[發(fā)明專利]一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710249143.X
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106939780B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王國榮;黃蓉;劉清友;周守為;王雷振;付強(qiáng);李清平
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：它包括水力射流噴嘴組合（1）、連續(xù)軟管（2）、設(shè)置于海面上的水合物收集船（3）、設(shè)置于海水中的中轉(zhuǎn)站（4）、設(shè)置于海底表面層（20）內(nèi)的隔水導(dǎo)管（5），所述的隔水導(dǎo)管（5）內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向座（6），導(dǎo)向座（6）內(nèi)設(shè)置有水力射流噴嘴組合（1），水力射流噴嘴組合（1）包括噴嘴本體（7）、套筒I（8）、套筒II（9）和噴頭（10），噴嘴本體（7）的右端部與套筒I（8）的左端部連接，噴嘴本體（7）內(nèi)開設(shè)有與套筒I（8）連通的流道（11），噴嘴本體（7）的柱面上且沿其圓周方向均勻分布有多個與流道（11）連通的斜向射流孔A（12），斜向射流孔A（12）向左傾斜且與噴嘴本體（7）偏心設(shè)置，套筒II（9）由順次連接的大軸（13）和小軸（14）連接組成，大軸（13）設(shè)置于套筒I（8）內(nèi)且與其之間形成有間隙，大軸（13）與噴嘴本體（7）之間抵壓有石棉過濾網(wǎng)（15），小軸（14）沿套筒I（8）的軸線貫穿套筒I（8）設(shè)置，小軸（14）與噴頭（10）連接，噴頭（10）的左端部開設(shè)有與套筒II（9）連通的型腔（16），噴頭（10）的右端部設(shè)置有與型腔連通的軸向射流孔（17），噴頭（10）的柱面上且沿其圓周方向均勻分布有多個與型腔（16）連通的斜向射流孔B（18），斜向射流孔B（18）向右傾斜且與噴頭（10）偏心設(shè)置；所述的導(dǎo)向座（6）內(nèi)由上往下開設(shè)有直通道和L形通道（24），直通道與中轉(zhuǎn)站（4）之間通過管道（25）連接，L形通道（24）內(nèi)設(shè)置有輸送管（22），連續(xù)軟管（2）的一端連接在水合物收集船（3）上，另一端自上而下貫穿管道（25）且連通噴嘴本體（7）的流道（11），輸送管（22）一端套在連續(xù)軟管（2）上，輸送管（22）的另一端套在噴嘴本體（7）的外部，輸送管（22）的兩端均設(shè)置有開口，所述的中轉(zhuǎn)站（4）與水合物收集船（3）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：所述的噴嘴本體（7）的右端部設(shè)置有外螺紋，套筒I（8）的左端面上開設(shè)有螺紋孔，套筒I（8）的螺紋孔與噴嘴本體（7）的外螺紋連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：所述的小軸（14）的右端部設(shè)置有外螺紋，所述的型腔（16）內(nèi)設(shè)置有螺紋孔。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：所述的噴頭（10）經(jīng)螺紋孔與小軸（14）的外螺紋連接固定于套筒II（9）上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：所述的大軸（13）的左右端面上均設(shè)置有過流通道（19）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：所述的過流通道（19）沿大軸（13）的周向方向均勻分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化開采裝置，其特征在于：所述的中轉(zhuǎn)站（4）為輸送泵。

8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任意一項所述的裝置固態(tài)流化開采海底淺層非成巖天然氣水合物的方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、下放隔水導(dǎo)管，利用噴射鉆進(jìn)的方法由海底表面層（20）鉆至水合物礦層（21），在鉆好的井眼內(nèi)下放隔水導(dǎo)管（5），隔水導(dǎo)管（5）連接海底表面層和水合物礦層，形成鉆井液循環(huán)通道同時隔絕海水，實現(xiàn)了隔水導(dǎo)管（5）的下放；

S2、下入導(dǎo)向座，利用導(dǎo)向座（6）控制鉆進(jìn)的方向，將井眼軌跡調(diào)整到水平模式；

S3、水力射流噴嘴組合（1）的下放和安裝，先將水力射流噴嘴組合（1）下入導(dǎo)向座（6）的L形通道（24）的水平通道內(nèi)，使水力射流噴嘴組合（1）位于水合物礦層（21）內(nèi)，再利用連續(xù)軟管（2）將噴嘴本體（7）的流道（11）與水合物收集船（3）連接，然后將輸送管（22）的一端套在噴嘴本體（7）上，最后將管道（25）與導(dǎo)向座（6）的直通道與中轉(zhuǎn)站（4）連接，從而實現(xiàn)了水力射流噴嘴組合（1）的下放和安裝；

S4、水合物的破碎，由水合物收集船（3）向連續(xù)軟管（2）內(nèi)通入高壓海水，一部分高壓海水順次經(jīng)流道（11）、套筒I（8）、套筒II（9）、型腔（16）內(nèi)最后由軸向射流孔（17）和斜向射流孔B（18）噴射出，由軸向射流孔（17）噴射出的高壓海水破碎水平方向的水合物，破碎后形成固體顆粒水合物，同時開辟前進(jìn)的通道，而斜向射流孔B（18）噴出的高壓海水具有反向作用力，從而形成一個扭矩，進(jìn)一步帶動噴頭（10）及套筒II（9）做旋轉(zhuǎn)周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，高壓海水掃過一個圓周或螺旋線，以破碎周向方向的水合物，形成固體顆粒水合物，在水合物礦層（21）內(nèi)形成圓柱狀的破碎礦腔；而另一部分高壓海水則從斜向射流孔A（12）中噴射出，為整個水力射流噴嘴組合（1）和連續(xù)軟管（2）提供前進(jìn)的動力，同時向后射出的水流有助于前方破碎的固體顆粒水合物隨著水流向后運(yùn)動，有利于顆粒的收集；

S5、破碎后的固體顆粒水合物的采集，由斜向射流孔A（12）中噴射出的水流帶動固體顆粒水合物向后運(yùn)動，經(jīng)輸送管（22）上的左側(cè)開口進(jìn)入輸送管（22），沿輸送管（22）運(yùn)動，由輸送管（22）右側(cè)開口流出并順次經(jīng)直通道、管道（25）最后進(jìn)入中轉(zhuǎn)站（4）內(nèi)，最后由中轉(zhuǎn)站（4）輸送到水合物收集船（3）上收集，實現(xiàn)了破碎后的固體顆粒水合物的大量、高效采集。