CN208416504U - 一种超前加固深海天然气水合物储层的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超前加固深海天然气水合物储层的装置，所述天然气水合物储层包括上覆盖层和下覆盖层，所述上覆盖层和所述下覆盖层之间为水合物区，所述装置包括开设于所述上覆盖层的井，一加固桩的上端位于所述井，而其下端向下穿过所述水合物区并伸入所述下覆盖层，所述井的下端区域连接有若干加固体，部分所述加固体向下蜿蜒钻至所述水合物区，部分所述加固体向下蜿蜒钻至所述下覆盖层，所述井的井壁内设有供若干油管钻入的若干孔道，所述油管的前端设有喷嘴，若干所述油管能够穿过所述孔道钻入所述水合物区和所述下覆盖层中，所述油管内具有填充材料，所述喷嘴用于将所述填充材料沿所述油管钻入的轨迹喷出从而形成所述加固体。

Description

一种超前加固深海天然气水合物储层的装置

技术领域

本实用新型涉及海洋资源及基础工程技术领域，尤其涉及一种超前加固深海天然气水合物储层的装置。

背景技术

天然气水合物储存于低温高压环境下的覆盖层的沉积物孔隙中，当温度升高或者压力减小时，天然气水合物就分解为气、水混合物，释放出的气、水混合物在覆盖层中形成超压，从而使得沉积物固结程度大大降低。特别是在深海天然气水合物开采的过程中，如果海底的覆盖层中的天然气水合物的温度或者压力的变化超过平衡条件，由天然气水合物分解产生的超压势必会影响覆盖层的稳定性，进而可能使海底斜坡的稳定性降低而导致发生海底滑坡。大规模发生的海底滑坡不但会对深海油气钻探、输油管道、海底电缆等海底工程设施造成破坏，而且还能导致海啸，极大地危害着人类生命财产的安全。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例为了解决深海天然气水合物开采时可能带来的因海底失稳而导致天然气水合物储层被破坏、使人类的生命财产遭受损失的问题而提供了一种超前加固深海天然气水合物储层的装置。

本实用新型的实施例提供一种超前加固深海天然气水合物储层的装置，所述天然气水合物储层包括上覆盖层和下覆盖层，所述上覆盖层和所述下覆盖层之间为储存天然气水合物的水合物区，所述装置包括开设于所述上覆盖层的井，一加固桩的上端位于所述井，而其下端向下穿过所述水合物区并伸入所述下覆盖层，所述井的下端区域连接有若干加固体，部分所述加固体向下蜿蜒钻至所述水合物区，部分所述加固体向下蜿蜒钻至所述下覆盖层，所述井的井壁内设有供若干油管钻入的若干孔道，所述油管的前端设有喷嘴，若干所述油管能够穿过所述孔道钻入所述水合物区和所述下覆盖层中，所述油管内具有填充材料，所述喷嘴用于将所述填充材料沿所述油管钻入的轨迹喷出从而形成所述加固体。

进一步地，每一孔道的入口设在所述井壁的上表面，出口设置在所述井壁的外侧，所述孔道绕所述井的井壁分布成两圈，位于外圈的所述孔道的出口位置高于位于内圈的所述孔道的出口位置。

进一步地，所述填充材料具有抗渗透能力。

进一步地，钻至所述水合物区的所述加固体所采用的填充材料为陶粒，钻至所述下覆盖层的所述加固体所采用的填充材料为高强混凝土。

进一步地，所述加固桩具有三根，三根所述加固桩相互平行且呈三角形分布。

进一步地，三根所述加固桩两两紧密接触。

进一步地，所述井的井底位于所述上覆盖层的中间区域。

进一步地，所述加固桩为排水桩。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过本实用新型的超前加固深海天然气水合物储层的方法和装置，在天然气水合物储层中筑建所述加固桩和所述加固体，将所述上覆盖层、所述水合物区和所述下覆盖层连接称为一个整体，当天然气水合物分解时，所述水合物区固结程度降低，产生的作用力将由所述上覆盖层、所述水合物区和所述下覆盖层共同承担，从而降低了所述天然气水合物储层失稳的可能性；(2)所述加固桩采用排水桩，除了可以起到连接加固的作用之外，还可以起到减少对所述水合物区渗透性的损害的作用。

附图说明

图1是本实用新型超前加固深海天然气水合物储层的装置的示意图；

图2是本实用新型超前加固深海天然气水合物储层的装置的井和油管的示意图；

图3是本实用新型超前加固深海天然气水合物储层的装置的井的俯视图；

图4是本实用新型超前加固深海天然气水合物储层的装置中的钻入水合物区的油管的截面图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种超前加固深海天然气水合物储层的装置，目的是为了解决深海天然气水合物开采时可能带来的因海底失稳而导致天然气水合物储层被破坏、使人类的生命财产遭受损失的问题。

请参考图1，所述天然气水合物储层包括上覆盖层4和下覆盖层5，所述上覆盖层4和所述下覆盖层5之间为储存天然气水合物的水合物区6。通常情况下，所述上覆盖层4位于海深1500m处，所述上覆盖层4的厚度为400m，所述水合物区6的厚度为200m，海底温度为10°左右，海底压力大约为15Mpa。但并不以本实施例所列数据为限。

所述上覆盖层4上开设有井1，所述井1并没有贯穿所述上覆盖层4，本实施例中，所述井的井底位于距离所述上覆盖层4的底面50m处的所述上覆盖层4中，所述井1的上端开口处的直径为1.5m，所述井底的直径大约为0.8m。应该注意的是，并不以本实施例为限。

请参考图1，一加固桩2的上端位于所述井1，而其下端向下穿过所述水合物区6并伸入所述下覆盖层5，所述加固桩2采用排水桩，排水桩除了可以起到连接所述上覆盖层4和所述下覆盖层5、加固所述天然气水合物储层的作用之外，还可以起到减少对所述水合物区6渗透性的损害的作用。所述加固桩2具有三根，三根所述加固桩2相互平行，同时三根所述加固桩2两两紧密接触，从而三根所述加固桩2呈稳定的三角形分布，本实施例中，所述加固桩2长300m，其直径为0.3m。

请参考图1至图4，所述井1的下端区域连接有若干加固体31、32，部分所述加固体31向下蜿蜒钻至所述水合物区6，部分所述加固体32向下蜿蜒钻至所述下覆盖层5。所述加固体31的筑建材料主要为陶粒，所述加固体32的筑建材料主要为高强混凝土。所述陶粒7为抗渗透能力优越的材料，所述高强混凝土为C60高强混凝土，所述C60高强混凝土不仅具有较强的抗渗透能力，而且还具有自重较轻、密实性能好等优点。通过所述油管在所述通道内注入所述陶粒7或者注入所述高强混凝土而形成所述加固体31、32，不仅增加了渗透通道，还在不影响所述油管的绕性的前提下增加了所述通道的强度。优选所述陶粒7的直径为1cm。

所述加固体31、32自所述井1以α角起弯，10°≤α≤20°，优选所述α＝15°。所述井1的外侧壁分布有两个加固体层，二所述加固体层间隔设置，本实施例中，二所述加固体层之间的间隔为20m。每一所述加固体层具有多个所述加固体31、32，位于同一所述加固体层的多个所述加固体31、32呈环状的分布于所述井1的外侧壁，且呈发散状向四周弯曲延伸，从而使其如树根状与所述水合物区6中的天然气水合物和所述下覆盖层6接触，即利用陆地边坡处置技术使所述天然气水合物储层更加稳固。

请参考图1至图3，所述井1的井壁11内设有供若干油管8钻入的若干孔道12，每一孔道12的入口设在所述井壁11的上表面，出口设置在所述井壁11的外侧，所述孔道12绕所述井1的井壁11分布成两圈，位于外圈的所述孔道12的出口位置(即上加固层所在位置)高于位于内圈的所述孔道12的出口位置(即下加固层所在位置)。所述油管8的前端设有喷嘴，若干所述油管8与若干所述孔道12一一对应，部分所述油管8能够蜿蜒的穿过与之对应的所述孔道12钻入所述水合物区6，部分所述油管8能够蜿蜒的穿过与之对应的所述孔道12钻入所述下覆盖层5中，所述油管8内具有填充材料，所述喷嘴用于将所述填充材料沿所述油管8钻入的轨迹喷出从而形成加所述加固体。

本实用新型的实施例提供一种超前加固深海天然气水合物储层的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用深海钻井技术进行从海底到所述上覆盖层4的钻井施工而形成井1。由于深海沉积物复杂，钻进难度大，故采用多层套管钻进技术，优选采用5层套管钻进技术实施钻进作业。

步骤2：在所述上覆盖层4的井1中设置加固桩2，使所述加固桩2的下端伸入所述下覆盖层5。从而初步地使所述上覆盖层4和所述下覆盖层5连接成为一个整体，所述加固桩2为所述整体的具有强化作用的内筋。

步骤3：使每一所述油管8分别通过与之对应的所述孔道12蜿蜒的钻入所述水合物区6和所述下覆盖层5的预设位置，利用油管定向钻进技术在所述水合物区6和所述下覆盖层5中形成若干通道，使部分所述通道随相应的所述油管8蜿蜒钻至所述水合物区6、部分所述通道随相应的所述油管8蜿蜒钻至所述下覆盖层5，随后往所述油管8内注入所述填充材料，然后一边使所述油管8沿所述通道后退，一边使所述油管8喷出所述填充材料而使所述填充材料在所述通道内形成所述加固体31、32，直至使所述油管8退出相应的所述通道，通过使所述加固体31、32和所述加固桩2形成所述天然气水合物储层的内筋而来强化所述天然气水合物储层结构。然后进行所述天然气水合物储层稳定性试验测试，然后进行预开采等其他工作。优选所述油管为柔性管。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超前加固深海天然气水合物储层的装置，所述天然气水合物储层包括上覆盖层和下覆盖层，所述上覆盖层和所述下覆盖层之间为储存天然气水合物的水合物区，其特征在于：所述装置包括开设于所述上覆盖层的井，一加固桩的上端位于所述井，而其下端向下穿过所述水合物区并伸入所述下覆盖层，所述井的下端区域连接有若干加固体，部分所述加固体向下蜿蜒钻至所述水合物区，部分所述加固体向下蜿蜒钻至所述下覆盖层，所述井的井壁内设有供若干油管钻入的若干孔道，所述油管的前端设有喷嘴，若干所述油管能够穿过所述孔道钻入所述水合物区和所述下覆盖层中，所述油管内具有填充材料，所述喷嘴用于将所述填充材料沿所述油管钻入的轨迹喷出从而形成所述加固体。

2.如权利要求1所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：每一孔道的入口设在所述井壁的上表面，出口设置在所述井壁的外侧，所述孔道绕所述井的井壁分布成两圈，位于外圈的所述孔道的出口位置高于位于内圈的所述孔道的出口位置。

3.如权利要求2所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：所述填充材料具有抗渗透能力。

4.如权利要求3所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：钻至所述水合物区的所述加固体所采用的填充材料为陶粒，钻至所述下覆盖层的所述加固体所采用的填充材料为高强混凝土。

5.如权利要求2所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：所述加固桩具有三根，三根所述加固桩相互平行且呈三角形分布。

6.如权利要求5所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：三根所述加固桩两两紧密接触。

7.如权利要求2所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：所述井的井底位于所述上覆盖层的中间区域。

8.如权利要求2所述的超前加固深海天然气水合物储层的装置，其特征在于：所述加固桩为排水桩。