用于海底烃类气体回收的组合件和方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及海底油气勘探，且更具体来说，涉及用于从海底回收烃类气体 的组合件和方法。
【背景技术】
[0002] 在常规海底钻井作业期间，烃类气体有时会从岩层释放出来到大气中。一个此类 实例是甲烷气体，其作为甲烷水合物而存在于海底岩层中，结晶的甲烷沉积物主要大量位 于海洋底部下方较浅深度处。另外，此结晶的甲烷可以盖住气态甲烷的甚至更大沉积物。
[0003] 甲烷水合物的回收由于其在地下环境中不流动而是困难的，这是因为其仅以固体 形式而存在。另外，甲烷水合物可以经由称作"升华"的现象而消失。升华是经由更改化合 物的温度或压力而借以使化合物直接从固相变换到气相的过程，其中不经过中间液相。因 而，当井下环境脆弱的压力或温度平衡被扰乱时，甲烷水合物升华，从而经由岩层和海水而 向上逸出，接着从海水出来到大气中，在大气中其仅造成有争议的温室气体问题。因此，经 由将钻井孔钻到含烃岩层中以及使烃流动到钻井孔中且向上流动到水面来回收烃类沉积 物的传统方式是不可行的。
[0004] 鉴于前述内容，本领域需要一种藉以从海底回收烃类气体的经济有效的方法，从 而防止将有害气体释放到大气中同时还对宝贵的烃加以支配以供进一步使用。
【附图说明】
[0005] 图1示出根据本发明的特定例示性实施方案的用以从海底回收烃类气体的组合 件；
[0006] 图2A示出其中已定位本发明的例示性实施方案的海底的鸟瞰图；以及
[0007] 图2B示出根据本发明的特定例示性实施方案的利用多个钻井装置的组合件的剖 面图。
【具体实施方式】
[0008] 下文将本发明的说明性实施方案和相关方法描述为可能将其用于用以从海底回 收烃类气体的组合件和方法中。为了清晰性，本说明书中未描述实际实施方案或方法的所 有特征。而且，本文描述的"例示性"实施方案指本发明的实例。当然将了解到，在任何此 类实际实施方案的开发中，必须进行众多实施方案特定决策以实现开发者的特定目标，例 如遵守系统相关和商业相关的约束，所述约束将在实施方案中有所不同。此外，将了解到此 类开发工作可能是复杂且耗费时间的，但仍然将是受益于本公开的本领域技术人员的常规 任务。本发明的各种实施方案和相关方法的其它方面和优势将根据考虑以下描述和附图而 变得显而易见。
[0009] 图1示出根据本发明的特定例示性实施方案的用以从海底回收烃类气体的组合 件10。组合件10包括定位在钻井孔14的底部沿着含烃岩层15延伸的钻井装置12。钻井 装置12是自主的、自力推进式钻井装置，例如Badger?钻探器自力推进式钻井系统。然 而，受益于本公开的那些本领域技术人员将了解多种其它此类自力推进式钻井装置可以供 本发明利用。
[0010] 钻井装置12包括钻头20和用于在钻井期间为钻头20供电的相关联马达（未图 示）。尽管未图示，但在特定例示性实施方案中，钻井装置12还可以包括在钻井装置的末端 的第二钻头，相反的钻头20。在此类实施方案中，将利用第二钻头来将钻井装置12钻出钻 井孔14,因此调适钻井装置12以沿着钻井孔14在向前或向后方向上钻孔。一个或多个传 感器22和相关联的测井电路沿着钻井装置12定位，以便感测含烃岩层15内的烃类沉积物 (例如，甲烷水合物）的存在。可以结合传感器22来利用多种传感器和感测方法，如受益于 本公开的本领域技术人员将要了解。所述传感器可以采用声学（声波或超声波）、介电、电 阻率、原子能或某一其它合适传感器的形式。在利用声学装置的那些实施方案中，所射入的 声学脉冲可以在例如2-40KHZ的频率下射入，如本领域的技术人员将要了解。
[0011] 另外，钻井装置12包括用以致使位于含烃岩层15中的烃类沉积物的升华的升华 机构24。如将由受益于本公开的本领域技术人员理解，升华将导致烃类气体26从含烃岩层 15释放且从海床（或海底）上升离开。例示性烃类沉积物包括（例如）甲烷水合物（CH4)。 如下文将描述，钻井装置12经由使用升华机构24将致使存在于含烃岩层15的升华范围25 内的那些结晶的水合物沉积物直接从结晶相或冰相直接升华到气体26,气体26将借此经 由含烃岩层15释放且离开海床。
[0012] 在特定实施方案中，例示性升华机构可以包括（例如）一个或多个振动引发机构、 声脉冲/冲击波引发机构或温度引发机构。在一些实施方案中声脉冲/冲击波引发机构可 以引发50-400HZ下的脉冲。振动引发机构可以采用多种形式，包括例如定位在钻井装置12 内的自动调谐离心质量振动器。其它实施方案可以包括例如压电式装置、电力或液压激活 锤等。温度引发机构可以是例如利用例如用于微波发射系统中的技术的电磁装置。此外，升 华范围25 (升华机构24引发升华的区域）的大小取决于升华机构24的功率，如受益于本 公开的本领域技术人员将了解。然而，一旦冲击波、振动或温度变更射入或引入到烃类沉积 物中，升华范围25内的水合物将直接升华到烃类气体26且经由含烃岩层15释放到海床。
[0013] 电缆16a耦接到钻井装置12且向上延伸到吊舱18。在特定实施方案中，第二电缆 16b从吊舱18向上延伸到水面船舶36,借此可以远程控制钻井装置12。水面船舶36可以 是合适的收集船舶，例如驳船、轮船或浮动生产船舶，如受益于本公开的本领域技术人员将 了解。吊舱18包括数据分析、存储和钻井装置12与水面船舶36之间的双向通信所必须的 处理能力和相关联电路。在特定实施方案中，电缆16a发射操作钻井装置12所必须的电功 率和数据，而16b提供与水面船舶36的双向通信。然而，在其它例示性实施方案中，钻井装 置12可以包括独立于吊舱18自身操作所必须的船上电力系统、处理器、通信电路或相关联 电路。受益于本公开的本领域技术人员将容易显而易见钻井装置12的这些和其它组态。 [0014] 仍然参考图1的例示性实施方案，钻井孔14从海床起点28向下延伸到含烃岩层 15中。气囊30定位在海床起点28和海床的在升华范围25内的部分上，以便在烃类气体26 经由含烃岩层15向上释放到海床时捕捉所述烃类气体26。气囊30延伸超出海床起点28 的外径和升华范围25 -定的距离，以便减小烃类气体28逸出气囊30周围的可能性。在特 定实施方案中，气囊30延伸超出海床起点100英尺或更多。然而，气囊30通过长钉32或 某一其它稳定器而紧固到海床。在特定例示性实施方案中，气囊30可以包括充分加重以将 气囊30紧固到海床的边缘。存在用以将气囊紧固在海床起点28上方的多种方式，如受益 于本公开的本领域技术人员将要了解。
[0015] 参看图2A，示出含烃岩层15的海床的鸟瞰图。在特定例示性实施方案中，通过多 个钻井装置12同时钻孔多个钻井孔14a-i。还展示每一钻井孔14a-i的对应海床起点28。 然而，在其它实施方案中，通过单个钻井装置12依序钻孔若干钻井孔14a-i。如先前描述， 气囊30延伸超出含有钻井孔Ha-I的区及其相关联升华范围25足以防止和/或减小烃类 气体26逸出气囊30的可能性的距离（例如，所述区外部100英尺或更多）。含有钻井孔 14a-i的区可以采用多种图案，包括例如圆形、星形或矩形图案。图2B还通过展示由钻井装 置12a_d同时钻孔若干钻井孔14a_d来不出此概念。
[0016] 返回参看图1，导管34定位在气囊30的上部末端且向上延伸到水面船舶36。在 特定实施方案中，泵38耦接到导管34以便在气囊30下方引入负压力，因此有效地起作用 来将烃类气体26向上拉出含烃岩层15。另外，泵38可以用以增加或减少气囊30下方的压 力，从而以其它方式控制或协助所述升华过程和烃类气体26的流动。尽管未图示，但可以 将脱水机构定位在水面船舶36上以便从所收集的烃类气体26移除水蒸气。另外，还可以 将压缩和存储设备部署在水面船舶36上，如受益于本公开的本领域技术人员将要了解。
[0017] 参看图1-图2B，现将描述利用本发明的实施方案的例示性操作。水面船舶36定 位在感兴趣的海床和多个钻井装置12上方，且相关联的吊舱18通过例如从轮船、驳船通过 使用起重机或通过使用遥控式潜水器（ROV)而将所述装置下降到海床而经部署。一旦将钻 井装置12定位在海床上适当位置处，气囊30即经部署和紧固在其中将进行钻孔的多个钻 井孔14的区上方。其后，钻井装置12开始从其相应海床起点28对多个钻井孔14进行钻 孔。
[0018] 在钻井装置12继续钻孔到含烃岩层15中时，所述钻井装置的相应传感器22将检 测钻井装置12附近的烃类沉积物的存在。在特定实施方案中，钻井装置12将继续钻孔直 到其已检测到烃类沉积物的基质为止。然而，一旦检测到，在钻井装置12上的处理电路即 将起始升华机构24的操作，借此进行所需的升华操作。举例来说，在利用声学机构的那些 实施方案中，通过升华机构24将一个或多个冲击波射入到包括结晶水合物的周围岩层中。 在利用温度引发机构的那些实施方案中，升华机构24使周围岩层加热到足以使结晶水合 物升华的温度。在利用振动引发机构的那些实施方案中，升华机构24将产生足以使升华范 围25内的周围结晶水合物升华的振动。然而，响应于升华机构24所引入的搅动，结晶水合 物接着升华为烃类气体26,所述气体接着经由含烃岩层15向上释放。
[0019] 一旦被捕捉到气囊30中，即经由导管34来传送所释放烃类气体26且向上送到水 面船舶36。所释放烃类气体26接着可以收集在位于水面船舶36上的合适的收集船舶中。 如先前描述，所释放烃类气体26可以是例如甲烷气体。在特定实施方案中，可以利用泵38 来更改气囊30下方的压力，以便协助或加速烃类气体26从钻井孔14的释放。
[0020] 另外，特定例示性实施方案利用脱水机构来使所收集的烃类气体26脱水。其后， 一旦钻井孔14使气体耗尽，钻井装置12即可以使其自身反转来返回钻出钻井孔14,如先前 描述。然而，在其它实施方案中，钻井装置12可以仅保持埋在其相应钻井孔14中。此外， 在利用单个钻井装置12来对多个钻井孔14进行钻孔的那些实施方案中，一旦已对第一钻 井孔14进行钻孔，钻井装置12即将其自身钻出钻井孔14且开始对第二钻井孔14进行钻 孔，其中重复相同的过程。
[0021] 因此，本文所描述的本发明的例示性实施方案提供用于从海床回收烃类水合物的 有