CN110259418A - 一种海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法及装置，属于海洋天然气水合物开采技术领域，主要包括以下步骤：在流体压强小于P1的驱动下，扩眼射流破碎工具在钻进工具的引领下，进入海洋天然气水合物待破碎区，增大流体压强至大于P1且小于P2的区间，对海洋天然气非成岩水合物带破碎区进行初次破碎，回拖扩眼射流破碎工具，增大流体压强使其大于P2，展开射流臂，对初次破碎产生的空腔进行扩眼射流破碎。本发明实现了海底浅层水合物的高效破碎流化作业，能够扩大射流破碎作业半径、增加开采空间，提高海洋浅层非层岩水合物的商业开采效率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋天然气水合物开采技术领域，尤其涉及海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法与装置。
背景技术
被称为“可燃冰”的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。目前已知晓自然形成的天然气水合物储存形态有四种，分别为砂岩型、砂岩裂隙型、分散型、细粒裂隙型。其主要特点是埋藏浅，胶结弱，大部分并没有致密的盖层或完整形态的深储盖。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。而目前国际上已经实现试采作业的方法有降压法、加热法、置换法或以上几种方法的联合运用。这些方法均适用于具有一定封闭盖层的天然气水合物开采。并不适用于表浅层天然气水合物的开采。
深水浅层天然气水合物固态流化开采技术，主要通过对表浅层天然气水务进行破碎采掘，密闭流化运送至水面支持系统，使其变成安全可控的天然气水合物资源。其基本原理是在不改变海底水合物矿藏温度和的情况下，对水合物沉积矿体进行采掘破碎，经二次破碎和泥沙预回填后由密闭的输送立管输送至海面，同时将海表热海水引入海底立管中与水合物颗粒进行掺混，以实现天然气水合物在立管中的有序分解，进而使立管内混合介质的密度降低，产生立管内外压差，进而实现立管内混合介质的自举升。
针对浅层非成岩天然气水合物固态流开采，目前领眼回拖射流破碎作业半径小、开采空间有限、破碎流化效率低，远远不能达到海洋浅层非层岩天然气水合物商业开采的程度。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于海洋天然气水合物扩眼射流破碎的方法与装置，扩大射流破碎作业半径、增加开采空间、提高破碎流化效率。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：一种海洋天然气水合物扩眼射流破碎的方法，用于海底浅层非成岩天然气水合物的开采，其特征在于，所述一种海洋天然气水合物扩眼射流破碎的方法包括：
步骤S1：向钻进工具输送压强小于P1的流体，为钻进工具提供动力，整套开采系统在钻进工具的带领下，钻至海洋浅层非层岩水合物带破碎区，P1为压差滑套2的流道与外壳体1射流口刚开始接通的压力；
步骤S2：增大流体压强至大于P1且小于P2的区间，压差滑套2的流道与外壳体1的射流口对齐，扩眼射流破碎工具开始对海洋浅层非层岩水合物待破碎区进行初次破碎，形成开采空腔，P2为在压差滑套2的流道与外壳体1的射流口接通后，压差滑套2继续向下压缩弹簧的过程中，压差滑套2的流道与外壳体1的射流口刚完全闭合的压力，同时也是刚好推开控压阀5，使流体开始推动滑块6的压力；
步骤S3：回拖整套开采系统，使扩眼射流破碎工具的射流臂3处于前一步骤初次破碎而形成的开采空腔中，增加流体压强至大于P2的区间，流体推开控压阀5，推动外壳体1沟槽中的滑块6向上运动，滑块6推动支架4，支架4推动扩眼射流破碎工具展开射流臂3，其原理相当于摇杆滑块机构，对上一步骤初步破碎形成的开采空腔再次进行射流破碎，增大开采空腔半径。
一种实现海洋天然气水合物扩眼射流破碎的方法的开采装置，用于海洋天然气水合物扩眼射流破碎开采，包括外壳体1、压差滑套2、滑块6、支架4、射流臂3、控压阀5。
外壳体1上下端开设螺纹，方便上下端接其他开采工具，外壳体1上部开设有径向射流口，射流口靠近轴向的一端呈漏斗状，增大与压差滑套2的流道接通的面积；外壳体1的内部开设变径的通孔，上方的孔径大于下方的孔径，形成漏斗状，变径处位于射流口的下放；外壳体1外侧开设沟槽，沟槽里装配滑块6、支架4、射流臂3、弹簧；沟槽的顶端和底端开径向孔，分别为射流臂3输送流体和安装控压阀5；射流臂3与外壳体1采用铰链连接，控压阀5与外壳体1采用铰链连接，同时铰链处具有弹簧。
压差滑套2中心开设通孔，便于安装向上输送破碎后的水合物浆体的内管；压差滑套2开设将流体输送至外壳体1射流口内侧的流道，同时流道还需要上下贯穿整个压差滑套2，将流体输送至压差滑套2下方外壳体1与内管的环空中；压差滑套2下端面与外壳体1的通孔变径处用弹簧连接；弹簧在受到P1的压力时收缩的长度刚好使压差滑套2的流道与外壳体1的射流口开始接通；弹簧在受到P2的压力时收缩的长度刚好使压差滑套2的流道低于外壳体的射流口，结束接通；压差滑套2的原理是通过上下端面受液体压强的面积不同，从而受到向下的力，向下移动。
滑块6的尾部是一块金属板，在正常钻进状态和初次破碎状态下，藏匿于外壳体1的沟槽内，在扩眼射流破碎状态下，金属板和滑块6一同向上滑动，对钻进工具中的流体起密封作用；金属板的最下端与外壳体1用弹簧连接，在扩眼射流状态结束后回收滑块6与射流臂3；滑块6与支架4用铰链连接。
射流臂3沿整个轴向开设射流孔，内部具有流道，射流臂3与外壳体1、支架4采用铰链连接；滑块6、射流臂3、支架4、外壳体1总体组成摇杆滑块机构；在正常钻井状态和初次破碎状态下，射流臂3的流道被外壳体1阻挡，在扩眼射流破碎状态下，其流道才同外壳体1与内管的环空流体接通。
本发明的有益效果在于：增加射流破碎作业半径、扩大开采空间、提高海洋浅层非成岩天然气水合物的破碎流化效率和单位时间的开采量。
附图说明
图1海洋天然气水合物扩眼射流破碎开采装置的正常钻进状态示意图。
图中1.外壳体、2.压差滑套、3.射流臂、4.支架、5.控压阀、6.滑块、A为A处的局部方大图。
图2海洋天然气水合物扩眼射流破碎开采装置的初次破碎状态示意图。B为B处的局部放大图。
图3海洋天然气水合物扩眼射流破碎开采装置的扩眼射流破碎状态示意图。C和D分别为C和D处的局部放大图。
具体实施方式
体现本发明特点的典型实施例将在以下说明中具体阐释。应当说明的是，本发明能够在不同的实施例上有不同的变化，而本实施例及附图仅为说明之用，并非用以限制本发明。
本发明实施例用于海洋浅层天然气水合物扩眼射流破碎开采方法，包括以下步骤：
步骤S1：下放的流体压强小于能够使压差滑套2的流道与外壳体1的射流口接通的流体压强P1；虽然压差滑套2会向下滑行且其下的弹簧会收缩，但是收缩的长度不至于将压差滑套2的流道与外壳体1的射流口靠近轴线处的漏斗状区域接通；因此下放的流体只能沿上下贯穿整个压差滑套2的流道到达外壳体1与内管(图中未示出)的环空中，然后经过整个扩眼射流破碎装置到达最下方的钻进工具，为其提供动力；此时整套扩眼射流破碎工具为正常钻进状态，将在钻进工具的引领下到达海洋浅层非层岩水合物的待破碎区。
步骤S2：扩眼射流破碎装置在钻进工具的引领下来到海洋浅层非层岩水合物的待破碎区后，提高下放流体的压强，使其大于P1，并小于使压差滑套2过度下行从而结束接通压差滑套2的流道与外壳体1的射流口的流体压强P2；同时将控压阀5打开，接通内管与外壳体1之间的环空和滑块6与外壳体2围成空间的流体的流体压强也为P2；虽然控压阀5会在下放的流体压强下沿其转轴转动，但是并没有打开控压阀5，无法接通内管与外壳体1之间的环空和滑块6与外壳体1所围成的空间，因此滑块6并不会产生向上滑行，不会打开射流臂3。下放流体会从外壳体1的射流口喷射出去，此时整套扩眼射流破碎装置为初次破碎状态，对海洋浅层非层岩水合物待开采区形成初次破碎。
步骤S3：初次破碎完成后，继续增加下放流体压强使其大于P2，压差滑套2会继续下行，最后结束接通压差滑套2的流道与外壳体1的射流口；同时下方流体会推开控压阀5，接通内管与外壳体1的环空区域和滑块6与外壳体1所围成的空间，下方流体会推动滑块6向上滑行，从而推动支架4，支架4推动展开射流臂3；射流臂3展开后，射流臂3上的流道与外壳体1上开设的流道接通；下放流体从射流臂3上的射流口喷出，射流臂3上的射流口沿射流臂2的轴线进行布置，此时整套扩眼射流破碎装置处于扩眼射流破碎状态，对海洋浅层非层岩天然气水合物进行扩眼射流破碎，增加开采空腔半径，提高破碎流化效率，增大开采量。
Claims (6)
1.一种海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法，主要运用于海底浅层非层岩天然气水合物的开采，其特征在于，所述海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法主要包括以下两个步骤：
步骤S1：整套开采系统向下方的钻进工具输送压强小于P1的流体，在钻进工具的引领下，钻至海洋浅层非层岩水合物待破碎区；
步骤S2：增大流体压强至大于P1且小于P2的区间，扩眼射流破碎工具开始对海洋浅层非层岩水合物待破碎区进行初次破碎，形成开采空腔；
步骤S3：回拖整套开采系统，使扩眼射流破碎工具的射流臂(3)处于前一步骤形成的开采空腔中，增加流体压强至大于P2的区间，扩眼射流破碎工具展开射流臂(3)，对上一步骤形成的开采空腔再次进行射流破碎，增大开采空腔半径。
2.一种实现权利要求1所述的海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法的扩眼射流破碎工具，其特征在于:所述扩眼射流破碎工具包括外壳体(1)、压差滑套(2)、滑块(6)、支架(4)、射流臂(3)、控压阀(6)。
3.如权利要求2所述实现海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法的扩眼射流破碎工具，其特征在于：所述外壳体(1)上部开设有径向射流口，射流口靠近轴向的一端呈漏斗状；外壳体(1)上部内径大于外壳体(1)其余部分的内径，形成漏斗状；外壳体(1)外侧开设有容纳射流臂(3)、支架(4)与滑块(6)的沟槽；外壳体(1)上开设有向射流臂(3)输送流体的孔和容纳控压阀(6)的孔。
4.如权利要求2所述实现海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法的扩眼射流破碎工具，其特征在于：所述压差滑套(2)开设有可将输送流体至外壳体(1)上的射流口的流道，且该流道上下贯穿整个压差滑套(2)；压差滑套(2)内部开设有可安装内管的通孔；压差滑套(2)底部与外壳体(1)的阶梯面以弹簧连接。
5.如权利要求2所述实现海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法的扩眼射流破碎工具，其特征在于：所述滑块(6)尾端是一块金属板，该金属板底部与外壳体(1)采用弹簧连接；滑块(6)与支架(4)采用铰链连接。
6.如权利要求2所述实现海洋天然气水合物扩眼射流破碎方法的扩眼射流破碎工具，其特征在于：所述射流臂(3)沿轴向开设有射流孔，内部具有流道；射流臂(3)与外壳体(1)采用铰链连接，与支架(4)采用铰链连接；在非扩眼射流破碎状态下，射流臂(3)与外壳体(1)铰接处的流道应该被外壳体(1)阻挡，在扩眼射流破碎状态下与向射流臂(3)输送流体的孔接通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190920 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |