[发明专利]一种海底浅层天然气水合物开采装置

说明书

本发明公布了一种海底浅层天然气水合物开采装置，它包括海面支持系统、管道输送系统和海底钻采系统，海面支持系统包括浮于海水上的水合物钻采船，安装于水合物钻采船上的高压泵组；管道输送系统包括钻杆、海洋钻井隔水管系统、安装于井口的水下防喷器组；海底钻采系统包括双层钻杆、安装于双层钻杆外的封隔器、辅助加热装置、单螺杆泵、回流助力装置、液压马达、水力喷射装置和电控滑套。本发明的有益效果是：在传统隔水管系统的基础上实现天然气水合物的非常规开采，有效降低研发及开采成本。

技术领域

本发明涉及海底天然气水合物开采技术领域，特别是一种海底浅层天然气水合物开采装置及方法。

背景技术

在深水海底，天然气水合物主要的存在形式有砂岩型，砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型，其中细粒裂隙型和分散型水合物占绝大多数，但该类型的水合物埋深浅，胶结性差，开采过程中极易引发地质和环境灾害。

近年来，日本和中国相继开展了海洋天然气水合物试采研究，其所主要采用的试采方法为注热法、降压法等，而这些开采方法均是基于传统油气开采思路，因此，即便是应用于饱和度高、盖层稳定的天然气水合物藏，其仅能实现天然气水合物的短期试采，无法实现长期持续性开采，且可能引起潜在环境地质灾害的危险。

“固态流化”开采方法是一种针对海底天然气水合物的全新开采思路，其核心思想是在不改变海底温度和压力的情况下，直接利用射流破碎采掘天然气水合物矿体，通过密闭管道将破碎后的天然气水合物固体颗粒与海水混合泵送至海面。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于海底浅层天然气水合物的开采装置及方法，在海底开采过程中利用机械和射流破碎天然气水合物，然后使用降压法，置换出的天然气水合物经双壁钻杆的回流口收集，有效解决海底浅层水合物固态流化开采中存在的工艺技术难题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种海底浅层天然气水合物开采方法，它包括海面支持系统、管道输送系统和海底钻采系统，所述海面支持系统包括浮于海水上的水合物钻采船、设置于水合物钻采船上的井架、水合物储罐、高压泵组和隔水管张紧器。

所述管道输送系统包括钻杆、隔水管、海底防喷器组，钻杆设置于海洋隔水管内，钻杆的首端固定于水龙头上，水龙头的上部通道与高压泵组连接，隔水管上端与流体输出装置连接，流体输出装置出口端与水合物储罐相连，钻杆的末端连接有位于水合物层内的海底钻采系统。

所述海底钻采系统包括桥式通道连接器、双壁钻杆和设置于双壁钻杆上的封隔器。

所述双壁钻杆包括顺次连接的桥式通道、辅助加热装置、双层管，双层管的内层通道设置有螺杆马达，螺杆液压马达输出端与回流助力装置连接及喷射装置固连，水力喷射装置与水合物钻头通过螺纹连接，在双壁钻杆上还设置有水合物浆体回流通道，连接回流口与回流口。

所述回流助力装置包括回流喷射口、差压套筒，差压套筒包括挡板、弹簧、下接头。

所述水力喷射装置包括双锥形水力喷射口、下接头、电驱动液力滑套，电驱动液力滑套包括滑套、电池及控制器组、电机。

所述水合物钻头上设置有海水喷射钻进通道。

所述海底浅层天然气水合物固态流化开采的方法，它包括以下步骤：

钻进过程：将水合物钻采船开到指定位置并锚定，将钻杆、隔水管和海底防喷器组一起下至海底；打开高压泵组，高压泵组将海水经过水龙头泵入钻杆，带压力的海水顺次穿过桥式通道连接器、桥式通道、双壁钻杆内层通道、螺杆马达、回流助力装置、水力喷射装置、最后经水合物钻头上的喷射通道喷射出，同时高压海水进入液压马达后驱动液压马达的输出轴转动，同时带动回流助力装置转动，回流助力装置带动水力喷射装置转动，水力喷射装置又带动水合物钻头做旋转运动，水合物钻头向水合物层钻进，因此在高压海水喷射和水合物钻头旋转钻进下实现盖层的钻进；直到钻入天然气水合物层停止。