[发明专利]一种天然气水合物开发多级可控水射流破碎造腔工具

说明书

本发明涉及一种天然气水合物开发多级可控水射流破碎造腔工具，该工具主要由内管上、下接头，中间套管，同轴节流推杆组成的内层结构，外层套管、支撑环组成的外层结构，安装于中间套管并穿过外层套管上的射流喷头、单级伸缩射流喷头、二级伸缩射流喷头组成的射流破碎结构构成，本发明的有益效果是可实现可控的多级别流量、可变喷头数量下的水合物射流破碎；在射流破碎时候能保证轴向钻井液流道的完全封堵；在淹没射流破碎状态下实现更大的破碎直径；分离后的泥砂可通过该破碎装置由下部钻头端排出，该工具能实现钻进、破碎造腔、回收、排砂的完整工艺，减少起下钻柱的次数，降低开采成本，提高天然气水合物的开采效率。

技术领域

本发明涉及到天然气水合物开采领域，具体涉及一种天然气水合物开发多级可控水射流破碎造腔工具。

背景技术

天然气水合物又称“可燃冰，是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。经过试采勘探，我国南海天然气水合物储量相当于千亿吨石油，但目前要实现水合物有效可控的商业开采是一个世界性的难题。

目前世界上水合物开采方法中的降压法、注热法、化学抑制剂法和C02置换开采法等使用的开采方法也只是对天然气水合物进行了短期试采。而我国南海海域的天然气水合物主要以非成岩天然气水合物为主。深水非成岩天然气水合物具有储量大、弱胶结、稳定性差的特点，一旦所在区域的温度、压力条件发生变化，就可能导致海底非成岩天然气水合物的大量分解、气化和自由释放，造成自然灾害与海底环境破环。因此，针对南海天然气水合物的特点与分布情况，对于天然气水合物的开采一般都是先利用钻头钻进预定位置，形成领眼，然后再通过回拖井下工具，回拖过程中通过开采工具对周围非成岩天然气水合物层进行淹没射流破碎造腔、回收，通过分离器将水合物与泥砂分离之后，泥砂经天然气水合物破碎造腔工具、钻头排出回填地层，维护地层结构稳定性。

对于目前天然气水合物开采所采用的天然气工具无法满足水合物高效破碎造腔、回收、泥砂回填的功能，主要体现在以下几个方面：

(1)现有天然气水合物射流破碎工具只能实现单一级别流量下以及固定喷头数量下的射流破碎，无法实现流量级别，喷头数量可变可控下的射流破碎。

(2)天然气水合物破碎开采过程中，为获得最大的射流破碎半径，需要保证最大的射流压力，因此射流破碎过程中要对轴向钻井液流道进行严格封堵，而目前已有射流破碎装置在轴向流道上采用挤压型密封的方式，在射流破碎时不可避免产生轴向泄漏，密封效果较差。

(3)天然气水合物开采过程中，为保证水合物射流破碎后海底地层的稳定性，需要将回收后的水合物与泥砂在分离器分离后，对泥砂进行原位回填，因此射流破碎装置上应具有单独的泥砂返排通道，而现有射流破碎工具不具备泥砂返排通道。

(4)天然气水合物开采回拖开采工具串进行射流破碎时，射流破碎工具前端射流喷头处于淹没射流状态，即喷头外部处于被弱胶结的水合物与泥砂所覆盖的状态，而现有射流破碎工具为追求更大破碎直径所设计的可伸缩喷头的结构以及排布方式会造成射流破碎工具开启后伸缩喷头立即伸出，伸出的喷头受到泥砂的阻挡，严重影响开采工具串的回拖、极大的降低开采效率。

发明内容：