Способ разработки месторождения и обработки морских донных отложений

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ОБРАБОТКИ МОРСКИХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Способ и устройство для разработки месторождения и обработки морских донных отложений,включающие стадии разрушения отложений на морском дне (3) для формирования суспензии,транспортировку суспензии на поверхность по эксплуатационной колонне (6) и обработку на поверхности суспензии для отделения гидратов и удаления гидратов из суспензии в газообразной форме. Суспензия также может содержать сапропель и минералы и может быть разделена на обогащенный минералами поток и обогащенный сапропелем поток, каждый из которых может быть подвергнут дополнительной обработке. Патричу Дан костаке (RO) Медведев В.Н. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: МАРИН РЕСОРСИЗ ЭКСПЛОРЕЙШН ИНТЕРНЕШНЛ БВ (NL) Изобретение относится к способу разработки месторождения и обработки морских донных отложений. В настоящее время в области добычи на морском дне имеет место минимальная активность. Это та область, которую начинают разрабатывать такие компании, как Nautilus Minerals, которые применяют технологии с использованием машин на гусеничном ходу для добычи сульфидных минералов с морского дна. Фирма De Beers также использует ряд способов разработки месторождений. Они включают горизонтальную систему, в которой подводная машина на гусеничном ходу доставляет алмазосодержащий галечник в судно на поверхности, и вертикальную систему, в которой алмазосодержащий галечник извлекают на поверхность с морского дна с помощью буровой установки. Изобретение также относится к области добычи газовых гидратов. Предложены разнообразные подходы для извлечения газа из газогидратов, которые существуют в подземной геологической формации, способом, включающим традиционное бурение скважины, подобной бурению, которое используют в нефте- и газодобывающей промышленности, для внедрения в содержащий гидраты пласт, и затем инициирование отделения гидрата сбросом давления или повышением температуры и/или путем химической стимуляции. Изобретение направлено на создание нового способа разработки месторождения на морском дне для извлечения материалов, которые ранее не извлекались. Согласно настоящему изобретению создан способ разработки месторождения на морском дне, содержащий следующие стадии: 1) разрушение отложения на морском дне для формирования суспензии; 2) транспортировка суспензии на поверхность и 3) обработка на поверхности суспензии для отделения гидратов и удаления гидратов из суспензии в газообразной форме. Изобретение представляет способ разработки месторождения на морском дне для извлечения газового потока из газогидратов. Суспензия, из которой был выделен газ, может быть выпущена или может быть дополнительно обработана, как отмечено ниже, для получения дополнительных конечных продуктов. Отложение может быть разрушено с помощью гидравлической системы фильтрационного противодавления. Однако это производят предпочтительно с помощью инструмента для добычи на гусеничном ходу с дистанционным управлением, поскольку он способен механически разрушать осадочную породу. При некоторых обстоятельствах, в зависимости от геологических характеристик отложения или от способа его добычи с морского дна транспортируемая на поверхность суспензия может не содержать слишком крупные частицы. Однако предпочтительно способ дополнительно включает стадию, на которой суспензию пропускают через сито для удаления более крупных частиц до стадии 3). Газ, извлеченный из гидратов, может быть просто транспортирован для использования без дополнительной обработки. Однако предпочтительно его сжижают или сжимают для упрощения дальнейшего обращения с ним. Сжатый газ может быть направлен на морское дно, чтобы облегчить транспортировку суспензии на поверхность. Если суспензия содержит чрезмерное количество морской воды, она может быть подвергнута обработке на стадии обезвоживания. Стадии 1)-3) способа могут быть проведены на месте добычи вдали от берега. Как только газ был извлечен и, выборочно, избыточная вода была удалена на стадии обезвоживания, суспензию предпочтительно транспортируют на рабочую площадку на берегу для дополнительной обработки. Во время такой транспортировки суспензию предпочтительно перемешивают для предотвращения осаждения различных материалов, которые в противном случае могли бы осложнить дальнейшую переработку суспензии. Суспензия, из которой на стадии 3) был извлечен газ, затем может быть подвергнута дополнительной обработке. В одном варианте применения эта суспензия будет содержать минералы и сапропель. Сапропель представляет собой известное наименование такого сорта донных отложений, которые обогащены органическим веществом. Способ дополнительно включает стадию, на которой суспензию разделяют на обогащенный минералами поток и обогащенный сапропелем поток. Во время этого разделения может быть дополнительно проведено обезвоживание. Альтернативно, два потока могут быть обезвожены по отдельности на последующей стадии. Обогащенный минералами поток может быть дополнительно разделен на несколько потоков, каждый из которых обогащен конкретным минералом. Обогащенный сапропелем поток предпочтительно обрабатывают для получения пригодного к использованию топлива и/или электроэнергии. Потоки могут быть разделены с помощью центрифуги для получения сапропеля и минеральных осаждений. Центрифуга может также обеспечить обезвоживание. Обогащенный сапропелем поток может быть подвергнут газификации для получения синтетического газа. Обогащенный минералами поток может быть подвергнут дополнительному разделению для получения по отдельности сульфидных минералов, оксидных минералов или металлов. Согласно второму аспекту настоящего изобретения представлено устройство для разработки место-1 018733 рождения и обработки морских донных отложений, содержащее инструмент для добычи на гусеничном ходу для перемещения по морскому дну и формирования суспензии, эксплуатационную колонну для транспортировки суспензии от указанного инструмента на поверхность, первый сепаратор для разложения гидратов и удаления гидратов из суспензии в газообразной форме на поверхности. Второй сепаратор предпочтительно используют для разделения суспензии на обогащенный минералами поток и обогащенный сапропелем поток. Третий сепаратор предпочтительно предназначен для разделения обогащенного минералами потока на несколько потоков, каждый из которых обогащен конкретным минералом. Установку для обработки сапропеля предпочтительно применяют для обработки обогащенного сапропелем потока для получения пригодного к применению топлива. Вариант способа и устройства в соответствии с настоящим изобретением ниже описан со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 схематически изображает компоненты системы морской добычи и фиг. 2 схематически изображает компоненты системы, находящиеся на берегу. Компоненты системы морской добычи сосредоточены вокруг плавучей добычной платформы 1, которая несет на себе разнообразные компоненты производственного оборудования, подробно описанные ниже. Разработку месторождения на морском дне проводят с помощью инструмента 2 для добычи на гусеничном ходу, который предназначен для работы в морских глубинах вплоть до 2000 м и управляется блоком управления, находящимся на борту добычной платформы. Инструмент для добычи на гусеничном ходу представляет собой легкоподвижное в любом направлении транспортное средство в виде трактора, которое может перемещаться по морскому дну 3 и оснащено механизмом для механического извлечения отложений в форме механической режущей головки для разрушения отложений и уменьшения размеров частиц, объединенной с всасывающим устройством для извлечения разрушенных отложений. Инструмент приводится в движение гидравлическим двигателем, который имеет привод от гидравлической силовой установки 4 на плавучей платформе 1. Он соединен с платформой составным шлангом 5,который подводит гидравлическую и электрическую мощность для приведения в движение транспортного средства и управления им. Как скорость перемещения по морскому дну, так и глубина выемки грунта могут варьироваться для достижения желательной производительности добычи осадочной породы. Транспортное средство также оснащают источниками света и камерами замкнутой телевизионной системы для обеспечения контроля и направления и гидролокаторными устройствами для измерения толщины слоя осадочной породы. Инструмент 2 соединен с плавучей платформой 1 жестким трубопроводом, собранным из секций стальных труб, или гибкой эксплуатационной колонной 6, подобной таковой, которую применяют при морской промышленной добыче нефти и газа, изготовленной из композитного материала, включающего,но не ограничивающегося таковыми, спирально намотанные стальные проволоки для придания механической прочности, слои из резины и термопластических полимеров для обеспечения гибкости и изоляции. Колонна имеет внутренний диаметр между 200 и 600 мм. Диаметр рассчитывают для достижения оптимальной скорости потока вплоть до 20 м/с. Выкопанные осадочные породы смешиваются с морской водой с образованием суспензии. Ее перемещают на добычную платформу 1 с использованием комбинации вакуумного насоса, размещенного на инструменте 2 для добычи на гусеничном ходу для выполнения первоначального всасывания и подачи в колонну, и газлифтового устройства, с помощью которого сжатый газ нагнетают вдоль составного шланга 7 в нижнюю секцию колонны. Этим стимулируют перемещение суспензии и газовой смеси через эксплуатационную колонну 6 на платформу 1. Величину расхода потока суспензии регулируют вариацией производительности насоса или величины расхода нагнетаемого газа. Когда суспензия перемещается по эксплуатационной колонне 6, давление падает, и, естественно,газовые гидраты начинают отделяться. Этот процесс может быть стимулирован с использованием колец,генерирующих микроволновое излучение. На добычной плавучей платформе суспензию сначала пропускают через сортировочное сито 8, где крупные частицы удаляют путем очистки сита самопроизвольно или вручную. Сито, которое также может быть промывным ситом, представляет собой стационарный или ударный грохот или может быть горизонтальным ситом или наклонным ситом. Суспензия, которую пропустили через сито, содержит свободные газы и маленькие кусочки гидрата, которые еще не полностью разложились. Ее подают на линию 9 сепарации, которая включает циклон для отделения твердых веществ от суспензии с оставлением воды и газа, которые подают в двухфазный сепаратор. Величину давления и температуры вдоль линии 9 сепарации регулируют в зависимости от величины расхода потока и состава суспензии. Газы из сепаратора 9, которые могут включать метан,этан, пропан, сероводород и диоксид углерода, подают на стадию 10 дополнительной обработки, которая будет включать кондиционирование газа и установку для сжижения, такую как процесс на основе турбодетандера, который включает цикл охлаждения при расширении, такой как реверсивный цикл Брайтона. Сжатый или сжиженный газ подают в сборный танк 11. Сжатый или сжиженный газ затем направляют на транспортное судно 12 для перевозки сжатого/сжиженного газа на берег. Некоторую часть газа из сепаратора подают в газокомпрессорную систему 13, которая нагнетает газ к краулеру 2 по составному шлангу 7. Освобожденную от газа суспензию из линии 9 сепарации направляют в цистерну 14 для хранения суспензии, куда при необходимости добавляют дополнительную морскую воду, чтобы поддерживать суспензию в состоянии, пригодном для перекачивания ее в балкерные суда 15, оборудованные грузовыми танками для размещения суспензии. Грузовые танки содержат перемешивающие устройства и/или систему циркуляционного перекачивания для предотвращения расслоения на осадки и морскую воду внутри танков и поддерживания осадочных пород во взвешенном состоянии. Балкерные суда 13 также имеют системы подачи инертного газа и вентиляции для создания атмосферы инертного газа в танках,чтобы устранить присутствие кислорода и снизить опасность взрыва газо-воздушной смеси, образующейся в результате выделения любого остаточного газа внутри суспензии, и тем самым для перевозки суспензии в безопасных условиях. Фиг. 2 показывает обработку дегазированной суспензии из балкерных судов 15. Хотя этот процесс описан как проводимый на берегу, будет понятно, что этот процесс может быть также проведен в открытом море. Действительно, место, в которое суспензию транспортируют на берегу, может быть в любой точке в ходе обработки после извлечения суспензии с помощью инструмента 2 для добычи на гусеничном ходу. Отложение в дегазированной суспензии из балкерного судна 15 представляет собой смесь отложений, которые образовались или сконцентрировались во время седиментации и диагенеза. Оно обогащено минералами, в особенности существующими в виде сульфидов металлов в кристаллической форме, металлоорганических соединений, газогидратов и органического вещества, которое составлено сложной смесью из углеводородов с высокой молекулярной массой, насыщенных стеринов, алифатических кислот и гуминовых кислот. Суспензию с судна 15 сначала подают в устройство 20 для предварительного кондиционирования суспензии, представляющее собой отстойный резервуар, в котором остаточные газы 21,включающие метан, этан, пропан, сероводород и диоксид углерода, извлекают и направляют для объединения с синтез-газом, полученным из описанной ниже установки для газификации. Над суспензией легко образуется слой воды, и он может быть легко выпущен в виде потока 22 воды. Поток 23 подвергнутой предварительному кондиционированию суспензии направляют в трехходовую центрифугу 24, которая может представлять собой центрифугу фирмы Bikel Wolf корпорации AlphaLaval, которую используют в любом варианте применения, который включает воду в органическом отложении или смесь неорганической фазы, органической фазы и воды с различными плотностями. Центрифуга отделяет жидкостную фазу из морской воды в виде потока 25 сточных вод, который возвращают в море. Легкие твердые вещества, которые обогащены сапропелем, отделяют в виде потока 26 сапропеля,тогда как тяжелый осадок, собравшийся на дне центрифуги, содержит сульфиды металлов и металлоорганические соединения в виде минерального потока 27. Минеральный поток 27 обрабатывают с использованием общеизвестных способов обработки минерального сырья на стадии 28 обработки минералов. Для восстановления оксидных и сульфидных минералов используют способы экстрактивной металлургии, чтобы выделить желательные минералы восстановительными методами, включающими химические или электролитические способы. Во многих случаях для этого проводят электролиз, селективное плавление, фракционирование и электрическую обработку для получения отдельных металлических элементов или совместимых сплавов. В зависимости от конкретного состава сульфидов металлов, химическое восстановление может быть проведено с использованием различных способов, включающих применение водорода и восстановительную плавку в присутствии селективного восстановителя, предпочтительно кокса или древесного угля, и рафинирующего средства, для выделения чистых расплавленных металлов (таких как железо 29, магний 30 и алюминий 31 из отходов 32). Поток 26 сапропеля затем поступает на стадию 33 предварительного кондиционирования, в которой избыточную воду удаляют либо декантированием из отстойного резервуара, либо центрифугированием,для получения обезвоженного, частично обезвоженного или сухого органического вещества. Оно может быть использовано в качестве примешиваемого компонента для изготовления угольных или нефтекоксовых брикетов или для непосредственного сжигания в качестве топливной смеси. Однако предпочтительно кондиционированный поток 35 сапропеля подают в установку 34 для газификации, в которой его подвергают газификации частичным окислением органического вещества кислородом 36 с образованием сырьевого синтетического газа (синтез-газа), с использованием метода газификации угля по ФишеруТропшу, такого как способ газификации фирмы Шел, который повышает ценность процесса газификации благодаря встраиванию установок для газификации в силовую установку комбинированного цикла для производства электроэнергии. Полученный поток 37 синтез-газа затем пропускают через очистную установку 38, которая может обеспечивать отделение остаточных диоксида углерода, диоксида серы и избыточной воды, которая может быть отдельной или объединенной с установкой 34 для газификации, для получения чистого синтезгаза с технической характеристикой, необходимой для производства электроэнергии и водяного пара 39,чистого синтез-газа для применения 40 в рафинировании или получении углеводородов органическим синтезом 41. Установка 34 для газификации также производит отработанные стоки, которые содержат диоксид серы 42, из которого выделяют серу в установке 43 обработки серы известными способами типа процесса Клауса с образованием чистой серы. Диоксид серы может быть преобразован в серную кислоту 44 с использованием технологии Stratco-DuPont, или гранулированную серу 45 для модификации битума или бетона введением серы, или серу для промышленного применения 46. В зависимости от содержания минеральных веществ в установке 34 для газификации может быть также получена зола 47. Она обогащена микроэлементами, которые представляют собой подходящие смесевые компоненты для получения удобрений 48 в стадии 49. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разработки месторождения и обработки морских донных отложений, содержащий следующие стадии: 1) разрушение с помощью инструмента для добычи на гусеничном ходу с дистанционным управлением отложения на морском дне для формирования суспензии; 2) транспортировка суспензии на поверхность по эксплуатационной колонне; 3) обработка на поверхности суспензии для отделения и удаления гидратов из суспензии в газообразной форме; 4) транспортировка суспензии или компонентов дегазированной суспензии в местоположение на берегу. 2. Способ по п.1, в котором стадия 2) включает нагнетание сжатого газа на морское дно для облегчения транспортировки суспензии на поверхность. 3. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий стадию прохождения суспензии через сито для удаления более крупных частиц до или во время стадии 3). 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором газы, выделенные из гидратов, впоследствии сжижают. 5. Способ по любому из пп.1-3, в котором газы, выделенные из гидратов, впоследствии сжимают. 6. Способ по пп.2 и 5, в котором некоторое количество сжатых газов, выделенных из гидратов, нагнетают на морское дно для облегчения транспортировки суспензии на поверхность. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий перемешивание суспензии при ее транспортировке в местоположение на берегу. 8. Способ по п.7, дополнительно содержащий стадию частичного обезвоживания суспензии. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий стадию разделения суспензии на обогащенный минералами поток и обогащенный сапропелем поток. 10. Способ по пп.8 и 9, в котором стадии обезвоживания суспензии и разделения суспензии на обогащенный минералами поток и обогащенный сапропелем поток проводят одновременно в трехходовой центрифуге. 11. Способ по п.9, дополнительно содержащий стадию разделения обогащенного минералами потока на несколько потоков, каждый из которых обогащен конкретным минералом. 12. Способ по п.9 или 11, дополнительно содержащий стадию обработки обогащенного сапропелем потока для получения пригодных для применения топлива и/или электроэнергии. 13. Способ по п.11, в котором стадия разделения обогащенного минералами потока содержит разделение обогащенного минералами потока на отдельные сульфидные минералы, оксидные минералы или металлы. 14. Способ по п.12, в котором стадия обработки обогащенного сапропелем потока содержит газификацию обогащенного сапропелем потока для получения пригодных для применения топлива и/или электроэнергии. 15. Устройство для разработки месторождения и обработки морских донных отложений, содержащее инструмент для добычи на гусеничном ходу для перемещения по морскому дну и формирования суспензии, эксплуатационную колонну для транспортировки суспензии от указанного инструмента на поверхность, первый сепаратор для отделения гидратов и удаления гидратов из суспензии в газообразной форме на поверхности и средство для транспортировки суспензии или компонентов дегазированной суспензии в местоположение на берегу. 16. Устройство по п.15, дополнительно содержащее второй сепаратор для разделения суспензии на обогащенный минералами поток и обогащенный сапропелем поток. 17. Устройство по п.16, дополнительно содержащее третий сепаратор для разделения обогащенного минералами потока на несколько потоков, каждый из которых обогащен конкретным минералом. 18. Устройство по п.17, дополнительно содержащее установку для обработки сапропеля, для обработки обогащенного сапропелем потока для получения пригодных к применению топлива и/или электроэнергии.