用于海底烴類氣體回收的組合件和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及海底油氣勘探，且更具體來說，涉及用于從海底回收烴類氣體 的組合件和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在常規(guī)海底鉆井作業(yè)期間，烴類氣體有時會從巖層釋放出來到大氣中。一個此類 實(shí)例是甲烷氣體，其作為甲烷水合物而存在于海底巖層中，結(jié)晶的甲烷沉積物主要大量位 于海洋底部下方較淺深度處。另外，此結(jié)晶的甲烷可以蓋住氣態(tài)甲烷的甚至更大沉積物。
[0003] 甲烷水合物的回收由于其在地下環(huán)境中不流動而是困難的，這是因?yàn)槠鋬H以固體 形式而存在。另外，甲烷水合物可以經(jīng)由稱作"升華"的現(xiàn)象而消失。升華是經(jīng)由更改化合 物的溫度或壓力而借以使化合物直接從固相變換到氣相的過程，其中不經(jīng)過中間液相。因 而，當(dāng)井下環(huán)境脆弱的壓力或溫度平衡被擾亂時，甲烷水合物升華，從而經(jīng)由巖層和海水而 向上逸出，接著從海水出來到大氣中，在大氣中其僅造成有爭議的溫室氣體問題。因此，經(jīng) 由將鉆井孔鉆到含烴巖層中以及使烴流動到鉆井孔中且向上流動到水面來回收烴類沉積 物的傳統(tǒng)方式是不可行的。
[0004] 鑒于前述內(nèi)容，本領(lǐng)域需要一種藉以從海底回收烴類氣體的經(jīng)濟(jì)有效的方法，從 而防止將有害氣體釋放到大氣中同時還對寶貴的烴加以支配以供進(jìn)一步使用。
【附圖說明】
[0005] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的特定例示性實(shí)施方案的用以從海底回收烴類氣體的組合 件；
[0006] 圖2A示出其中已定位本發(fā)明的例示性實(shí)施方案的海底的鳥瞰圖；以及
[0007] 圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的特定例示性實(shí)施方案的利用多個鉆井裝置的組合件的剖 面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下文將本發(fā)明的說明性實(shí)施方案和相關(guān)方法描述為可能將其用于用以從海底回 收烴類氣體的組合件和方法中。為了清晰性，本說明書中未描述實(shí)際實(shí)施方案或方法的所 有特征。而且，本文描述的"例示性"實(shí)施方案指本發(fā)明的實(shí)例。當(dāng)然將了解到，在任何此 類實(shí)際實(shí)施方案的開發(fā)中，必須進(jìn)行眾多實(shí)施方案特定決策以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例 如遵守系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，所述約束將在實(shí)施方案中有所不同。此外，將了解到此 類開發(fā)工作可能是復(fù)雜且耗費(fèi)時間的，但仍然將是受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī) 任務(wù)。本發(fā)明的各種實(shí)施方案和相關(guān)方法的其它方面和優(yōu)勢將根據(jù)考慮以下描述和附圖而 變得顯而易見。
[0009] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的特定例示性實(shí)施方案的用以從海底回收烴類氣體的組合 件10。組合件10包括定位在鉆井孔14的底部沿著含烴巖層15延伸的鉆井裝置12。鉆井 裝置12是自主的、自力推進(jìn)式鉆井裝置，例如Badger?鉆探器自力推進(jìn)式鉆井系統(tǒng)。然 而，受益于本公開的那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解多種其它此類自力推進(jìn)式鉆井裝置可以供 本發(fā)明利用。
[0010] 鉆井裝置12包括鉆頭20和用于在鉆井期間為鉆頭20供電的相關(guān)聯(lián)馬達(dá)（未圖 示）。盡管未圖示，但在特定例示性實(shí)施方案中，鉆井裝置12還可以包括在鉆井裝置的末端 的第二鉆頭，相反的鉆頭20。在此類實(shí)施方案中，將利用第二鉆頭來將鉆井裝置12鉆出鉆 井孔14,因此調(diào)適鉆井裝置12以沿著鉆井孔14在向前或向后方向上鉆孔。一個或多個傳 感器22和相關(guān)聯(lián)的測井電路沿著鉆井裝置12定位，以便感測含烴巖層15內(nèi)的烴類沉積物 (例如，甲烷水合物）的存在?？梢越Y(jié)合傳感器22來利用多種傳感器和感測方法，如受益于 本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將要了解。所述傳感器可以采用聲學(xué)（聲波或超聲波）、介電、電 阻率、原子能或某一其它合適傳感器的形式。在利用聲學(xué)裝置的那些實(shí)施方案中，所射入的 聲學(xué)脈沖可以在例如2-40KHZ的頻率下射入，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要了解。
[0011] 另外，鉆井裝置12包括用以致使位于含烴巖層15中的烴類沉積物的升華的升華 機(jī)構(gòu)24。如將由受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，升華將導(dǎo)致烴類氣體26從含烴巖層 15釋放且從海床（或海底）上升離開。例示性烴類沉積物包括（例如）甲烷水合物（CH4)。 如下文將描述，鉆井裝置12經(jīng)由使用升華機(jī)構(gòu)24將致使存在于含烴巖層15的升華范圍25 內(nèi)的那些結(jié)晶的水合物沉積物直接從結(jié)晶相或冰相直接升華到氣體26,氣體26將借此經(jīng) 由含烴巖層15釋放且離開海床。
[0012] 在特定實(shí)施方案中，例示性升華機(jī)構(gòu)可以包括（例如）一個或多個振動引發(fā)機(jī)構(gòu)、 聲脈沖/沖擊波引發(fā)機(jī)構(gòu)或溫度引發(fā)機(jī)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中聲脈沖/沖擊波引發(fā)機(jī)構(gòu)可 以引發(fā)50-400HZ下的脈沖。振動引發(fā)機(jī)構(gòu)可以采用多種形式，包括例如定位在鉆井裝置12 內(nèi)的自動調(diào)諧離心質(zhì)量振動器。其它實(shí)施方案可以包括例如壓電式裝置、電力或液壓激活 錘等。溫度引發(fā)機(jī)構(gòu)可以是例如利用例如用于微波發(fā)射系統(tǒng)中的技術(shù)的電磁裝置。此外，升 華范圍25 (升華機(jī)構(gòu)24引發(fā)升華的區(qū)域）的大小取決于升華機(jī)構(gòu)24的功率，如受益于本 公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解。然而，一旦沖擊波、振動或溫度變更射入或引入到烴類沉積 物中，升華范圍25內(nèi)的水合物將直接升華到烴類氣體26且經(jīng)由含烴巖層15釋放到海床。
[0013] 電纜16a耦接到鉆井裝置12且向上延伸到吊艙18。在特定實(shí)施方案中，第二電纜 16b從吊艙18向上延伸到水面船舶36,借此可以遠(yuǎn)程控制鉆井裝置12。水面船舶36可以 是合適的收集船舶，例如駁船、輪船或浮動生產(chǎn)船舶，如受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將 了解。吊艙18包括數(shù)據(jù)分析、存儲和鉆井裝置12與水面船舶36之間的雙向通信所必須的 處理能力和相關(guān)聯(lián)電路。在特定實(shí)施方案中，電纜16a發(fā)射操作鉆井裝置12所必須的電功 率和數(shù)據(jù)，而16b提供與水面船舶36的雙向通信。然而，在其它例示性實(shí)施方案中，鉆井裝 置12可以包括獨(dú)立于吊艙18自身操作所必須的船上電力系統(tǒng)、處理器、通信電路或相關(guān)聯(lián) 電路。受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易顯而易見鉆井裝置12的這些和其它組態(tài)。 [0014] 仍然參考圖1的例示性實(shí)施方案，鉆井孔14從海床起點(diǎn)28向下延伸到含烴巖層 15中。氣囊30定位在海床起點(diǎn)28和海床的在升華范圍25內(nèi)的部分上，以便在烴類氣體26 經(jīng)由含烴巖層15向上釋放到海床時捕捉所述烴類氣體26。氣囊30延伸超出海床起點(diǎn)28 的外徑和升華范圍25 -定的距離，以便減小烴類氣體28逸出氣囊30周圍的可能性。在特 定實(shí)施方案中，氣囊30延伸超出海床起點(diǎn)100英尺或更多。然而，氣囊30通過長釘32或 某一其它穩(wěn)定器而緊固到海床。在特定例示性實(shí)施方案中，氣囊30可以包括充分加重以將 氣囊30緊固到海床的邊緣。存在用以將氣囊緊固在海床起點(diǎn)28上方的多種方式，如受益 于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將要了解。
[0015] 參看圖2A，示出含烴巖層15的海床的鳥瞰圖。在特定例示性實(shí)施方案中，通過多 個鉆井裝置12同時鉆孔多個鉆井孔14a-i。還展示每一鉆井孔14a-i的對應(yīng)海床起點(diǎn)28。 然而，在其它實(shí)施方案中，通過單個鉆井裝置12依序鉆孔若干鉆井孔14a-i。如先前描述， 氣囊30延伸超出含有鉆井孔Ha-I的區(qū)及其相關(guān)聯(lián)升華范圍25足以防止和/或減小烴類 氣體26逸出氣囊30的可能性的距離（例如，所述區(qū)外部100英尺或更多）。含有鉆井孔 14a-i的區(qū)可以采用多種圖案，包括例如圓形、星形或矩形圖案。圖2B還通過展示由鉆井裝 置12a_d同時鉆孔若干鉆井孔14a_d來不出此概念。
[0016] 返回參看圖1，導(dǎo)管34定位在氣囊30的上部末端且向上延伸到水面船舶36。在 特定實(shí)施方案中，泵38耦接到導(dǎo)管34以便在氣囊30下方引入負(fù)壓力，因此有效地起作用 來將烴類氣體26向上拉出含烴巖層15。另外，泵38可以用以增加或減少氣囊30下方的壓 力，從而以其它方式控制或協(xié)助所述升華過程和烴類氣體26的流動。盡管未圖示，但可以 將脫水機(jī)構(gòu)定位在水面船舶36上以便從所收集的烴類氣體26移除水蒸氣。另外，還可以 將壓縮和存儲設(shè)備部署在水面船舶36上，如受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將要了解。
[0017] 參看圖1-圖2B，現(xiàn)將描述利用本發(fā)明的實(shí)施方案的例示性操作。水面船舶36定 位在感興趣的海床和多個鉆井裝置12上方，且相關(guān)聯(lián)的吊艙18通過例如從輪船、駁船通過 使用起重機(jī)或通過使用遙控式潛水器（ROV)而將所述裝置下降到海床而經(jīng)部署。一旦將鉆 井裝置12定位在海床上適當(dāng)位置處，氣囊30即經(jīng)部署和緊固在其中將進(jìn)行鉆孔的多個鉆 井孔14的區(qū)上方。其后，鉆井裝置12開始從其相應(yīng)海床起點(diǎn)28對多個鉆井孔14進(jìn)行鉆 孔。
[0018] 在鉆井裝置12繼續(xù)鉆孔到含烴巖層15中時，所述鉆井裝置的相應(yīng)傳感器22將檢 測鉆井裝置12附近的烴類沉積物的存在。在特定實(shí)施方案中，鉆井裝置12將繼續(xù)鉆孔直 到其已檢測到烴類沉積物的基質(zhì)為止。然而，一旦檢測到，在鉆井裝置12上的處理電路即 將起始升華機(jī)構(gòu)24的操作，借此進(jìn)行所需的升華操作。舉例來說，在利用聲學(xué)機(jī)構(gòu)的那些 實(shí)施方案中，通過升華機(jī)構(gòu)24將一個或多個沖擊波射入到包括結(jié)晶水合物的周圍巖層中。 在利用溫度引發(fā)機(jī)構(gòu)的那些實(shí)施方案中，升華機(jī)構(gòu)24使周圍巖層加熱到足以使結(jié)晶水合 物升華的溫度。在利用振動引發(fā)機(jī)構(gòu)的那些實(shí)施方案中，升華機(jī)構(gòu)24將產(chǎn)生足以使升華范 圍25內(nèi)的周圍結(jié)晶水合物升華的振動。然而，響應(yīng)于升華機(jī)構(gòu)24所引入的攪動，結(jié)晶水合 物接著升華為烴類氣體26,所述氣體接著經(jīng)由含烴巖層15向上釋放。
[0019] 一旦被捕捉到氣囊30中，即經(jīng)由導(dǎo)管34來傳送所釋放烴類氣體26且向上送到水 面船舶36。所釋放烴類氣體26接著可以收集在位于水面船舶36上的合適的收集船舶中。 如先前描述，所釋放烴類氣體26可以是例如甲烷氣體。在特定實(shí)施方案中，可以利用泵38 來更改氣囊30下方的壓力，以便協(xié)助或加速烴類氣體26從鉆井孔14的釋放。
[0020] 另外，特定例示性實(shí)施方案利用脫水機(jī)構(gòu)來使所收集的烴類氣體26脫水。其后， 一旦鉆井孔14使氣體耗盡，鉆井裝置12即可以使其自身反轉(zhuǎn)來返回鉆出鉆井孔14,如先前 描述。然而，在其它實(shí)施方案中，鉆井裝置12可以僅保持埋在其相應(yīng)鉆井孔14中。此外， 在利用單個鉆井裝置12來對多個鉆井孔14進(jìn)行鉆孔的那些實(shí)施方案中，一旦已對第一鉆 井孔14進(jìn)行鉆孔，鉆井裝置12即將其自身鉆出鉆井孔14且開始對第二鉆井孔14進(jìn)行鉆 孔，其中重復(fù)相同的過程。
[0021] 因此，本文所描述的本發(fā)明的例示性實(shí)施方案提供用于從海床回收烴類水合物的 有