[發明專利]基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810040848.5
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108086962B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 陳晨;翟梁皓;孫友宏;楊林;張晗;陳勇;朱穎;潘棟彬;鐘秀平
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/11;E21B43/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

1.一種基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置，其特征在于：包括外部隔離套管（1）、內部套管（2）、移動壓板（3）、限位器（4）、真空泵（5）、雙井筒套管（6）、真空管（7）、氣液分離器（8）、儲氣裝置（9）、壓力和流量傳感器（10）、注漿系統（11）、控制及信號處理系統（12）、射孔裝置（13）、射孔孔嘴（14）、塑料排水板（15）、雙井筒套管內管（16）、雙井筒套管外管（17）、注熱系統（18）和開采船（20）；

雙井筒套管（6）上端與開采船（20）連接，雙井筒套管（6）下端穿過外部隔離套管（1），雙井筒套管（6）能隨開采裝置同步壓入天然氣水合物儲層（19）中，雙井筒套管內管（16）底部依次設置射孔裝置（13）、壓力和流量傳感器（10）；真空管（7）設置在外部隔離套管（1）內側頂端以雙井筒套管（6）為中心均勻布置八根；內部套管（2）與真空管（7）垂直密封連接；移動壓板（3）布置在外部隔離套管（1）內側并與真空管（7）平行，移動壓板（3）上設置貫穿孔（31），內部套管（2）穿過貫穿孔；限位器（4）與外部隔離套管（1）內壁及雙井筒套管外管（17）外側剛性連接；

所述外部隔離套管（1）為剛性不透水圓柱體單元，為整個靜壓部件的外部保護單元，為開采裝置內部提供封閉的工作環境；

所述內部套管（2）為剛性圓柱體花管，上部與真空管（7）密封連接，其內部設置環狀整體式塑料排水板（15），塑料排水板（15）內部為PVC材質，外部為土工材料包裹，可保證液態水和氣態天然氣通過，阻止儲層中固體顆粒進入內部套管（2）；

隨著開采裝置的繼續下放，移動壓板3對土體施加荷載逐漸增加；與此同時，射孔裝置（13）啟動，在開采裝置底部水合物層形成射孔通道，并同步注漿，注漿后形成的隔水層（21）阻斷海水對加固區域的補給，在移動壓板（3）荷載作用下，由開采施工而產生孔隙逐漸排水閉合，天然氣水合物儲層（19）的開采區逐漸固結，穩定性得到提高。

2.根據權利要求1所述的一種基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置，其特征在于：所述移動壓板（3）上的貫穿孔（31）為二十四個，間隔2~4米的二十四根內部套管（2）分別穿過二十四個貫穿孔（31），在保持密封的基礎上，貫穿孔（31）能沿著內部套管（2）自由移動。

3.根據權利要求1所述的一種基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置，其特征在于：所述限位器（4）設置在外部隔離套管（1）內壁，限位器（4）是位于真空管（7）以下的剛性部件，限位器（4）能限制移動壓板（3）向上運動，當開采裝置壓入天然氣水合物儲層（19）時，移動壓板（3）隨之向上運動，當接觸到限位器（4）時，移動壓板（3）無法繼續向上運動的同時對天然氣水合物儲層（19）施加壓力。

4.根據權利要求1所述的一種基于真空降壓法開采海底淺層非成巖地層天然氣水合物的裝置，其特征在于：所述雙井筒套管（6）位于開采裝置的中心位置，為雙井筒套管管柱的設計，雙井筒套管（6）內外管之間通過固定套管部件（22）連接，雙井筒套管內管（16）與開采船（20）上的注漿系統（11）及注熱系統（18）相連，雙井筒套管內管（16）底部布置壓力和流量傳感器（10）、射孔裝置（13），能實時測量水合物的分解速率以及在外部隔離套管（1）底部進行射孔并注漿；雙井筒套管外管（17）與開采船（20）上的真空泵（5）相連，能對開采裝置傳遞真空負壓，雙井筒套管外管（17）位于限位器（4）以下的管體為花管，開采時雙井筒套管外管（17）可作為液態水和氣態天然氣的通道，雙井筒套管外管（17）上與射孔噴嘴（14）對應位置預留開口。