[发明专利]一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具

说明书

本发明公开了一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具，涉及天然气水合物开采技术领域，由外壳体、上端连接头、中部连接头、下端连接头、射流喷头、弹簧、滑芯、分流封堵块、支撑环以及定位销钉等部件组成，其中外壳体上布置有水合物回收通道、定位销钉孔以及射流喷头安装孔，在外壳体内部主要设置有上端连接头、中部连接头、下端连接头组合成的内层管用于连接钻头和举升泵，在内层管内部安装有滑芯以及分流块等。本发明针对性地考虑了深海浅层非成岩天然气水合物的物性，并结合了固态流化开采工艺需求，采用控制钻井液流量大小的方式控制射流破碎喷头的开启与关闭，解决了现有水合物射流破碎工具不可控不可重复使用需要多次起下钻柱等问题。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，特别涉及一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具。

背景技术

天然气水合物又被称为“可燃冰”。因其分布范围广、能量密度高、资源储量大，埋藏深度浅以及环境污染小等优势，被世界各国政府及科学界高度重视。目前已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中，其储存层类型主要有砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型。据估计，陆地上20.7％和大洋底90％的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。因此，绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。2011年，世界上已发现的天然气水合物分布区多达 116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。

目前用于水合物开采的工艺相对较多，其中主要包括热激发法、减压开采法、化学试剂注入开采法以及固体开采法等，但以上传统的开采方法均是打破水合物的相态平衡从而使其分解为甲烷气体，然后进行回收。由于相变分解速度较快，因此可能会造成水合物矿层大面积分解，从而造成井筒垮塌及地质滑坡等大面积地质灾害。针对现有水合物开采过程中所出现的问题及我国南海海底水合物埋深及其赋存状态特性，周守为院士提出了天然气水合物“固态流化开采”的新工艺，本工艺核心在于利用水合物在海底温度和压力的稳定性，将含水合物的沉积物破碎成细小颗粒后与海水混合，并在海底举升泵的抽吸作用下输送至海洋平台，然后在海洋平台进行后期处理与加工，该方法就能很好的解决这避免以上问题。在2017年5 月，中国海洋石油总公司依托深水工程勘察船“海洋石油708在我国南海北部荔湾3站位，采用固态流化射流破碎开采水合物并成功点火，充分证明了水合物固态流化开采工艺的可行性。

然而，我国首次水合物固态流化开采作业中，所使用的射流破碎工具为常规的射流喷头，其存在着作业过程不可控、不可重复使用等问题，并且不能根据不同的钻井工况进行射流喷头的自动切换与连续运作，需要反复起下钻柱等问题，且现有的破碎工具只能用于固态流化开采过程中的单层管开采工艺，目前还没有既能用于双层管开采工艺且又能够保证内外管一起转动并传递扭矩的破碎工具。为了解决现有射流破碎工具所存在的问题，且能够保证内外管同时转动并传递扭矩，实现深水海底浅层天然气水合物安全、高效开采，亟需要发明一种新型的天然气水合物双层管式喷射破碎工具用于固态流化开采的双层管双梯度钻井作业过程中，以期为后续的水合物固态流化开采作业提供帮助。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具,以用于固态流化开采的双层管双梯度钻井作业过程中，解决作业过程不可控、不可重复使用等问题，并且不能根据不同的钻井工况进行射流喷头的自动切换与连续运作，需要反复起下钻柱等问题以实现深海浅层非成岩天然气水合物的安全、高效开采。

本发明技术方案如下：