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可燃冰安全开发关键系统与设备研究

成果类型:: 实用新型专利

发布时间: 2023-08-28 23:58:58

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”高端装备产业科技服务团| 贡天媛 | 2023-10-09 19:29:47
项目组根据项目任务书要求,完成开发一套可燃冰开采环境安全综合监测与评估系统,完成系统设计并形成原理样机;完成研发一套防止管路结冰与阻塞乙二醇再生与回收系统(MRU),完成系统详细设计(已通过 BV 船级社的审核)并形成数字样机,研制形成核心模块——脱盐模块原理样机。各项技术指标均达到技术指标要求。 针对可燃冰开采安全综合监控与评估系统的需求,开展了可燃冰监测系统中监测点的布置、传感器选型、通讯系统设计研究,并对可燃冰开采过程中的风险因素进行模拟,重点开展了甲烷泄漏、海底滑坡等数值计算,以此为基础搭建了动态演示平台。完成了原理样机的加工生产、硬件测试、软件编写测试、模拟试验、验证等工作。 对于系统指标及传感器指标,本项目通过传感器选型,系统方案设计进行完成,传感器性能及最大工作深度见《开发研究方案》中的传感器选型,并对其工作天数等进行了计算,完全满足指标要求。
实现可燃冰开采环境安全综合监测与评估系统总体框架技术。针对可燃冰开采安全综合监控与评估系统的需求,开展了可燃冰监测系统中监测点的布置、传感器选型、通讯系统设计研究,并对可燃冰开采过程中的风险因素进行模拟,重点开展了甲烷泄漏、海底滑坡等数值计算,以此为基础搭建了动态演示平台。完成了原理样机的加工生产、硬件测试、软件编写测试、模拟试验、验证等工作。 对于系统指标及传感器指标,本项目通过传感器选型,系统方案设计进行完成,传感器性能及最大工作深度见《开发研究方案》中的传感器选型,并对其工作天数等进行了计算,完全满足指标要求。 本系统总体架构设计是决定开采环境监测和评估系统性能的关键。基于可燃冰开采环境安全风险因素识别与等级划分技术研究,针对选定的开采区域的环境情况,以达西方程为核心,考 虑甲烷在储层和水体中的扩散,建立非均匀网格,以此为基础,构建集“大气、海水、海床、井下”四位一体的立体综合环境监测技术方案。

可燃冰开采环境安全综合监测与评估系统,后续可拓展应用到海上资源勘探开发、海上养殖、海洋科考、海洋生态监测等关联领域,具有非常好的应用前景。

深海采矿会对海洋的生态和环境造成极大的影响,缺乏行之有效的监测手段及评价体系,与深海可燃冰开采面临同样的环境安全问题。

在现有生态传感器布局合理性评估、海洋生态环境的保护与修复效果评估领域,具有巨大的市场需求。本系统移植到海洋生态监测领域能够评估现有传感器布局是否合理,并对海洋环境监测点的布局数量和位置提供指导性建议。另外,能够有效评估海上新建项目对海洋生态环境的影响,并评估相关工程对海洋生态环境的保护与修复效果。

在渔业养殖领域,进行生态环境监测与评估系统建设拥有广阔的市场空间。黄渤海区渔业开发最早,曾经是中国的重要渔场,但由于捕捞过度、海洋水环境污染和生物栖息环境的破坏等因素的共同影响,黄渤海渔业资源严重衰退,特别是渤海已经濒临“荒漠化”的边缘。因此,利用本项目成果进行资源监测和模型预测,同时基于多源卫星数据融合的渔场环境信息,进行养殖区的渔情分析和预报,从而指导渔民去进行捕捞活动,实现黄渤海区渔业的健康持续发展。

同样,在我国海洋水下试验场中同样需要对环境因素进行识别与评估,本技术成果可移植到深海采矿与海洋水下试验场之中。

乙二醇再生与脱盐系统(MRU)已越来越多地应用在海上天然气开采中,随着天然气开发应用需求日益增大,特别是将来可燃冰实现商业开采,作为海上油气田开发重要保障装备,MRU 在国内国际市场均有很大需求空间。但此产品的核心技术主要还都掌握在国外如 Aker 和 Cameron 等两三家公司手中,国内目前还没能自主配套该产品,主要的大型海上天然气田开发都应用进口装备,价格昂贵,在使用中也仍然存在诸多问题需要解决。本项目开发的乙二醇再生与回收系统(MRU),不仅可以应用于可燃冰开采,更是可用于现有海上油气田开发,打破了国外的技术垄断,不论国内外均具有较大的市场需求。由于采用多种新技术,后续可开展陆上油气田工程示范应用研究,对现有工艺设计进行缺陷检查,持续优化改进工艺设计,为海上油气田开采工程应用奠定基础。

项目组由中船重工船舶设计研究中心有限公司牵头,联合 702 所、714 所、716 所、6221 厂、662 厂专家组成。项目组重点在可燃冰适用性开采方法评估、总体开发方案 适应性、安全稳定生产保障等技术研究,形成可燃冰开发装备技 术体系和功能性能与配置要求,开发形成适合南海可燃冰开采的改装设计方案、防止管路结冰堵塞乙二醇再生系统和安全生产监 测系统关键设备等方面开展相关研究工作。项目组实际完成申报发明专利 10 项,申报实用新型专利 7 项,授权实用新型 2 项。实际完成软件著作权 3 项,已取得软件著作权 2 项,1 项软件著作权正在申请。实际完成发表和录用论文 22 篇,其中 SCI论文 6 篇,核心期刊论文 11 篇。

通过本项目的研究,使得项目组人员掌握了南海天可燃冰的矿藏特性、开发方法、装备需求、风险分析等相关技术,为将来南海天然气试开采、商业开发等储备了技术资源。同时通过本项目的实施,形成可燃冰开采平台及关键装备的开发设计能力。随着中国南海海域可燃冰的开发的近期和愿景规划,该项研究成果将有很好的应用前景,为集团公司进军深海可燃冰开发装备领域提供技术基础。

通过本项目的研究,了解和掌握了适用我国南海可燃冰开采方法和工艺流程,形成的可燃冰开采总体方案,随着可燃冰开采技术不断进步,可以用于未来深海可燃冰商业开发的技术参考。在装备的体系化建立方面,给出合理的构建方案,为后续开发提供参考。

针对可燃冰开采涉及的环境、装备和经济风险的研究,掌握了不同类型的风险识别和分析方法,并建立了相应的风险防控技术和方法,为现在可燃冰试采和将来的可燃冰开采,通过风险管控的参考和指导,并提前做好预案保证可燃冰试/开采的安全。针对我国南海可燃冰开采,结合可燃冰开采总体方案、南海环境等,完成一型经济适用的可燃冰开采平台开发设计,并取得BV 船级社 AIP 审核认证;针对现有的钻井平台完成开采平台改造方案设计,掌握了可燃冰开采平台及改装的设计技术,可以解决现有部分钻井平台过剩的问题。

针对可燃冰开采环境安全,完成开发一套可燃冰开采环境安全综合监测与评估系统。其相关技术成果已逐步拓展应用到海洋渔业等领域,用于海洋生态环境的风险因素分析识别与分析,相关技术成果已逐步应用到港口、航运的环境观监测、船舶航行安全风险评估等领域,具有广阔的应用前景。

针对防止天然气管路结冰与阻塞的乙二醇再生与回收系统(MRU),已完成了基于电渗析脱盐技术的工艺系统开发,并形成数字样机,研制完成脱盐模块原理样机试验研究。同时此项技术也可应用于天然气开采系统,作为天然气开采流动保障的重要设备,打破的国外的技术垄断,为将来实现自主配套设备奠定基础。

可燃冰开采环境安全综合监测与评估系统,目前并没有生产可燃冰开采环境监测的成套设备厂家,所有环境监测设备都需要进行配套选型集成,可能会遇到接口不一致、数据通信协议不同等问题,难以形成一个统一的整体。故可燃冰开采环境安全综合监测与评估系统开发的研究从系统出发,统筹考虑整体监测及评估手段,处于国内领先水平。

此为该成果重要转化方向。