[發明專利]一種海底淺層非成巖天然氣水合物領眼回拖射流開采方法及開采裝置

有效

• 申請號: 201710796364.9
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107642346B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 周守為;王國榮;高杭;劉清友;李清平;付強;鐘林;王雷振
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;中國海洋石油總公司;中海油研究總院
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/38;E21C50/02
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• 代理人: 暫無信息

本文公開了一種海底淺層天然氣水合物領眼回拖射流破碎開采方法及開采裝置，屬于海底水合物開采技術領域，主要包括以下步驟：下放隔水導管至臨近水合物礦層的位置，利用機械或射流鉆進方式在水合物地層中轉向鉆進，形成一個具有一定傾斜角度的領眼；當鉆進達到預定位置后，回拖連續管及采掘破碎系統，同時利用噴射頭水射流破碎其周圍的水合物礦體，形成的水合物顆粒隨海水一起被收集進入密閉管道，利用管內井下分離器將破碎顆粒中的泥沙分離出來，添加固化劑后原位回填至采空區，分離后的水合物顆粒與海水一起泵送至海面進行處理。本發明實現了海底淺層天然氣水合物的高效、安全、可持續開采，在保證采掘效率的同時，有效避免了潛在的安全問題。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開采技術領域，尤其涉及海底淺層非成巖天然氣水合物的領眼回拖開采方法及開采裝置。

背景技術

天然氣水合物又稱為可燃冰，是一種由甲烷為主的烴類氣體和水在一定的溫度壓力條件下形成的“籠型化合物”，呈白色晶狀結構。天然氣水合物儲量巨大，碳含量超過已知碳化石燃料總和的2倍，主要存在于陸地永凍土以及大洋海底，其中大洋海底天然氣水合物的儲量遠遠超過陸地永凍土區域的儲量。

水合物主要的存在形式有砂巖型，砂巖裂隙型、細粒裂隙型和分散型，其中細粒裂隙型和分散型水合物占絕大多數，但該類型的水合物埋深淺，膠結性差，開采過程中極易引發地質和環境災害。日本和中國分別開展了海洋天然氣水合物試采研究，主要試采方法為注熱法、降壓法等方法，這些開采方法并未脫離傳統油氣開采思路，且試采所選用的天然氣水合物藏有良好的蓋層，即便如此，也只驗證了短期試采的技術可行性，長期持續性開采引起的潛在環境地質災害仍有待進一步評估。

“固態流化”開采方法是一種針對海底非成巖天然氣水合物的全新開采思路，其核心思想是在不改變海底溫度和壓力的情況下，直接利用機械或采掘天然氣水合物礦體，通過密閉管道將破碎后的天然氣水合物固體顆粒與海水混合泵送至海面，再進行分離、分解氣化等處理。因為該方法不改變海底天然氣水合物的溫度和壓力，從而有效避免天然氣水合物分解引起的工程地質與環境災害。

針對不同埋深的水合物資源，固態流化開采方法可分為表層固態流化和淺層固態流化兩種開采方法。表層固態流化開采方法以海底采礦機構在海底運動過程中采掘破碎海底表面的水合物礦體；然而針對擁有數十米乃至一二百米覆蓋層的淺層水合物資源，海底采礦機構需要將覆蓋在水合物礦體上部的泥層清除，才能開采水合物礦體，如此將大大增加無用的附加工程工作量，難以保證水合物商業開采的經濟性。淺層水合物固態流化開采方法部分借鑒傳統油氣水平鉆井技術，并在此基礎上利用水射流或機械破碎擴大井眼已達到采掘水合物礦體的目的；然而該方法目前停留在概念設計上，缺乏一套具體的行之有效的實施工藝方法，存在一些亟待攻克的工藝技術難題，如射流水與返輸漿體流經路徑交叉沖突、海底地下采空區由于回填不及時引起的采掘面和地層坍塌、采掘裝置正向行進采掘導致管道處于懸浮狀態以及回填泥砂掩埋后部連續管導致管道回撤受阻。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種用于海底淺層非成巖天然氣水合物的領眼回拖射流開采方法，采用先鉆領眼，然后在回拖管道和鉆采裝置的過程中利用水射流的方式破碎水合物礦體，同時井下分離泥砂并原位固化回填，有效解決海底淺層水合物固態流化開采中存在的工藝技術難題。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種天然氣水合物領眼回拖射流開采方法，主要用于海底淺層非成巖天然氣水合物的開采，其特征在于，所述天然氣水合物領眼回拖射流開采方法主要包括：

步驟S1：下放隔水導管至海底水合物層上方，形成垂直通道，利用復合智能鉆進機器人在水合物礦層水平鉆進，形成一定長度的水平領眼；

步驟S2：回拖復合智能鉆進機器人，同時利用水射流擴徑的方式破碎管道周圍的水合物礦體，破碎顆粒隨海水流化收集進入管道內；