[发明专利]一种海底浅层天然气水合物固态流化绿色开采装置及方法

说明书

本发明公开了一种海底浅层天然气水合物固态流化绿色开采装置，它包括海面支持系统、管道输送系统和海底钻采系统，海面支持系统包括浮于海水上的水合物钻采船（1）；管道输送系统包括双层连续油管（5）、安装于可回收导管（8）外的裸眼封隔转向器（7）内；海底钻采系统包括水合物浆体分离器（9）、单螺杆泵（17）和液压马达（18）、配置于近水合物钻头端（15）的喷射头（13）和压差滑套（14）。本发明的有益效果是：单井口完成水合物层多方位角的水平钻进和采掘，提高了钻采效率及单井产量；水合物浆体原位分离，泥沙回填及自然沉降，降低了采空区域坍塌风险；海底井口装置可回收循环使用，更好地保障了水合物绿色开采。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，特别是一种海底浅层天然气水合物固态流化绿色开采装置及方法。

背景技术

在深水海底，天然气水合物主要的存在形式有砂岩型，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。近年来，日本和中国相继开展了海洋天然气水合物试采研究，其所主要采用的试采方法为注热法、降压法等，而这些开采方法均是基于传统油气开采思路，因此，即便是应用于饱和度高、盖层稳定的天然气水合物藏，其仅能实现天然气水合物的短期试采，无法实现长期持续性开采，且可能引起潜在环境地质灾害的危险。

“固态流化”开采方法是一种针对海底天然气水合物的全新开采思路，其核心思想是在不改变海底温度和压力的情况下，直接利用机械或采掘天然气水合物矿体，通过密闭管道将破碎后的天然气水合物固体颗粒与海水混合泵送至海面。针对不同埋深的水合物资源，固态流化开采方法可分为表层固态流化和浅层固态流化两种。表层固态流化开采方法以海底采矿机构在海底运动过程中采掘破碎海底表面的水合物矿体。然而针对拥有数十米乃至一二百米覆盖层的浅层水合物资源，海底采矿机构需要将覆盖在水合物矿体上部的泥层清除，才能开采水合物矿体，如此将大大增加无用的附加工程工作量，难以保证水合物商业开采的经济性。因此，当前浅层水合物固态流化开采主要思路是借助传统油气水平钻井技术，并在此基础上利用水射流或机械搅吸等手段破碎水合物、扩大井眼，从而实现对浅层水合物矿体经济、高效采掘的目的。然而，浅层水合物固态流化开采目前仍停留在概念设计阶段，并未形成一套系统、完整、可行的工艺方法及装置，有诸多问题亟需解决，如水合物盖层和水合物层均较浅，如何实现水合物的长水平钻进；如何实现水合物、泥沙的原位分离；如何保障水合物采掘过程中的高效破碎；水合物井下原位分离后，如何实现泥沙有效回填和沉降；如何避免海底地下采空区过大引起的事故性地层坍塌；如何降低水合物开采成本、降低作业次数、提到开采效率，实现商业化开采；如何回收海底井口装置、减少废弃井口，实现绿色开采。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种单井口完成水合物层多方位角方位角的水平钻进和采掘，提高了钻采效率及单井产量；水合物浆体原位分离，和泥沙回填及自然沉降，降低了采空区域坍塌风险危险；海底井口装置可回收循环使用，更好地保障了水合物绿色开采的海底浅层天然气水合物领眼回拖射流开采装置及方法，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。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种海底浅层天然气水合物固态流化绿色开采装置，它包括海面支持系统、管道输送系统和海底钻采系统，所述海面支持系统包括浮于海水上的水合物钻采船、设置于水合物钻采船上的水合物储罐、高压泵组和双层连续油管收纳机构；

所述管道输送系统包括双层连续油管、安装于泥沙盖层内的可回收导管、安装于可回收导管外的裸眼封隔转向器，双层连续油管设置于可回收导管内，双层连续油管的首端固定于双层连续油管收纳机构上，双层连续油管的外层通道与水合物储罐连接，双层连续油管的内层通道与高压泵组的出口端连接，双层连续油管的末端连接有位于水合物层内的海底钻采系统；