[发明专利]一种海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法及装置

说明书

本发明公开了一种实现海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法及装置，用于海底浅层非成岩天然气水合物复合破碎开采，智能导向钻进工具领眼钻进，到达预定位置后，机械破碎刀臂展开，进行旋转切削破碎，喷嘴开始射流破碎，同时整流装置打开，隔离采收区与采空区，井下分离器分离水合物和泥沙，向泥沙中通入CO₂，起到固化回填颗粒的作用，最后将泥沙原位回填。本发明的有益效果是：破碎半径增大、开采空间增大；防止破碎颗粒与回填颗粒之间掺混；在井下分离器分理出的泥沙中通入CO₂，置换出泥沙中的天然气，并且可以起到固化剂的效果，增强了回填层的强度，防止采空区垮塌。

技术领域

本发明涉及到天然气水合物开采技术领域，尤其涉及海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法及装置。

背景技术

天然气水合物又称“可燃冰”，由甲烷为主的烃类气体和水在一定的温度压力条件下形成的“笼型化合物”，呈白色晶状结构。其碳含量相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等能源总储量的两倍。因此，天然气水合物特别是海洋天然气水合物被普遍认为将是21世纪替代煤炭、石油和天然气的新型的洁净的能源资源，同时也是目前尚未开发的储量大的一种新能源。

水合物的主要存在形式有砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型，其中细粒裂隙型和分散型水合物占绝大多数，但该类型的水合物埋深浅，胶结性差，开采过程中极易引发地质和环境灾害。目前，国内外考虑用于开采水合物的主要方法有注热法、降压法、二氧化碳置换法、注化学试剂法等，但这些开采方式存在自身的缺陷，不能作为大规模开采的方式。固态流化开采是一种针对海底浅层非成岩天然气水合物的开采方法，在不改变海底温度和压力的情况下，直接利用机械采掘或物理破碎天然气水合物矿体，即流化开采，然后通过密闭的循环通道将天然气水合物破碎颗粒与海水混合泵送举升至海面，再进行分离等处理。因为固态流化开采方案对海底温度和压力的影响较小，从而能够有效避免天然气水合物分解引起的地质环境灾害。

根据水合物层的埋层深度，固态流化开采方法可以分为表层固态流化开采和浅层固态流化开采。针对浅层非成岩天然气水合物的开采，目前领眼回拖射流破碎是一种全新的开采思路，它主要是采用射流破碎、收集分离以及原位回填的方式，因此对于浅层非成岩天然气水合物的开采，是一种行之有效的方法。但是射流破碎的作业半径小、开采空间有限，并且回填颗粒易于破碎颗粒掺混，导致破碎流化收集效率低，原位回填的泥沙结构强度低，天然气水合物层易垮塌，使得浅层非成岩天然气水合物的开采不利于商业化。

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底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法及装置，采用智能导向钻进工具领眼钻进，然后在回拖管道的过程中利用机械和射流复合破碎天然气水合物，与此同时井下分离泥沙，并且隔离回填区与收集区，进行原位回填，通入CO₂作固化剂，置换出泥沙中的天然气，固化回填层，有效解决海底浅层水合物固态流化开采中存在的工艺技术难题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法，主要用于海底浅层非成岩天然气水合物的开采，其特征在于，所述的海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采方法主要包括以下步骤：

步骤S1：下放隔水导管，智能导向钻进工具领眼钻进，带动柔性双层管向下钻进，当钻进到工作深度时，智能导向钻进工具水平钻进至预定位置；

步骤S2：回拖智能导向钻进工具，同时展开破碎刀臂，通过刀臂旋转和刀臂前端的射流喷嘴联合破碎水合物矿体，打开整流装置以隔离采收区和采空区，利用整流装置的孔口射流改变采收区中固体颗粒流场，将固体颗粒收集至管道内；

步骤S3：进入管道内的破碎颗粒先通过井下分离器，在井下分离器的作用下，将固体颗粒中的泥沙颗粒分离并回填至采空区，并注入CO₂形成CO₂水合物以固化回填泥砂；分离出泥砂后的水合物颗粒输送至海面再做进一步加工处理。