CN110173241A - 一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法及装置，属于海洋天然气水合物开采技术领域，主要包括以下步骤：下放隔水导管至水合物矿物层上方，利用钻头机械破碎继续钻进，形成垂直领眼；回拖钻柱，利用切向布置的射流孔对水合物矿层进行破碎，射流水在开采腔中形成高速旋转流场，水合物颗粒和杂质沙颗粒在离心力的作用下分层，从而原位分离，位于最外层的杂质沙颗粒回填至空腔；分离后的水合物与海水一起回收泵送上海面。本发明实现了海底浅层水合物的原位破碎、分离、回填一体化作业，能够进行高效、安全、持续性开采，在保证开采效率的同时，有效降低开采工具复杂度、提升回填稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋天然气水合物开采技术领域，尤其涉及海洋浅层天然气水合物原位分离回填射流开采方法及装置。
背景技术
被称为“可燃冰”的天然气水合物是一种高密度、高热值的非常规能源。据统计全球天然气水合物的资源总量的碳含量相当于目前全世界已知煤炭、石油和天然气等资源总储量的两倍。我国海洋天然气水合物资源前景十分广阔，仅南海天然气水合物的总资源量就相当于约我国陆地和近海石油天然气总储量的一半。
目前已知晓自然形成的天然气水合物储存形态有四种，分别为砂岩型、砂岩裂隙型、分散型、细粒裂隙型。其主要特点是埋藏浅，胶结弱，大部分并没有致密的盖层或完整形态的深储盖。国际上已经试采作业成功的方法有热激法、降压法、注化学试剂法、CO2置换法以及几种方法的联合使用。但这些方法并未脱离传统油气开采思路，对水合物盖层有一定要求，长期开采可能引发潜在的地质灾害。固态流化开采方法的基本原理是在不改变海底水合物矿藏温度和的情况下，对水合物沉积矿体进行采掘破碎，经二次破碎和泥沙预回填后由密闭的输送立管输送至海面，同时将海表热海水引入海底立管中与水合物颗粒进行掺混，以实现天然气水合物在立管中的有序分解，进而使立管内混合介质的密度降低，产生立管内外压差，进而实现立管内混合介质的自举升。
根据水合物资源的埋藏深度，固态流化开采方法可分为表层固态流化开采和浅层固态流化开采。浅层固态流化开采方式需要单独的分离模块、破碎模块与回收模块，整体结构复杂，加工难度大，成本高；且不能在近钻头部分开设回填装置，否则因回填通道狭长以造成堵塞，回填泥沙结构强度低，易造成储层垮塌，甚至造成水合物矿层的坍塌引发地址灾害，不利于商业开采。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于海洋天然气水合物新型原位分离的开采方法和装置，减少开采装备结构复杂度，增加回填分离效率。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法，用于海底浅层非成岩天然气水合物的开采，其特征在于，所述海底天然气水合物新型原位分离开采方法包括：
步骤S1：通过智能导向钻进钻头钻至水合物储层，形成一定长度的垂直领眼；
步骤S2：回拖智能导向钻进钻头，并通过射流喷射孔对水合物储层进行破碎、分离和回填，在空腔中形成旋转的流场，水合物和杂质沙在离心力的作用下分离，位于流场最外层的杂质沙对采空区进
行补偿回填；
步骤S3：位于流场中心的水合物在重力作用下，并被回收模块的回收孔吸入内层管和外层套管的环空之中，经过桥式通道后置换入内层管环空，最后被回收泵举升至海面初处理平台并储存。
一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法的开采装置，用于海洋天然气水合物新型原位分离开采，包括海面初处理平台、隔水管、封隔器、双层管、驱动模块、破碎分离回填模块、回收模块、智能导向钻进钻头。
双层管、隔水管上部与海面初处理平台连接，在泥层处隔水管外侧采用封隔器形成封闭空间，将双层连续管与海水隔离。海底泥线以下双层连续管接驱动模块，驱动模块上部安装桥式通道，将上方外层管与内层管换空中的喷射水和内层管中的水合物浆体进行交换，桥式通道下部安装内层管，将喷射水、水合物浆体隔离，内层管内部安装马达，为下部模块提供动力，桥式通道外侧安装外层管，将喷射水、水合物浆体与海水隔离。驱动模块下接破碎分离回填模块，此模块可进行破碎水合物矿层，初步分离水合物和杂质沙，并将杂质沙回填在破碎空腔中。破碎分离回填模块内部上方安装桥式通道，将上方外层管与内层管环空中的水合物浆体和内层管中的喷射水进行交换。桥式通道下安装内层管，内层管内部安装泵，吸附破碎空腔中心处已经预分离的天然气水合物颗粒，并将其向上运送。桥式通道外侧安装有外层管，该外层管上开设多层射流孔，同一层射流孔以外层管轴心为旋转中心进行布置，每层射流孔之间相互交错进行布置，所有射流孔的轴心均与外层管径向呈直角布置。破碎分离回收模块能够在破碎空腔中形成以外层管轴心为旋转轴线的旋转流场，被破碎的水合物颗粒由于质量较小在离心力的作用下将停留在流场的中心，被泵从回收孔处吸入，而杂质沙由于质量较大将在离心力作用下分散在流场外侧，填补被采掘的空腔，防止空腔垮塌。破碎分离回填模块下安装回收模块，回收模块内部上方安装桥式通道，将上方外层管与内层管环空中的喷射水和内层管中的水合物浆体进行交换。桥式通道下接内层管，将喷射水传导给智能导向钻进钻头，为其提供动力。桥式通道外侧安装外层管，该外曾管上开设多排回收孔。
本发明的有益效果在于：开采过程不改变水合物储层的温度和压力，防止水合物在开采过程中分解引发的地质灾害；形成垂直领眼，并回拖开采装备破碎垂直领眼的侧面，避免了破碎空腔上表面受破碎冲击而垮塌；一个破碎分离回收模块具有破碎分离回收三种功能，在破碎水合物储层空腔中进行原位分离，回填，避免前段采掘后端回填所引起的后部管道被掩埋的情况，减少开采装备复杂度，降低垂直管道泵送水合物浆体的技术度和能量消耗，节约工业开采成本。
附图说明
图1一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法示意图。
图中1.海面初处理平台、2.隔水管、3.双层管、4.封隔器、5.外层管、6.马达、7.喷射孔、8.回收孔、9.杂质沙、10.智能导向钻进钻头、11.水合物颗粒、12.回收模块、13.泵、14.破碎分离回填模块、15.内层管、16.驱动模块、17.桥式通道。
图2一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法示意图图1中A处截面图。
具体实施方式
体现本发明特点的典型实施例将在以下说明中具体阐释。应当说明的是，本发明能够在不同的实施例上有不同的变化，而本实施例及附图仅为说明之用，并非用以限制本发明。
本发明实施例用于海洋天然气水合物新型原位分离开采方法，包括以下步骤：
步骤S1：下隔水管2由海面初处理平台1下放，下放到海底后，智能导向钻进钻头10带领整套***继续钻进至水合物储层上方的覆盖泥层，此时安装封隔器4，将其固定于隔水管2外侧，将下方开采区和海水分隔开。智能导向钻进钻头10继续垂直钻进，并在水合物矿层中形成一定长度的垂直领眼；
步骤S2：回拖智能导向钻进钻头10，使最下方的智能导向钻进钻头10悬空，喷射水通过双层管3的外层管5与内层管15环空向下流动，经驱动模块16的桥式通道17进入内层管15，再通过破碎分离回填模块14的桥式通道17进入外层管5与内层管15的环空中，最后通过射流孔7对水合物储层进行破碎、分离，在空腔中形成旋转的流场。由于水合物与杂质沙的质量不同，水合物和杂质沙在离心力的作用下分离，位于流场最外层的杂质沙对采空区进行补偿回填；
步骤S3：由于水合物的质量相比于杂质沙的质量较小，位于流场中心的水合物在重力作用下沉降，并被回收模块12的回收孔8吸入内层管15和外层管5的环空之中，经过回收模块12的桥式通道17后置换入内层管15环空，经由破碎分离回填模块14的泵13加压，从桥式通道17进入驱动模块16内层管15与外层管5环空，最后通过驱动模块16桥式通道17进入双层管3的内层管15中，被泵13举升至海面初处理平台1并储存。
Claims (6)
1.一种海洋天然气水合物新型原位分离开采方法，用于海底浅层非成岩天然气水合物的开采，其特征在于，所述海洋天然气水合物新型原位分离开采方法包括：
步骤S1：通过智能导向钻进钻头(10)钻至水合物储层，形成一定长度的垂直领眼；
步骤S2：回拖智能导向钻进钻头(10)，并通过喷射孔(7)对水合物储层进行破碎、分离和回填，射流水在开采空腔中形成旋转流场，水合物颗粒(11)和杂质沙(9)在离心力的作用下分层从而分离，质量较大的杂质沙(9)处于旋转流场的最外层，从而对开采空腔进行补偿回填；
步骤S3：质量较小的水合物颗粒(11)在离心力下的作用下，处于流场的中心，并被回收模块的回收孔吸入内层管(15)和外层管(5)的环空之中，经过桥式通道c(17)后置换入内层管(15)环空，最后被泵(13)回收举升至海面初处理平台(1)并储存。
2.一种实现权利要求1所述的海洋天然气水合物新型原位分离开采方法的开采装置，其特征在于：包括海面初处理平台(1)、隔水管(2)、封隔器(4)、双层管(3)、驱动模块(16)、破碎分离回填模块(14)、回收模块(12)、智能导向钻进钻头(10)。
3.根据权利要求2所述的海洋天然气水合物新型原位分离开采方法的开采装置，其特征在于所述驱动模块(16)内部上方安装桥式通道a(17)，桥式通道a(17)外侧安装外层管(5)，下侧安装内层管(15)，内层管(15)中安装有马达(6)；马达(6)与内层管(15)同轴，桥式通道a(17)与内层管(15)同轴。
4.根据权利要求2所述的海洋天然气水合物新型原位分离开采方法的开采装置，其特征在于所述破碎分离回填模块(14)内部上方安装桥式通道b(17)，桥式通道b(17)外侧安装外层管(5)，下侧安装内层管(15)，内层管(15)中安装有泵(13)；泵(13)与内层管(5)同轴，桥式通道b(13)与内层管(15)同轴。
5.根据权利要求2所述的海洋天然气水合物新型原位分离开采方法的开采装置，其特征在于所述破碎分离回填模块(14)的外层管(5)上安装有多层喷射孔(7)，每个喷射孔(7)轴心线与外层管(5)径向形成90°夹角，且喷射孔(7)以外层管(5)轴心线旋转布置，每层喷射孔(7)沿外层管(5)轴向方向布置，且每层喷射孔(7)交错布置，能够在采掘空腔中产生旋转流场。
6.根据权利要求2所述的海洋天然气水合物新型原位分离开采方法的开采装置，其特征在于所述回收模块(12)内部上方安装桥式通道c(17)，桥式通道c(17)外侧安装外层管(5)，下侧安装内层管(5)，外层管(5)上安装有回收孔(8)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113976007A (zh) * | 2021-09-23 | 2022-01-28 | 超威电源集团有限公司 | 一种合膏用添加剂辅料混合方法 |
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