[发明专利]一种直切混合射流自旋转式水射流组合喷嘴装置

说明书

本发明公开了一种直切混合射流自旋转式天然气水合物射流破碎组合喷嘴装置，提高射流破碎天然气水合物的效率，增加射流破碎腔体的圆整性和稳定性。该装置结构整体采用双层管结构，外层设置有射流流道，内层设置有回收流道，装置包括用于连接井下动力装置及回收泵的上部接头，直切混合射流自旋转喷头，回收接头，自旋转喷头上端通过轴承与上部接头连接，下端通过钢球与回收接头连接并锁紧，用O型密封圈进行密封，切向射流孔及直射流孔交错分布于喷头，切向射流孔射流产生的反作用力作为喷头旋转的驱动力，并辅助直射流破碎天然气水合物。通过上述方案，本发明专利实现了喷头自旋转，提高了破碎效率和井壁稳定性，有实用及推广价值。

技术领域

本发明专利涉及海洋非成岩天然气水合物固态流化开采技术领域，涉及一种直切混合射流自旋转式天然气水合物射流破碎组合喷嘴装置。

背景技术

天然气水合物是一种高密度、高热量、可替代的清洁能源，也被认为是21世纪最理想的替代能源。经初步估算，全世界天然气水合物总储量大约为当前已探明的所有化石燃料含碳量总和的两倍。以我国2013年的原油消耗(3.2亿吨)量为基准，通过折算可知，仅南海储藏的天然气水合物总量即可供实用362年。目前国际上已经实现试采作业的方法有降压法、注热法、CO₂置换法或以上几种方法的联合运用。我国的海域浅层天然气水合物主要分布于东海海域，约占海域资源的85％，基本上存在于海底300m以内。对于深水浅层非成岩天然气水合物的开发，前面几种技术并不适用，因此提出了固态流化开发技术。

储存在深水浅层的细粒裂隙型、分散型天然气水合物虽总量大，但因其埋深浅、非成岩、胶结性差，若通过降压法，注热法等方法开采，可能导致海底非成岩天然气水合物大量分解，气化，和自由释放，存在潜在风险。深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术，即将深水浅层不可控的非成岩天然气水合物矿藏通过海底采掘、密闭流化、气液固多相举升系统变为可控的天然气水合物资源。固态流化开采技术的基本原理为不改变天然气水合物储层的压力和温度，对天然气水合物矿藏进行采掘破碎，破碎颗粒回收，旋流分离和泥沙回填，泵送举升等操作，是一种安全，绿色的开采方法。

2017年12月在我国南海神狐海域首次海试成功，证明了固态流化开采工艺的可行性。但目前的固态流化开采技术存在开采面积有限、开采量小，开采效率低以及井壁不规则等问题，缺乏配套的高效射流采掘破碎工具，没有达到商业化开采的程度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明专利提出一种直切混合射流自旋转式天然气水合物射流破碎组合喷嘴装置，以提高天然气水合物射流破碎采掘效率和开采过程中井壁规整度及采掘层的稳定性。

一种直切混合射流自旋转式天然气水合物射流破碎组合喷嘴装置，整体采用双层管结构，包括用于连接井下举升泵的上部接头1，设置于上部接头1下端的直切混合射流自旋转喷头4，设置止推轴承3和小挡板2连接上部接头1与直切混合射流自旋转喷头4，设置在直切混合射流自旋转喷头4上的直射流喷嘴安装孔11，设置在直切混合射流自旋转喷头4上的切向射流孔10，设置钢珠5连接并锁紧直切混合射流自旋转喷头4及回收接头7，钢球5两端为直切混合射流旋转喷头4和回收接头7的接合面，设置螺塞6与孔螺纹连接孔，设置O型密封圈9对直切混合射流自旋转喷头4和回收接头7进行密封，设置在回收接头7内的回收流道 8，回收接头7和上部接头1间通过螺纹连接形成回收通道，以及设置在上部接头的射流流道 12。

进一步技术方案中，所述在直切混合射流旋转喷头4上沿周向均匀分布的直射流喷嘴安装孔11为沉孔螺纹结构，该安装孔11可安装用于射流破碎天然气水合物的单喷嘴，而且单喷嘴便于更换，可根据实际需要在周向布置不同个数以及在轴向布置不同排数的安装孔11，安装单喷嘴形成射流组合多喷嘴。设置在直切混合射流自旋转式喷头4上沿周向均匀分布的切向射流孔10，切向孔10也可根据实际需要在周向布置不同个数以及在轴向布置不同排数，切向射流孔10应处于直切混合射流旋转喷头4内壁的切线方向，便于为直切混合射流旋转喷头4提供旋转的驱动力，同时辅助破碎天然气水合物。