CN114809995A - 天然气水合物井下开采装置以及方法 - Google Patents

Abstract

一种天然气水合物井下开采装置以及方法。开采装置包括钻采系统和分离系统两部分；分离系统上端配备有电机、泵和管线，用于将海水注入到钻采系统所在的水合物开采层；钻采系统包括水射流和钻头，用于将天然气水合物和岩石杂质变成固态流化状，包括前后液压模块和伸缩模块，用于实现移动，包括混合液举升模块，用于举升天然气水合物颗粒状、泥沙和水的混合液流入到旋流器中，混合液经过旋流器的螺旋流道变成旋流状态，密度较大的泥沙从底流口流出，经过螺杆泵增压后向开采层注回，密度较小的天然气水合物颗粒从溢流口流出，经过螺杆泵增压后流向地面。能够实现多方位角度开采和高精度的天然气水合物分离，可节约开采成本，延长开采周期。

Description

天然气水合物井下开采装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于天然气水合物开采中的装置以及方法。

背景技术

天然气水合物，即可燃冰，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，主要坐落在大约300-500m厚的沉积物中。因其能量密度高、燃烧污染小、分布广、储量大，故被誉为“未来能源”。由于海底的特殊、复杂的环境，且天然气水合物分解的甲烷气体是强温室气体，天然气水合物的开采路径和方法处于探究和试验阶段。

传统的开采方法有热激发开采法、减压开采法和化学试剂注入开采法。前二者均是利用天然气水合物特殊的存在条件，即低温高压的环境，破坏这一环境，天然气水合物就会分解出大量的甲烷和水。化学试剂注入开采法是向天然气水合物层注入某些试剂，与天然气水合物发生反应，促使其分解出甲烷。新型开采方法包括CO2置换法和固体开采法，置换法的原理是向天然气水合物层注入CO2，在低温高压的环境下会形成CO2并释放出热量使得天然气水合物分解。以上四种方法都属于甲烷气体释放开采，面临着井筒安全、生产控制、环境风险等问题。固体开采法，即固态流化法，采用钻头设备将天然气水合物碎成小颗粒状，混合着海水，举升至地面。开采过程中，天然气水合物不与外界环境接触，比较容易控制，避免了环境风险等问题，该方法也被评价为有望解决天然气水合物开采的革命性技术之一。但是，现有的固体开采法中，未能解决开采钻头在天然气水合物层的低成本移动问题，以及高精度分离天然气水合物颗粒和开采层压力高回注困难的问题。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种天然气水合物井下开采装置以及方法，该种装置将钻采系统与分离系统单独设计，保证分离系统不受钻采系统干扰，始终处于相对稳定的环境中，实现了钻采系统在天然气水合物层便捷移动，提高钻采效率，解决现行设备移动不便的弊端，增加开采周期，实现了天然气水合物的高精度分离，将部分泥沙、水通过旋流器分离，减少举升费用，经济开采，将被分离后的泥沙回注到开采层，避免开采层采空带来的坍塌等危害。

本发明的技术方案是：天然气水合物井下开采装置包括钻采系统和分离系统；钻采系统包括钻头模块、水射流模块、前液压模块、伸缩模块、后液压模块以及混合液举升模块；分离系统包括旋流器模块、溢流举升模块、底流回注模块以及海水注入模块。 另有钻采系统套管,分离系统套管，钻采系统置于水合物开采层13中，分离系统置于泥沙层14中，海水注入模块位于海水层15中。

所述钻头模块，包括钻头，金刚石，钻头电机，钻头传动杆，钻头密封轴承，钻头电机固定支座。金刚石嵌在钻头表面，其作用是更好的破碎天然气水合物和岩石杂质。钻头传动杆右端与钻头连接，左端与电机连接。钻头密封轴承位于钻头传动杆与钻采系统套管之间，其作用为密封和支撑。钻头电机固定支座将钻头电机固定在钻采系统套管内部。

所述水射流模块，位于钻头模块的左端，包括射流电机，射流泵，射流喷头，射流电机支座，射流泵支座。射流喷头嵌在钻采系统套管内，射流电机支座和射流泵分别将射流电机和射流泵固定在钻采系统套管内部。

所述前液压模块，位于水射流模块的左端，包括前液压电机，前液压传动杆，前液压缸，前液压活塞，前液压负载，前液压缸固定支座，前液压电机固定支座。前液压缸上端嵌在钻采系统套管内部，前液压传动杆是由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与前液压活塞连接，左端与前液压电机连接。前液压电机固定支座和前液压缸固定支座分别将前液压电机和前液压缸固定在钻采系统套管内部。

所述伸缩模块，位于前液压模块左端，包括伸缩模块电机，伸缩模块传动杆，伸缩模块活塞，伸缩模块液压缸，伸缩模块负载，伸缩模块液压缸固定支座，伸缩模块电机固定支座。伸缩模块负载前端与前液压模块左端相连。伸缩传模块传动杆由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将会回转运动转化为直线运动，其右端与伸缩模块活塞连接，左端伸缩模块电机连接。伸缩模块液压缸固定支座和伸缩模块电机固定支座分别将伸缩模块液压缸和伸缩模块电机钻采系统套管内部。

所述后液压模块，位于伸缩模块的左端，包括后液压电机，后液压传动杆，后液压缸，后液压活塞，后液压负载，后液压缸固定支座，后液压电机固定支座。后液压缸上端嵌在钻采系统套管内部，后液压传动杆是由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与后液压活塞连接，左端与后液压电机连接。后液压电机固定支座和后液压缸固定支座分别将后液压电机和后液压缸固定在钻采系统套管内部。

所述混合液举升模块，包括混合液举升电机，混合液举升泵，混合液举升管线，混合液举升泵固定支座，混合液举升电机固定支座，混合液入口。混合液入口与混合液举升泵上端联通，混合液举升管线与混合液举升泵右端联通，混合液举升管线经过底流模块和旋流器模块与轴向入口联通。混合液举升泵固定支座和混合液举升电机固定支座分别将混合液举升泵和混合液举升电机固定在钻采系统套管内部。

所述旋流器模块，包括轴向入口，入口稳流器，螺旋流道，旋流腔，锥段，尾管，底流口，底流稳流器，底流管线，溢流口，溢流通道，溢流管线，旋流器固定支座。混合液举升管线与轴向入口连接。入口稳流器与底流稳流器是由固定底座、弹簧和滑块组成的，入口稳流器套在溢流通道上。尾管两侧开有两个溢流口。旋流器固定支座将旋流器固定在分离系统套管内壁上。

所述溢流举升模块，包括溢流举升电机，溢流螺杆泵，溢流举升管线，溢流举升电机固定支座，溢流螺杆泵固定支座。溢流举升管线经过海水注入模块延伸至地面。溢流管线连接溢流螺杆泵右下端，溢流举升管线连接溢流螺杆泵左上端。溢流举升电机固定支座和溢流螺杆泵固定支座分别将溢流举升电机和溢流螺杆泵固定在分离系统套管内壁上。

所述底流回注模块，包括底流回注电机，底流螺杆泵，底流回注管线，底流螺杆泵固定支座，底流回注电机固定支座构成。底流管线与底流回注泵左上端联通，底流回注管线与底流回注泵右上端联通。底流回注电机固定支座和底流螺杆泵固定支座分别将底流回注电机和底流螺杆泵固定在分离系统套管内壁上。

所述海水注入模块，包括海水注入电机，海水注入泵，海水注入管线，海水注入电机固定支座，海水注入泵固定支座和海水注入口。海水注入口与海水注入泵上端联通，海水注入管线与海水注入泵右端联通。海水注入管线经过溢流举升模块、旋流器模块和底流回注模块到达水合物开采层。海水注入电机固定支座和海水注入泵固定支座分别将海水注入电机和海水注入泵固定在分离系统套管内壁上。

所述的钻采系统位于钻采系统套管11内，所述分离系统位于分离系统套管12内，混合液举升管线603与所述旋流器模块内的轴向入口701相连接。钻采系统套管11与分离系统套管12通过弯管连接，所述弯管的上端开有供海水注入管线1003引出的引出口，海水注入管线1003经过所述引出口引出。

利用前面所述装置，可以实施的开采方法为：把所述装置中的钻采系统置于水合物开采层13中，把所述装置中的分离系统置于泥沙层14中，使所述装置中的海水注入模块位于海水层15中。

使海水流向水合物开采层，并将海水增压后射向水合物，由钻头电机驱使钻头旋转，将天然气水合物和岩石杂质被碎成颗粒状，混合海水后成为固态流化状；经由混合液举升电机驱使混合液举升泵将混合液举升至旋流器模块的轴向入口，在旋流器模块的作用下被分离；天然气水合物颗粒混合着部分海水从溢流口经过举升螺杆泵流向地面，泥沙混合着部分海水从底流口经过底流螺杆泵注回水合物开采层。

在开采过程中，后液压电机运转，使得后液压负载向四周伸出并固定在水合物开采层中，伸缩模块电机运转，伸缩模块负载推动前液压模块、水射流模块和钻头模块向前钻采，在其达到伸长极限时便停止。后液压电机反向运转，后液压负载回缩，前液压电机运转，前液压负载向四周伸出并固定。伸缩模块电机反向运转，伸缩模块负载收缩，使得后液压模块和混合液举升模块向前移动，如此钻采系统在水合物层实现了移动。

本发明具有如下有益效果：本发明给出的技术方案在现有的天然气水合物井下开采设备的基础上做出了新的突破，相比之下，该方案处理工艺简单、整套装备可以连续运转。可在水合物开采层自由移动，钻采范围大。在海底实现天然气水合物颗粒、水、泥沙分离，避免大量的混合液举升，降低了开采成本。部分泥沙回注，避免水合物开采层采空造成坍塌的危害。分离效率高。设计有稳流器，使旋流器处于相对稳定工况下工作。旋流器溢流和底流均设计有螺杆泵增压，提高了溢流举升能力和底流回注能力。设备运转过程中，天然气水合物不与外界环境接触，避免了泄露的危险。

附图说明：

图1为一种天然气水合物井下开采方案外形及内部结构设计示意图。

图2为钻采系统示意图。

图3为分离系统示意图。

图4为钻头模块示意图。

图5为水射流模块示意图。

图6为前液压模块示意图。

图7为伸缩模块示意图。

图8为后液压模块示意图。

图9为混合液举升模块。

图10为旋流器模块示意图。

图11为溢流举升模块示意图。

图12为底流回注模块示意图。

图13为海水注入模块示意图。

图中101-钻头，102-金刚石，103-钻头电机，104-钻头传动杆，105-钻头密封轴承，106-钻头电机固定支座。201-射流电机，202-射流泵202，203-射流喷头，204-射流电机支座，205-射流泵支座，301-前液压电机，302-前液压传动杆，303-前液压缸，304-前液压活塞，305-前液压负载，306-前液压缸固定支座，307-前液压电机固定支座，401-伸缩模块电机，402-伸缩模块传动杆，403-伸缩模块活塞，404-伸缩模块液压缸，405-伸缩模块负载，406-伸缩模块液压缸固定支座，407-伸缩模块电机固定支座，501-后液压电机，502-后液压传动杆，503-后液压缸，504-后液压活塞，505-后液压负载，506-后液压缸固定支座，507-后液压电机固定支座，601-混合液举升电机，602-混合液举升泵，603-混合液举升管线，604-混合液举升泵固定支座，605-混合液举升电机固定支座，606-混合液入口，701-轴向入口，702-入口稳流器，703-螺旋流道，704-旋流腔，705-锥段，706-尾管，707-底流口，708-底流稳流器，709-底流管线，710-溢流口，711-溢流通道，712-溢流管线，713-旋流器固定支座，801-溢流举升电机，802-溢流螺杆泵，803-溢流举升管线，804-溢流举升电机固定支座，805-溢流螺杆泵固定支座，901-底流回注电机，902-底流螺杆泵，903-底流回注管线，904-底流螺杆泵固定支座，905-底流回注电机固定支座，1001-海水注入电机，1002-海水注入泵，1003-海水注入管线，1004-海水注入电机固定支座，1005-海水注入泵固定支座，1006-海水注入口。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图13所示，所述天然气水合物井下开采装置中的钻头模块，由钻头，金刚石，钻头电机，钻头传动杆，钻头密封轴承，钻头电机固定支座构成。金刚石嵌在钻头表面，其作用是更好的破碎天然气水合物和岩石杂质。钻头传动杆右端与钻头连接，左端与电机连接。钻头密封轴承位于钻头传动杆与钻采系统套管之间，其作用为密封和支撑。钻头电机固定支座将钻头电机固定在钻采系统套管内部。

所述水射流模块，位于钻头模块的左端，由射流电机，射流泵，射流喷头，射流电机支座，射流泵支座构成。射流喷头嵌在钻采系统套管内，射流电机支座和射流泵分别将射流电机和射流泵固定在钻采系统套管内部。

所述前液压模块，位于水射流模块的左端，由前液压电机，前液压传动杆，前液压缸，前液压活塞，前液压负载，前液压缸固定支座，前液压电机固定支座构成。前液压缸上端嵌在钻采系统套管内部，前液压传动杆是由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与前液压活塞连接，左端与前液压电机连接。前液压电机固定支座和前液压缸固定支座分别将前液压电机和前液压缸固定在钻采系统套管内部。

所述伸缩模块，位于前液压模块左端，由伸缩模块电机，伸缩模块传动杆，伸缩模块活塞，伸缩模块液压缸，伸缩模块负载，伸缩模块液压缸固定支座，伸缩模块电机固定支座构成。伸缩模块负载前端与前液压模块左端相连。伸缩传模块传动杆由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将会回转运动转化为直线运动，其右端与伸缩模块活塞连接，左端伸缩模块电机连接。伸缩模块液压缸固定支座和伸缩模块电机固定支座分别将伸缩模块液压缸和伸缩模块电机钻采系统套管内部。

所述后液压模块，位于伸缩模块的左端，由后液压电机，后液压传动杆，后液压缸，后液压活塞，后液压负载，后液压缸固定支座，后液压电机固定支座构成。后液压缸上端嵌在钻采系统套管内部，后液压传动杆是由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与后液压活塞连接，左端与后液压电机连接。后液压电机固定支座和后液压缸固定支座分别将后液压电机和后液压缸固定在钻采系统套管内部。

所述混合液举升模块，由混合液举升电机，混合液举升泵，混合液举升管线，混合液举升泵固定支座，混合液举升电机固定支座，混合液入口构成。混合液入口与混合液举升泵上端联通，混合液举升管线与混合液举升泵右端联通，混合液举升管线经过底流模块和旋流器模块与轴向入口联通。混合液举升泵固定支座和混合液举升电机固定支座分别将混合液举升泵和混合液举升电机固定在钻采系统套管内部。

所述旋流器模块，由轴向入口，入口稳流器，螺旋流道，旋流腔，锥段，尾管，底流口，底流稳流器，底流管线，溢流口，溢流通道，溢流管线，旋流器固定支座构成。混合液举升管线与轴向入口连接。入口稳流器与底流稳流器是由固定底座、弹簧和滑块组成的，入口稳流器套在溢流通道上。尾管两侧开有两个溢流口。旋流器固定支座将旋流器固定在分离系统套管内壁上。

所述溢流举升模块，由溢流举升电机，溢流螺杆泵，溢流举升管线，溢流举升电机固定支座，溢流螺杆泵固定支座构成。溢流举升管线经过海水注入模块延伸至地面。溢流管线连接溢流螺杆泵右下端，溢流举升管线连接溢流螺杆泵左上端。溢流举升电机固定支座和溢流螺杆泵固定支座分别将溢流举升电机和溢流螺杆泵固定在分离系统套管内壁上。

所述底流回注模块，由底流回注电机，底流螺杆泵，底流回注管线，底流螺杆泵固定支座，底流回注电机固定支座构成。底流管线与底流回注泵左上端联通，底流回注管线与底流回注泵右上端联通。底流回注电机固定支座和底流螺杆泵固定支座分别将底流回注电机和底流螺杆泵固定在分离系统套管内壁上。

所述海水注入模块，由海水注入电机，海水注入泵，海水注入管线，海水注入电机固定支座，海水注入泵固定支座和海水注入口构成。海水注入口与海水注入泵上端联通，海水注入管线与海水注入泵右端联通。海水注入管线经过溢流举升模块、旋流器模块和底流回注模块到达水合物开采层。海水注入电机固定支座和海水注入泵固定支座分别将海水注入电机和海水注入泵固定在分离系统套管内壁上。

利用前述装置工作过程如下：

海水注入电机驱使海水注入泵使得海水从海水主入口经过海水注入管线流向水合物开采层。射流电机驱使射流泵将水合物开采层的海水增压后通过射流喷头射向水合物，钻头电机驱使钻头旋转。在二者的共同作用下，天然气水合物和岩石杂质被碎成颗粒状，混合着海水成为了固态流化状。混合液举升电机驱使混合液举升泵将混合液举升至轴向入口，在旋流器的作用下，天然气水合物颗粒混合着部分海水从溢流口经过举升螺杆泵流向地面，泥沙混合着部分海水从底流口经过底流螺杆泵注回水合物开采层。

Claims (4)

1.一种用于天然气水合物井下开采中的钻采系统，包括钻头模块（1），其特征在于：所述钻采系统还包括水射流模块（2）、前液压模块（3）、伸缩模块（4）、后液压模块（5）以及混合液举升模块（6）；

所述钻头模块（1）包括钻头（101）、金刚石（102）、钻头电机（103）、钻头传动杆（104）、钻头密封轴承（105）以及钻头电机固定支座（106）；金刚石（102）嵌在钻头（101）表面，用于破碎天然气水合物和岩石杂质；钻头传动杆（104）右端与钻头（101）连接，左端与电机（103）连接；钻头密封轴承（105）位于钻头传动杆（104）与钻采系统套管（11）之间，用于密封和支撑；钻头电机固定支座（106）用于将钻头电机（103）固定在钻采系统套管（11）的内部；

所述水射流模块（2），位于钻头模块（1）的左端，包括射流电机（201）、射流泵（202）、射流喷头（203）、射流电机支座（204）以及射流泵支座（205）；射流喷头（203）嵌在钻采系统套管（11）内，射流电机支座（204）和射流泵支座（205）分别用于将射流电机（201）和射流泵（202）固定在钻采系统套管(11)内部；

所述前液压模块（3），位于水射流模块（2）的左端，包括前液压电机（301）、前液压传动杆（302）、前液压缸（303）、前液压活塞（304）、前液压负载（305）、前液压缸固定支座（306）以及前液压电机固定支座（307）；前液压缸（303）上端嵌在钻采系统套管（11）内部，前液压传动杆（302）由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与前液压活塞（304）连接，左端与前液压电机（301）连接；前液压电机固定支座（307）和前液压缸固定支座（306）分别将前液压电机（301）和前液压缸（303）固定在钻采系统套管（11）内部；

所述伸缩模块（4），位于所述前液压模块左端，包括伸缩模块电机（401）、伸缩模块传动杆（402）、伸缩模块活塞（403）、伸缩模块液压缸（404）、伸缩模块负载（405）、伸缩模块液压缸固定支座（406）以及伸缩模块电机固定支座（407）；伸缩模块负载（404）前端与前液压模块（3）左端相连；伸缩模块传动杆（402）由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与伸缩模块活塞（403）连接，左端与伸缩模块电机（401）连接；伸缩模块液压缸固定支座（406）和伸缩模块电机固定支座（407）分别用于将伸缩模块液压缸（404）和伸缩模块电机（401）固定在钻采系统套管（11）内部；

所述后液压模块（5），位于伸缩模块（4）的左端，包括后液压电机（501）、后液压传动杆（502）、后液压缸（503）、后液压活塞（504）、后液压负载（505）、后液压缸固定支座（506）以及后液压电机固定支座（507）；后液压缸（503）上端嵌在钻采系统套管（11）内部，后液压传动杆（502）是由两根螺纹杆组成，通过螺旋与螺纹牙面旋合将回转运动转化为直线运动，其右端与后液压活塞（504）连接，左端与后液压电机（501）连接；后液压电机固定支座（507）和后液压缸固定支座（506）分别用于将后液压电机（501）和后液压缸（503）固定在钻采系统套管（11）内部；

所述混合液举升模块（6），位于后液压模块（5）的左端，包括混合液举升电机（601）、混合液举升泵（602）、混合液举升管线（603）、混合液举升泵固定支座（604）、混合液举升电机固定支座（605）以及混合液入口（606）；混合液入口（606）与混合液举升泵（602）上端联通，混合液举升管线（603）与混合液举升泵（602）右端联通，混合液举升管线（603）用于经过底流模块（9）和旋流器模块（7）与轴向入口联通；混合液举升泵固定支座（604）和混合液举升电机固定支座分别用于将混合液举升泵（602）和混合液举升电机（601）固定在钻采系统套管（11）内部。

2.一种用于天然气水合物井下开采中的分离系统，包括旋流器模块（7），其特征在于：所述分离系统还包括溢流举升模块（8）、底流回注模块（9）以及海水注入模块（10）；

所述旋流器模块（7），包括轴向入口（701）、入口稳流器（702）、螺旋流道（703）、旋流腔（904）、锥段（705）、尾管（706）、底流口（707）、底流稳流器（708）、底流管线（709）、溢流口（710）、溢流通道（711）以及溢流管线（712）；轴向入口（701）用于和混合液举升管线（603）连接，入口稳流器（702）与底流稳流器（708）均包含固定底座、弹簧和滑块，入口稳流器（702）套在溢流通道（711）上；尾管（706）两侧开有两个溢流口（710），旋流器固定支座（713）用于将所述旋流器模块固定在分离系统套管（12）内壁上；

所述溢流举升模块（8），包括溢流举升电机（801）、溢流螺杆泵（802）、溢流举升管线（803）、溢流举升电机固定支座（804）以及溢流螺杆泵固定支座（805）；溢流举升管线（803）用于经过海水注入模块（10）延伸至地面；溢流管线（712）连接在溢流螺杆泵（802）右下端，溢流举升管线（803）连接溢流螺杆泵（802）左上端；溢流举升电机固定支座（804）和溢流螺杆泵固定支座（805）分别用于将溢流举升电机（801）和溢流螺杆泵（802）固定在分离系统套管（12）内壁上；

所述底流回注模块（9），包括底流回注电机（901）、底流螺杆泵（902）、底流回注管线（903）、底流螺杆泵固定支座（904）以及底流回注电机固定支座（905）；底流管线（709）与底流回注泵（902）左上端联通，底流回注管线（903）与底流回注泵（902）右上端联通；底流回注电机固定支座（905）和底流螺杆泵固定支座（904）分别用于将底流回注电机（901）和底流螺杆泵（902）固定在分离系统套管（12）内壁上；

所述海水注入模块（10），包括海水注入电机（1001）、海水注入泵（1002）、海水注入管线（1003）、海水注入电机固定支座（1004）、海水注入泵固定支座（1005）和海水注入口（1006）；海水注入口（1006）与海水注入泵（1002）上端联通，海水注入管线（1003）与海水注入泵（1002）右端联通；海水注入电机固定支座（1004）和海水注入泵固定支座（1005）分别用于将海水注入电机（1001）和海水注入泵（1002）固定在分离系统套管（12）内壁上。

3.一种天然气水合物井下开采装置，其特征在于：包含权利要求1所述的钻采系统和权利要求2所述的分离系统；其中，所述的钻采系统位于钻采系统套管(11)内，所述分离系统位于分离系统套管(12)内，混合液举升管线（603）与所述旋流器模块内的轴向入口（701）相连接；

钻采系统套管(11)与分离系统套管(12)通过弯管连接，所述弯管的上端开有供海水注入管线（1003）引出的引出口，海水注入管线（1003）经过所述引出口引出。

4.一种天然气水合物井下开采方法，其特征在于：

利用权利要求3所述装置，把所述装置中的钻采系统置于水合物开采层(13)中，把所述装置中的分离系统置于泥沙层(14)中，使所述装置中的海水注入模块位于海水层（15）中；

使海水流向水合物开采层，并将海水增压后射向水合物，由钻头电机驱使钻头旋转，将天然气水合物和岩石杂质被碎成颗粒状，混合海水后成为固态流化状；经由混合液举升电机驱使混合液举升泵将混合液举升至旋流器模块的轴向入口，在旋流器模块的作用下被分离；天然气水合物颗粒混合着部分海水从溢流口经过举升螺杆泵流向地面，泥沙混合着部分海水从底流口经过底流螺杆泵注回水合物开采层。

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