[發明專利]一種天然氣水合物開發多級可控水射流破碎造腔工具

有效

• 申請號: 202110209892.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112796714B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 唐洋;趙鵬;王國榮;劉清友;何玉發;姚佳鑫;李澤良;陸江;方小宇;敬鑫;王遠;熊浩宇;倪申童
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江）
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B21/00;E21B21/10
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明涉及一種天然氣水合物開發多級可控水射流破碎造腔工具，該工具主要由內管上、下接頭，中間套管，同軸節流推桿組成的內層結構，外層套管、支撐環組成的外層結構，安裝于中間套管并穿過外層套管上的射流噴頭、單級伸縮射流噴頭、二級伸縮射流噴頭組成的射流破碎結構構成，本發明的有益效果是可實現可控的多級別流量、可變噴頭數量下的水合物射流破碎；在射流破碎時候能保證軸向鉆井液流道的完全封堵；在淹沒射流破碎狀態下實現更大的破碎直徑；分離后的泥砂可通過該破碎裝置由下部鉆頭端排出，該工具能實現鉆進、破碎造腔、回收、排砂的完整工藝，減少起下鉆柱的次數，降低開采成本，提高天然氣水合物的開采效率。

技術領域

本發明涉及到天然氣水合物開采領域，具體涉及一種天然氣水合物開發多級可控水射流破碎造腔工具。

背景技術

天然氣水合物又稱“可燃冰，是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。經過試采勘探，我國南海天然氣水合物儲量相當于千億噸石油，但目前要實現水合物有效可控的商業開采是一個世界性的難題。

目前世界上水合物開采方法中的降壓法、注熱法、化學抑制劑法和C02置換開采法等使用的開采方法也只是對天然氣水合物進行了短期試采。而我國南海海域的天然氣水合物主要以非成巖天然氣水合物為主。深水非成巖天然氣水合物具有儲量大、弱膠結、穩定性差的特點，一旦所在區域的溫度、壓力條件發生變化，就可能導致海底非成巖天然氣水合物的大量分解、氣化和自由釋放，造成自然災害與海底環境破環。因此，針對南海天然氣水合物的特點與分布情況，對于天然氣水合物的開采一般都是先利用鉆頭鉆進預定位置，形成領眼，然后再通過回拖井下工具，回拖過程中通過開采工具對周圍非成巖天然氣水合物層進行淹沒射流破碎造腔、回收，通過分離器將水合物與泥砂分離之后，泥砂經天然氣水合物破碎造腔工具、鉆頭排出回填地層，維護地層結構穩定性。

對于目前天然氣水合物開采所采用的天然氣工具無法滿足水合物高效破碎造腔、回收、泥砂回填的功能，主要體現在以下幾個方面：

(1)現有天然氣水合物射流破碎工具只能實現單一級別流量下以及固定噴頭數量下的射流破碎，無法實現流量級別，噴頭數量可變可控下的射流破碎。

(2)天然氣水合物破碎開采過程中，為獲得最大的射流破碎半徑，需要保證最大的射流壓力，因此射流破碎過程中要對軸向鉆井液流道進行嚴格封堵，而目前已有射流破碎裝置在軸向流道上采用擠壓型密封的方式，在射流破碎時不可避免產生軸向泄漏，密封效果較差。

(3)天然氣水合物開采過程中，為保證水合物射流破碎后海底地層的穩定性，需要將回收后的水合物與泥砂在分離器分離后，對泥砂進行原位回填，因此射流破碎裝置上應具有單獨的泥砂返排通道，而現有射流破碎工具不具備泥砂返排通道。

(4)天然氣水合物開采回拖開采工具串進行射流破碎時，射流破碎工具前端射流噴頭處于淹沒射流狀態，即噴頭外部處于被弱膠結的水合物與泥砂所覆蓋的狀態，而現有射流破碎工具為追求更大破碎直徑所設計的可伸縮噴頭的結構以及排布方式會造成射流破碎工具開啟后伸縮噴頭立即伸出，伸出的噴頭受到泥砂的阻擋，嚴重影響開采工具串的回拖、極大的降低開采效率。

發明內容：