают, через судовые линии электропитания к судовому источнику тока и начинают прогрев трубопроводов, открыв запорную арматуру 12 выдачного трубопровода 4. Вследствие прогрева газогидраты превращаются в газ и уходят на судно-сборщик 3. Процесс продолжают до полного освобождения аккумулирующей емкости 2 от газогидрата, либо до заполнения емкостей судна-сборщика. Непосредственно на судне 3 газ компактируют (превращением в газогидрат или ожижением). По завершении процесса отгрузки отключают герметические электрические разъемы 11 средств электроподогрева 7 от судового источника тока, перекрывают запорную

арматуру 12 выданного трубопровода 4 и дают команду на погружение плавучести 5. Далее все повторяется.

При работе во льдах судно-сборщик должно иметь соответствующий ледовый класс, обеспечивающий его безопасную работу, либо должно сопровождаться ледоколом. При этом, для всплытия плавучести 5, необходимо предварительно формировать полынью соответствующих размеров. В остальном, работа в ледовых условиях не отличается ничем от описанной.

Формула полезной модели

1. Комплекс для добычи природного газа в открытом море, включающий куполообразный газосборник, выполненный с возможностью установки на поверхность дна, полость которого сообщена с полостью аккумулирующей емкости, снабженной выдачным трубопроводом, конец которого зафиксирован на плавучести, снабженной средствами радиосвязи с судном-сборщиком, снабженным средством соединения с выпускным отверстием выдачного трубопровода, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, два куполообразных газосборника, при этом аккумулирующая емкость открыта снизу, ей придана куполообразная форма и положительная плавучесть, кроме того, аккумулирующая емкость размещена над дном так, чтобы ее верх был на глубине, где давление воды превышает давление диссоциации гидрата природного газа при температуре, соответствующей годовому максимуму температуры воды, причем концы трубопроводов газосборников зафиксированы в пространстве под аккумулирующей емкостью с исключением возможности выноса истекающего из них газа из полости аккумулирующей емкости, при этом трубопроводы выполнены восстающими по всей их длине, кроме того, по меньшей мере, выдачной трубопровод и трубопроводы газосборников снабжены средствами электроподогрева, при этом нижний участок средства электроподогрева выдачного трубопровода размещен в полости аккумулирующей емкости, кроме того, средства электроподогрева трубопроводов газосборников пропущены через названные трубопроводы, их линии питания выведены из газосборников на плавучести, например, на плавучесть выдачного трубопровода, а концы линий питания снабжены герметическими электрическими разъемами, кроме того, плавучесть выдачного трубопровода снабжена лебедкой, свободный конец которой закреплен на обращенной к ней поверхности аккумулирующей емкости.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что средства электроподогрева выполнены из проводящего гибкого материала с возможностью упругого изменения их длины, для чего, по меньшей мере, отдельным их участкам придан вид спиралей.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что конец выдачного трубопровода снабжен запорной арматурой.

Изобретение "КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ОТКРЫТОМ МОРЕ" (Жуков Анатолий Васильевич, Обжиров Анатолий Иванович, Звонарев Михаил Иванович, Петухов Валерий Иванович, Тагильцев Александр Анатольевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога