“可燃冰”新一轮专利竞赛即将开始
2007-6-27 9:51:37
世界石油网讯：天然气水合物俗称"可燃冰"、"固体瓦斯"。世界发达国家都计划在2010年前后实现海底可燃冰的商业化开采。因此，今后三年将是国外大规模开展试验开采、装备设计、工艺探索的阶段。大量的技术创新将应运而生。相应地，可燃冰相关的专利申请也将大量增加，出现新一轮的专利部署竞赛。
从国外专利布局看，可燃冰相关的专利申请主要分布在方法、系统、平台、配套装置、综合装备等领域，还没有延伸到工业生产的技术细节：
第一，开采技术。该类专利文献主要涉及方法、系统，涉及装置、设备的文献较少，而且一般仅覆盖器械的宏观设计、集成，不延及技术细节。例如，CA2575168号文献涉及一种天然气水合物开采方法。它至少使用一个井眼，从井眼穿透天然气水合物矿层，进入一个更深的含水层，含水层可向天然气水合物矿层注入热水，从而导致水合物分解，释放天然气。该方法中，流体控制、监视器可用来管理含水层的水体利用，以及操作水合物的气体释放。GC0000182号文献涉及一种适合开采天然气水合物、重油、沥青沙等的人工蓄水层技术。CA2537708号文献涉及一种从水合物地质矿藏生产天然气的技术。
再例如，WO03021079号文献涉及一种水合物矿藏的开采方法。UA8548U号文献涉及一种用电磁波振动加热开采水合物矿层的方法。JP2006111819号文献涉及一种天然气水合物开采设备。CA2522634号文献涉及一种天然气水合物矿层的热激开采方法和设备。US2003178195号文献涉及一种从地下开采天然气水合物矿藏的方法、系统。
第二，气相物质分离技术。从固体或者浆体中分离气相物质，尤其是天然气，是一个非常基础的技术问题，但是有很多不同的解决路线。例如，US2007092438号文献涉及一种在预先设定的输送压力条件下，从水合物生成和输送天然气的方法、设备。WO2007019630号文献涉及一种水底开采条件下基于热交换的天然气水合物分解技术。WO2007056419号文献涉及一种通过水合作用去除天然气中惰性气体的方法。
US2006113079号文献涉及一种从水合物矿藏生产天然气的方法和设备。其中，一个装置穿过井眼，进入水合物矿层，另一供热装置向前述装置提供热量，使水合物分解，释放天然气。前述装置采集这些有用气体，输送到特定装置实施储运。
第三，可燃冰制备技术。这也是一个专利分布较为密集的领域。例如，US2006272805号文献涉及一种天然气水合物的制备和控制技术。US2004143145号文献涉及一种制备水合物的方法。AU778742B号文献涉及一种天然气水合物，以及制备它的方法。GB2348437号文献涉及一种制备、处理、运输、储存固体天然气水合物的方法。GB2347938号文献涉及一种水合物的制造方法与设备。US5473904号文献涉及一种水合物的制造、运输、分离方法和设备。US6111155号文献涉及一种在两个以上水合区域制备水合物的方法。
第四，水合物抑制、监测技术。该领域主要是水合物抑制剂发明，也有少量水合状态监测、报警发明。例如，WO2007054226号文献涉及一种酯酸作为天然气水合抑制剂的用途发明，该抑制剂具有更好的生物降解效果。US2007054812号文献涉及一种在水基流体中抑制天然气水合物形成的抑制剂，及其使用方法。该抑制剂组分是，10％至55％的单甘油酯，15％至32％的双甘油酯，5％至12％的三甘油酯，0至10％的羧基盐酸，以及0至45％的无机盐。US2007032689号文献涉及一种天然气水合物抑制剂。WO2006087112号文献涉及一种聚酯在天然气水合物抑制剂中的用途发明。
此外，US2006218852号文献涉及一种在流体中控制水合物结晶产生的方法。EP1450004号文献涉及一种抑制天然气水合物形成的添加剂。EP1449940号文献涉及一种水溶性、生物降解性好的天然气水合物抑制剂。WO0032545号文献涉及一种用管道运输含水和碳氢化合物的流体时，阻止、迟滞天然气水合物形成的方法及组合物。
我国公开的可燃冰专利文献也已经覆盖各主要技术领域。其中，以中科院为主的国内院校公开的专利文献最多。从文献看，我国一些单位也已经进入主要装备的研发、设计阶段：
第一，矿井井网设计技术。例如，中国科学院广州能源研究所的200510100812.4号文献涉及一种地下分解开采天然气水合物的新型井网布置方法。它使用主管道、注入管网、采气管网等，主管道采用同轴式套管结构，主管道的内外管都要进行保温处理，从内管流动注入物质，从外套层向上输送天然气。在天然气水合物层内，采气管和注入管均采用多根管道，呈放射状布置；采气管布置在注入管上部，在采气管上开一系列朝下的圆孔，收集上升的气体；在注入管上设置一系列朝上的圆孔。采气管和注入管总是成对布置，根据天然气水合物层的厚度，可以布置一对或者多对。
第二，钻井技术。例如，中国科学院广州能源研究所的200410051541.3号文献涉及一种海洋天然气水合物开采钻进方法和装置。它使用包括三层流体循环通道的钻进装置进行水合物开采。第一层为钻杆中空，用于产生高速射流；第二层为钻杆和套管间环空，用于导入海水；第三层为套管和地层井眼井壁间环空，用于将水合物、泥砂与水的混合物导出。
第三，天然气海面分离技术。例如，中国科学院广州能源研究所的200410051542.8号文献涉及一种海洋天然气水合物开采的方法及装置。方法包括：对海底天然气水合物层进行开采；在海底进行泥沙分离，将与泥沙分离后的天然气水合物、分解气体和水的混合物传送到位于海平面的分解装置；加热海平面的海水；将加热后的热水或蒸汽导入分解装置用于分解；分解后的天然气和海水分别导出。相关装置包括钻进设备、泥沙分离装置、海水加热设备、水合物分解装置、天然气导出管道等。
第四，通用开采技术。例如，中国科学院广州能源研究所的200410051543.2号文献涉及一种海洋天然气水合物开采的方法及装置。中国科学院过程工程研究所的200510063148.0号文献涉及一种海底天然气水合物的开采方法及系统。方法包括：建造一个海上天然气水合物开采平台；将加热介质经保温管道通入海底换热器；加热和融化海底的天然气水合物固体，使之变成气液两相的混合物，然后提升到平台上，分离出天然气；所得天然气部分用作联合循环发电系统的燃料发电，另一部分以天然气水合物的形式储存到天然气储运驳船上，由驳船进一步执行天然气的存储、运输和分配任务。相关系统包括：海上平台、燃气轮机、蒸汽轮机；三段蒸汽加热器；海底换热器；甲烷压缩机；深水泵；海底缓冲罐；用于控制平台移动的水下机器人等。
第五，催化开采技术。例如，中国科学院广州能源研究所的200610037582.6号文献涉及一种用原位催化氧化热化学法开采天然气水合物的方法及装置。首先，向水合物储层注入水合物分解促进剂，分解天然气水合物；在安装于开采井下的催化氧化燃烧器中加热载热流体；将载热流体泵入水合物储层供给天然气水合物分解所需的热能；将催化氧化燃烧产生的二氧化碳气体注入水合物储层。
第六，热激开采技术。例如，中国科学院广州能源研究所的200410052338.8号文献涉及一种利用微波加热开采天然气水合物的方法及装置。方法包括：微波发生装置产生微波；通过地面传输管线和微波转换装置将微波送到井口装置；井口装置通过微波传输装置发送微波，微波通过微波接收装置或直接到达水合物储层，对水合物储层进行加热；水合物储层分解成天然气和水；天然气通过采气管线输出。相关装置包含微波发生装置、微波转换装置、微波传输装置，还可包含微波接收装置。微波传输装置使微波能够到达水合物储层。中国科学院广州能源研究所的200410077272.8号文献涉及一种开采天然气水合物的方法及装置。
第七，天然气储存技术。例如，中山大学的200610123575.8号文献涉及一种水合－吸附结合的天然气储存方法。它采用含有溶液水的多孔材料作为储存天然气的材料，多孔材料的孔径在介孔范围内，溶液水为含添加剂的低浓度水溶液，多孔材料经干燥脱水后放入天然气储罐内，由真空泵抽出储罐里的空气，注入配置好的溶液水，最后向储罐中通入天然气进行储存。哈尔滨工业大学的200610150853.9号文献涉及一种天然气水合物在活性炭中的形成方法。中国科学院广州能源研究所的200510100810.5号文献涉及一种海底天然气水合物开采、储运方法及装置。
第八，可燃冰制造技术。例如，中国科学院广州能源研究所的01130148.1号文献涉及一种制备天然气水合物的方法及装置。它将化学促进剂与水配制成水溶液，浓度为100至1000ppm；将溶液冷却至1至10℃，在3.0至8.0MPa绝对压力、8000至12000Hz功率超声波的作用下，通入天然气，形成天然气水合物浆；把多余的水分离，获得固体水合物。其连续生产在一种卧式圆筒形反应釜及其辅助系统中进行。其中，反应釜为卧式圆筒形，釜的径高比1∶2至8；活塞把反应釜分隔为互不连通的A室和B室，能够沿安装在反应器内的4条导向杆沿轴向自由运动；超声波装置的换能器固定在活塞C上。
第九，探测技术。这方面主要有取样探测、声学探测、三维探测等技术取向。
其一，取样探测技术。例如，青岛海洋地质研究所的02135935.0号文献涉及一种天然气水合物深水浅孔保压保温取心钻具，02255626.5号文献涉及一种天然气水合物深水浅孔保压保温取心管，在深海、浅孔条件下，可实现天然气水合物的保压保温取心钻探。国家海洋局第一海洋研究所的200610020518.7号文献涉及一种天然气水合物深水浅孔保温保压取芯钻具，用于在3000m或以下的深海进行天然气水合物的钻取。中国地质科学院勘探技术研究所的03245568.2号文献涉及一种保真取样钻具，适合进行天然气水合物的勘探。浙江大学的200410089165.7号、200420110786.4号文献涉及一种保真取样一体式的深海沉积物取样器，可以在海底对天然气水合物进行取样并进行保温保压处理。
其二，声学探测技术。例如，国家海洋局第二海洋研究所的200610155117.2号文献涉及一种多频海底声学原位测试系统及方法。它可以在不改变海底沉积物状态和周边环境的情况下得到海底沉积物的准确声学数据，适合开展天然气水合物和浅海含气层的调查。
其三，多维探测技术。例如，邓霞的200510021564.4号文献涉及一种天然气水合物普查勘探新方法。它可获取三维勘探资料，并以电容率差异划分天然气水合物、油气储藏区。此外，也有一些专利文献涉及综合探测技术。例如，中国石油天然气股份有限公司的200410068835.7号文献涉及一种天然气水合物储气密度的测定方法和装置。
第十，研究技术。例如，中国地质大学的03118871.0号文献涉及一种天然气水合物综合试验装置，它的03241094.8号文献涉及一种天然气水合物综合试验用反应釜，都适合模拟合成研究或分解试验研究，还适合钻探（井）控制和开采方法的研究。南京理工大学的03112892.0号文献涉及一种天然气水合物状态变化模拟实验光电探测系统。中国海洋大学的200510044199.9号、200520085588.1号文献涉及一种高压容器，适合实验室合成天然气水合物。它的200510044341.X号、200520085585.8号文献涉及一种天然气水合物模拟生成装置。南京工业大学的200510094456.X号文献涉及一种天然气水合物模拟合成与分解成套设备系统及反应釜。
此外，还有一些专利文献涉及可燃冰的制备、应用。例如，BG公开有限公司的97190182.1号文献涉及一种气体水合物的生产方法。中国科学院过程工程研究所的200410086314.4号文献涉及一种集制备天然气水合物制备、储运、分配方法。董森的01111051.1号文献涉及一种用天然气水合物做飞行燃料的武器系统。
来源：《中国知识产权报》
