[发明专利]一种海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法及装置

权利要求书

1.一种海底浅层天然气水合物机械射流联合开采方法，用于海底浅层非成岩天然气水合物的开采，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：下放隔水导管，智能导向钻进工具领眼钻进，带动柔性双层管向下钻进，当钻进到工作深度时，智能导向钻进工具水平钻进至预定位置；

步骤S2：回拖智能导向钻进工具，同时展开破碎刀臂，通过刀臂旋转和刀臂前端的射流喷嘴联合破碎水合物矿体，打开整流装置以隔离采收区和采空区，利用整流装置的孔口射流改变采收区中固体颗粒流场，将固体颗粒收集至管道内；

步骤S3：进入管道内的破碎颗粒先通过井下分离器，在井下分离器的作用下，将固体颗粒中的泥沙颗粒分离并回填至采空区，并注入CO₂形成CO₂水合物以固化回填泥砂；分离出泥砂后的水合物颗粒输送至海面再做进一步加工处理；

整流装置安装在井下分离器前端，该装置由数个骨架杆件与杆件之间的柔性网状物组成，整流装置的功能在于在破碎采收区与采空区之间形成隔离防护罩。

2.如权利要求1所述的海底浅层天然气水合物机械射流联合开采方法，其特征在于，步骤S2中，机械破碎刀臂展开，旋转切削破碎天然气水合物矿体；同时射流水通过刀臂内部中空孔，由刀臂前段喷嘴射出，射流破碎超过刀具破碎半径的水合物矿体，增大采掘半径。

3.如权利要求1所述的海底浅层天然气水合物机械射流联合开采方法，其特征在于，步骤S2中，整流装置展开，整体形状呈伞状，形成一个防护罩，隔离收集区和回填区，避免破碎颗粒和回填颗粒掺混；同时整流装置上的射流空口通过射流来改变破碎颗粒的流场，使其向更易收集的方向流动。

4.如权利要求1所述的海底浅层天然气水合物机械射流联合开采方法，其特征在于，步骤S3中，收集进入管道内的固体颗粒经过分离装置将颗粒中的泥砂颗粒分离出来，并回填至采空区；在回填泥砂中通入CO₂，形成CO₂水合物，同时置换出泥砂中残留的天然气水合物。

5.一种实现权利要求1所述的天然气水合物机械射流联合开采方法的开采装置，用于海底浅层天然气水合物复合破碎开采，其特征在于，所述的开采装置包括采掘船、隔水导管、柔性双层管、封隔器、桥式通道、电潜泵、破碎刀臂、喷嘴、刀臂张开系统、井下分离器、整流装置系统、智能导向钻进工具；

刀臂张开系统包括支架Ⅰ、滑块Ⅰ；

整流装置系统包括支架Ⅱ、滑块Ⅱ、整流装置；

柔性双层管上端与采掘船相连，下端安装有桥式通道，用来射流水与输送的水合物浆体之间交换通道；

电潜泵安装在桥式通道和收集口之间，为破碎的水合物颗粒与流化收集提供动力；收集口即为井下分离器的入口，用来实现收集颗粒中天然气水合物颗粒与泥沙的分离；

机械破碎刀臂安装在柔性双层管周围，破碎刀臂上安装有刀齿，破碎刀臂紧贴在柔性双层管的表面，破碎刀臂为中空，其通道与柔性双层管内射流水相连，在破碎刀臂前端安装有射流喷嘴，利用破碎刀臂的旋转破碎和喷嘴的射流破碎实现天然气水合物的复合破碎；

整流装置安装在井下分离器前端，该装置由数个骨架杆件与杆件之间的柔性网状物组成，整流装置的功能在于在破碎采收区与采空区之间形成隔离防护罩，防止破碎颗粒与回填颗粒之间掺混；在整流装置的骨架上分布有射流孔口，通过射流改变破碎颗粒的流场，使之向更有利于流化收集的方向运动；

智能导向钻进工具安置在前端，用于钻进领眼，中间为开孔，作为分离出的泥沙的回填通道。