一种深水天然气水合物开采系统及方法与流程

本发明涉及能源领域，更具体地涉及一种深水天然气水合物开采系统及方法。

背景技术：

1、天然气水合物是甲烷等烃类气体与水在高压低温条件下形成的笼形化合物，俗称可燃冰，天然气水合物主要分布在冻土带和海洋大陆坡500米-3000米水深的深水区，其中约95％储存在海洋深水区域；目前，天然气水合物的开采方法主要有注热开采法、降压开采法、注化学试剂开采法和二氧化碳置换法等。

2、公开号为cn109915084b的文件中公开了一种深水天然气水合物开采系统和深水天然气水合物开采方法：在浅水设置钻采平台，基于所述钻采平台向深水天然气水合物储层钻井以便形成大位移井，其中大位移井穿过自由天然气储层，从自由天然气储层采出天然气，以便通过所述大位移井降低深水天然气水合物储层的压力，利用降压开采法开采深水天然气水合物储层中的天然气水合物，具有产量高、建设成本低、风险小的优点，同时外井筒的一部分位于温度较高的浅水区的地层内，因此可以利用浅水区的地层加热注入到该外井筒内的流体，由此无需向流体提供额外的热量，就可以实现对深水天然气水合物储层的注热开采；但是该方法需要地层温度、压力处于长期稳定平衡环境，在未对风险进行提前预估的情况下贸然进行开采活动，会增加对深水天然气水合物开采的风险；同时随着水合物分解带走大量热能造成周围环境温度降低会影响产气效率，因此需要对产气效率进行实时监测，进而注入流体防止出现局部结冰阻塞气层而导致开采中断，由于输入过程中热能损失较大导致热效率较低，若一直不间断的注入流体，一定程度上会增加能耗与成本。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种深水天然气水合物开采系统及方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种深水天然气水合物开采系统，包括区域划分模块、数据采集模块、开采风险评估模块、权重分析模块、产气效率分析模块、风险预警模块、设备控制模块以及人机交互模块；

3、所述区域划分模块用于将开采区域划分为n个子区域，并标记为1、2、3…i…n；

4、所述数据采集模块用于采集各子区域的目标数据，并传输至开采风险评估模块；所述数据采集模块包括开采前数据采集单元、开采中数据采集单元以及开采后数据采集单元；

5、所述开采风险评估模块用于对开采前与开采中的风险指数进行评估，得出开采前风险指数与开采中风险指数；所述开采风险评估模块包括开采前风险评估单元、开采中风险评估单元以及开采后环境监测单元；

6、所述权重分析模块用于通过权重计算公式对各子区域的权重指数进行计算，并传输至风险预警模块；

7、所述权重计算公式为：，其中，kqi为第i个子区域开采前风险指数的权重指数；，其中，kzi为第i个子区域开采中风险指数的权重指数，dai为第i个子区域的开采前风险指数，dbi为第i个子区域的开采中风险指数；

8、所述产气效率分析模块用于对开采过程中的产气效率进行计算，并传输至设备控制模块；

9、所述风险预警模块用于对风险进行预警提示，包括：

10、综合风险计算单元：用于对综合风险指数进行计算，并传输至预警单元；

11、预警单元：用于对开采前风险指数、开采中风险指数、综合风险指数以及开采后环境监测单元的监测结果进行判别，并依据判别结果进行预警；

12、所述设备控制模块用于接收预警单元的判别结果，并对开采过程中的产气效率进行分析，并依据分析结果向开采设备发送相应控制指令；

13、所述人机交互模块用于对数据进行人机交互显示。

14、优选的，所述目标数据包括开采前数据、开采中数据以及开采后数据；所述开采前数据采集单元用于通过海底观测系统对开采前数据进行采集，并传输至开采前风险评估单元，所述开采中数据采集单元用于通过水下机器人对开采中数据进行采集，并传输至开采中风险评估单元与产气效率分析模块，所述开采后数据采集单元用于通过监测传感器对开采后数据进行采集，并传输至开采后环境监测单元；所述监测传感器为甲烷传感器与二氧化碳传感器。

15、优选的，所述开采前风险评估单元用于接收开采前数据采集单元的数据，对开采前的风险进行评估得到开采前风险指数，并传输至风险预警模块；所述开采中风险评估单元用于接收开采中数据采集单元的数据，通过分析开采中数据对开采中的风险进行评估，得到开采中风险指数，并传输至风险预警模块；所述开采后环境监测单元用于对开采后的周边大气与表层海水中的甲烷及二氧化碳含量进行监测，并将监测结果传输至风险预警模块。

16、优选的，所述开采前风险指数的计算公式为：，其中，dai为第i个子区域的开采前风险指数；将第一次采集的地层温度与地层压力分别记为w1与p1，则wit为第i个子区域第t次采集的地层温度，pit为第i个子区域第t次采集的地层压力，t为采集的总次数，wi´为第i个子区域的平均地层温度，，pi´为第i个子区域的平均地层压力，。

17、优选的，所述开采中风险指数的计算公式为：，其中，dbi为第i个子区域的开采中风险指数，d1i为第i个子区域的水深，d2i为第i个子区域的水合物沉积层深度，d3i为第i个子区域的海底斜坡坡角。

18、优选的，所述综合风险计算单元对综合风险指数进行计算的公式为：，其中，φ为综合风险指数。

19、优选的，所述产气效率分析模块对开采过程中的产气效率进行计算公式为：，其中，ηgj为开采过程中截止到第j个时刻的产气效率，qgj为开采过程中截止到第j个时刻的产气量，sgj为开采过程中截止到第j个时刻的时间段长度；设开始开采的时间点为第一个时间点，记为g1，开采结束的时间点为第g个时间点，记为gg，j=1、2、3……g，则gj为开采过程中的第j个时间点，。

20、一种深水天然气水合物开采方法，包括以下步骤：

21、步骤s11：将开采区域划分为n个子区域，并标记为1、2、3…i…n；

22、步骤s12：采集各子区域的目标数据，包括开采前数据、开采中数据以及开采后数据；

23、步骤s13：对开采前与开采中的风险指数进行评估，得到开采前风险指数与开采中风险指数，同时对开采后的周边大气与表层海水中的甲烷及二氧化碳含量进行监测；

24、步骤s14：通过权重计算公式对子区域的权重指数进行计算；

25、步骤s15：基于步骤s13与步骤s14的数据对综合风险指数进行计算，得出综合风险系数，并对开采前风险指数、开采中风险指数、综合风险指数以及开采后的监测结果进行判别，并依据判别结果进行预警；

26、步骤s16：对开采过程中的产气效率进行计算；

27、步骤s17：基于步骤s15中的判别结果与步骤s16中的产气效率，向开采设备发送相应控制指令；

28、步骤s18：将所有数据进行人机交互显示。

29、本发明的技术效果和优点：

30、（1）本发明通过设有开采前风险评估单元、开采中风险评估单元以及权重分析模块，有利于通过对开采前的风险进行评估得到开采前风险指数，对开采中的风险进行评估，得到开采中风险指数，并通过权重计算公式对子区域的权重指数进行计算，进而对综合风险指数进行计算，在开采前对开采前的风险进行提前评估，获取地层温度与压力的稳定情况，大大降低开采前的风险，提高了风险预先获知度，同时利用权重指数对综合风险进行评估，从而获取开采过程中的综合风险，提前进行相应预警措施，防止突发情况的产生而造成不可逆的损失。

31、（2）本发明通过设有产气效率分析模块，有利于对产气效率进行实时监测与分析，防止出现结冰阻塞气层而导致开采中断的情况，能够及时控制设备在需要的时候注入流体，降低能耗与成本。