CN109723410B - 一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具，主要用于深水浅层天然气水合物的固态流化开采。伞式采掘工具主要由外管杆、内管杆、刀翼及活塞杆组成,内管杆嵌于外管杆内部且以花键的形式连接，两者均为中空连接管并能在轴向发生相对滑动，外管杆上开有采集孔。刀翼与内、外管杆均采用铰链进行连接，活塞杆由可伸缩的活塞缸筒连接而成。刀翼共3组，每组刀翼之间的夹角为120°，设计每个刀翼的长度为3.6m，刀翼上的切削齿形状设计为圆形齿，外管杆与内管杆均为中空，采用花键形式对两者进行连接，以保持其在旋转作业时的同步性，管内可进行返排回填作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具。
背景技术
目前开采天然气水合物(以下简称水合物)的最新型方法为海底浅层水合物固态流化绿色开采技术，即使用采掘设备将固态的水合物储层破碎成细小颗粒，并通过密闭流化的方式输送至海上平台，在平台上进行后期处理与加工。目前海底表层水合物的开采装置初步设计为自行式采矿车，采掘高度范围介于－1～4m，并不适于深海浅层、具有一定埋深的水合物的开采，且经济性不高。现阶段采用的试采工具选用的是一种水合物射流破碎工具，该工具的井底射流直径较小，仅为0.5m，并不适用于规模、范围较大的水合物矿层开采，使开采的经济性受到显著影响。
发明内容
本发明目的是为解决已有采掘工具表现不足的问题，针对非成岩弱胶结性水合物储层特性，研发了一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具，依据开采现状，结合了伞状结构的开闭特性，使得该工具可以在较小的体积形状下放入，在伞式开采工具到达指定位置之后进行二次启动变形从而扩大有效开采面积，增加产量。
伞式采掘工具由外管杆、内管杆、刀翼及活塞杆组成。其内管杆嵌于外管杆内部且以花键的形式连接，两者均为中空连接管并能在轴向发生相对滑动。外管杆上开有采集孔，刀翼与内、外管杆均采用铰链进行连接，刀翼于外管杆之间采用可伸缩的活塞缸筒连接。伞式采掘工具共有3组刀翼，每组刀翼之间的夹角为120°。
下放该工具时，使其为闭合姿态，前端活塞缸筒伸缩，后端缩回，使其可以以较小的直径下进入井下工作区，在井底压力以及相关推挤作用之下前端气缸回缩后端气缸逐渐伸开，使得伞状工具的刀翼结构逐渐是舒展形成工作状态。
在形成工作状态之后由于有关的动力传输传动，使得该工具在旋转过程中进行回拉操作，从而使得刀翼可以有效的破碎矿层的水合物，并由外管杆的收集孔进行收集，最终运输到海洋平台进行后处理。
本发明的优点：相比于传统的水射流开采工具，伞式开采工具的开采面积大，下放和回收机构简便，使得水合物破碎分离采集一体化进行，降低了开采难度，提高了开采效率。
附图说明
图1是本发明一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具的结构示意图。
图2是伞式开采工具的侧视图。
图3是伞式开采工具的闭合状态示意图。
图4是弹性定位套索连接示意图。
图5是关闭工具的示意图
图中：1.内管杆,2.刀翼，3.花键，4.圆形刀齿，5.铰链，6.限位销钉，7.活塞缸筒，8.活塞杆，9.外管杆，10.弹性定位锁套，11.采集孔，12.圆柱锁块，13.弹性橡胶块，14.关闭工具。
具体实施方式
伞式采掘工具由外管杆9、内管杆1、刀翼2及活塞杆8组成。其内管杆1嵌于外管杆9内部且以花键3连接，两者均为中空连接管并能在轴向发生相对滑动。外管杆9上开有采集孔11，刀翼2与内管杆1、外管杆9均采用铰链5进行连接，活塞杆8由可伸缩的活塞缸筒7连接而成。伞式采掘工具共有3组刀翼2，每组刀翼2之间的夹角为120°。当开采工具抵达指定工作位置后，内管杆1的终端与水平井终点端面接触，通过给外管杆9施加扭矩力以及足够大的推力，使限位销钉6在剪切作用力下剪断，内管杆1受阻在水平方向上保持不动，外管杆9则继续前移并使刀翼2旋转展开。当外管杆9延伸至刀翼2最佳切削角度时，安装在内管杆1上弹性定位锁套10之中的圆柱锁块12在弹性橡胶块的作用下卡入外管杆9的凹槽中，由此实现开采工具展开后的定位。
伞式开采工具在刀翼2完全展开后即可开始采切作业，工具继续旋转同时由连接的钻杆往回拉，一边切削破碎水合物储层，一边往回缓慢移动。同时由外管杆9上的采集孔11收集破碎后的水合物细小颗粒，通过密闭流化、连续油管举升等工艺将其抽提到海上平台。待该水合物矿层开采完毕后，对伞式开采工具进行关闭回收工作。
关闭工具14的工作原理类似于一种可开关的滑套装置，通过抽油杆连接关闭工具13，将其下入到外管杆9内，由于关闭工具14外径大于内管杆1右端台肩内径，随着在海上平台进行操作给抽油杆施加足够大的向前推力，将弹性定位锁套10之中的圆柱锁块12剪断，开采工具收缩闭合。至此开采流程结束。
Claims (1)
1.一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具，主要由外管杆、内管杆、刀翼及活塞杆组成，其特征在于内管杆嵌于外管杆内部且以花键的形式连接，两者均为中空连接管并能在轴向发生相对滑动，外管杆上开有采集孔，刀翼与内、外管杆均采用铰链进行连接，刀翼左侧与刀翼右侧呈对称结构，活塞杆由可伸缩的活塞缸筒连接而成；伞式工具共有3组刀翼，每组刀翼之间的夹角为120°，当开采工具抵达指定工作位置后，内管杆的终端与水平井终点端面接触，通过给外管杆施加扭矩力以及足够大的推力，使限位销钉在剪切作用力下剪断，内管杆受阻在水平方向上保持不动，外管杆则继续前移并使刀翼旋转展开，当外管杆延伸至刀翼最佳切削角度时，安装在内管杆上弹性定位锁套中的圆柱锁块在弹性橡胶块的膨胀作用下，卡入外管杆的凹槽中；
伞式开采工具在刀翼（ 2） 完全展开后即可开始采切作业，工具继续旋转同时由连接的钻杆往回拉，一边切削破碎水合物储层，一边往回缓慢移动，同时由外管杆（ 9） 上的采集孔（ 11） 收集破碎后的水合物细小颗粒，通过密闭流化、连续油管举升工艺将其抽提到海上平台，待该水合物矿层开采完毕后，对伞式开采工具进行关闭回收工作；
关闭工具的工作原理类似于一种可开关的滑套装置，通过抽油杆连接关闭工具，将其下入到外管杆内，由于关闭工具外径大于内管杆右端台肩内径，随着在海上平台进行操作给抽油杆施加足够大的向前推力，将弹性定位锁套之中的圆柱锁块剪断，开采工具收缩闭合。
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