一种天然气水合物开采系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种天然气水合物开采系统，该系统包括钻井船、连续管、水力喷射钻头、吸力锚、钻管、水下泵站、脐带和收集船，钻井船和收集船停泊在海平面上，脐带的一端与水下泵站的顶端固定连接，脐带的另一端与收集船固定连接，水下泵站的底端与吸力锚的一端固定连接，吸力锚的另外一端无连接为开放的自由端，钻管的一端与收集船固定连接，钻管的另一端与水力喷射钻头固定连接，连续管的一端与钻井船固定连接，连续管的另一端与钻头固定连接，采用本系统能实现破碎后的固态水合物颗粒的高效开采，采用连续管钻进的过程实现开采步骤，上提下放连续管时间快，可高效快速的完成多次开采过程。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物开采系统和方法
本专利技术涉及石油及天然气钻探设备
，特别涉及一种在海底浅层非成岩层开采天然气水合物的天然气水合物开采系统和方法。
技术介绍
天然气水合物，俗称“可燃冰”，是以甲烷为主体的烃类气体在特定温度压力下结晶而成的“笼型化合物”，呈冰块状，“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，相比煤、石油、天然气更洁净，目前普遍认为天然气水合物的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，是目前尚未开发的一种新能源。海底天然气水合物矿层可分为成岩型与非成岩型两类，分布在海床面上以及海床面以下几百米范围内，按照水合物分解采集或者液化气化后矿藏层是否能够保持稳定来区分，业内人士普遍认为成岩型水合物更容易开采，但遗憾的是目前海底水合物大多数是松软胶作状非成岩，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，这些方法如字面意思，通过主动加热降压等方法改变水合物赋存环境条件，使其分解为气态采集，但发展这么多年后都还处在实验阶段未找到有效连续高效的开采效果，未形成有效的商业开采价值。针对深海海床表层的天然气水合物，一些学者提出了“固态流化”的开采方法，该方法是在不主动改变海底水合物矿层温度和压力的情况下，即避免水合物发生分解，以及由此引起的环境、地质灾害。直接将天然气水合物破碎成固体颗粒，通过密闭管道将天然气水合物颗粒与海水的混合物泵送至海面，而后再进行分离、分解气化等处理。现有技术存在以下问题：1、针对海底浅层非成岩层的天然气水合物还未找到有效连续高效的开采系统和方法。为解决上述问题，需要专利技术一种在海底浅层非成岩层开采天然气水合物的天然气水合物开采系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够在海底浅层非成岩层开采天然气水合物的天然气水合物开采系统和方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案。一种天然气水合物开采系统，其包括：钻井船，所述钻井船停泊在海面；收集船，所述收集船停泊在海面；水下泵站，所述水下泵站通过脐带与所述收集船固定连接；吸力锚，所述吸力锚钻管的顶部与所述水下泵站固定连接；钻管，所述钻管的顶部与所述钻井船固定连接，所述钻管的中部与所述水下泵站固定连接，所述钻管套接在所述吸力锚中；水力喷射钻头，所述水力喷射钻头的顶端与所述钻管的底端固定连接，所述水力喷射钻头的另一端伸入非成岩层；连续管，所述连续管的一头与所述钻井船固定连接，所述连续管的另一端伸入所述非成岩层，所述连续管的另一端连接钻头。作为本专利技术的优选方案，所述连续管的另一端所连接的钻头有两个，一个是普通钻头，一个是所述水力喷射钻头。作为本专利技术的优选方案，所述水力喷射钻头上开设有喷射孔，所述钻管的中心开设有钻管孔，所述喷射孔与所述钻管孔连通。本专利技术还公开了一种使用前述天然气水合物开采系统开采天然气水合物的一种天然气水合物开采方法，其包含如下步骤：步骤一、所述钻井船通过所述钻管下放所述吸力锚至海床表面；步骤二、所述钻井船上的高压泵站泵送海水至所述吸力锚内的所述钻管的底部冲刷海床表面非成岩层，并通过所述吸力锚与所述钻管之间形成的环空将冲刷形成的泥砂排出所述吸力锚；步骤三、所述钻管带动所述水力喷射钻头从所述非成岩层垂直钻进至天然气水合物层，所述吸力锚在水压力作用下一起钻进至所述天然气水合物层；步骤四、所述水力喷射钻头喷射高压海水在所述天然气水合物层钻出一个空间，在所述水力喷射钻头喷射钻进的同时产生的非成岩层碎块和天然气水合物碎块通过所述钻管与所述吸力锚之间形成的环空被挤送到海床面上；步骤五、所述水力喷射钻头停止工作，所述水力喷射钻头随同所述钻管一起撤离至所述钻井船；步骤六、所述钻井船起钻，并驶离到另一位置再次下钻；步骤七、所述收集船行驶至所述吸力锚上方，并通过所述脐带与所述水下泵站连接；步骤八、所述钻井船使用所述连续管在所述另一位置垂直钻进至与所述空间水平平齐的位置后改为水平钻进至所述空间位置并与所述空间连通形成领眼，所述连续管的另一端固定连接有普通小直径钻头；步骤九、将所述连续管的普通小直径钻头替换为所述大直径水力喷射钻头；步骤十、所述连续管吸收海水后将所述海水高压喷射出，所述海水将连续管周围的天然气水合物击碎；步骤十一、所述连续管持续喷射高压海水并持续推进，被击碎的天然气水合物在所述高压海水的作用下通过步骤八钻出的所述领眼通道流向所述空间；步骤十二、所述水下泵站泵取所述空间中的天然气水合物碎块并通过脐带传送到所述收集船上；步骤十三、所述连续管钻进至所述空间后待所述天然气水合物碎块被泵取完后开始撤回，在撤回的过程中所述连续管回注封闭物封闭开采过程中产生的井眼。作为本专利技术的优选方案，所述连续管连接普通小直径钻头时，所述连续管在步骤八先钻出一个较小的孔径通道形成所述领眼与所述空间连通。作为本专利技术的优选方案，所述连续管的另一端连接所述水力喷射钻头，所述连续管在步骤十持续不断的吸收海水并将加压后的高压海水喷射所述连续管周围的所述天然气水合物，所述水力喷射钻头在所述高压海水的作用下做旋转运动，所述高压海水将所述连续管周围及前方的所述天然气水合物击碎。作为本专利技术的优选方案，当所述空间的一个方向的所述天然气水合物开采完后，换一个方向继续重复步骤六至步骤十三进行开采，直至所述空间的四周均被开采完毕。作为本专利技术的优选方案，所述钻井船重新下钻时采用常规连续管钻井技术打小眼的方式钻进，利用导向座调整连续钻井方向，将井眼轨迹调整到水平模式进行水平钻井，然后通过定向钻井技术将所述连续管一水平钻进至所述空间，为后续所述天然气水合物碎块采集工作形成通道。本专利技术工作原理：用所述钻井船，通过所述钻管下放所述吸力锚至海床面的非成岩层，下至海床面后，所述钻井船上的高压泵站泵送海水至所述吸力锚内所述钻管的底部冲刷海床，并通过所述吸力锚与所述钻管之间形成的环空往上循环泥浆，所述吸力锚顶部设置可控制开合的阀门，所述吸力锚钻表层时打开所述阀门，循环出的泥浆直接排至海水中，在压力的作用下，所述吸力锚将逐渐钻进入海床面，直至钻穿所述非成岩层，所述钻管继续钻进一小断距离，所述水力喷射钻头四周喷射高压水流，在所述水力喷射钻头附近形成较大的所述空间，而后关闭所述吸力锚端部阀门，在压力的作用下，所述吸力锚会有效固定在海床面上，所述钻井船起钻，驶离较远距离重新下钻，驶离距离依据水合物矿藏分布决定。同时所述收集船通过脐带连接所述水下泵站。所述钻井船重新下钻时采用常规连续管钻井技术打小井眼的方式钻进，利用导向座调整连续钻井方向，将井眼轨迹调整到水平模式，水平钻井，而后通过定向钻井技术将连续管水平钻进至所述空间，完成领眼井的步骤，为后续采集工作形成通道。所述钻井船再次起钻所述连续管，换下所述普通钻头，安装包含多个喷头孔的所述水力喷射钻头，沿上步打好的领眼路径下放至水合物矿藏层，而后开始高压喷射水流钻进，所述水力喷射钻头在高压水流的作用下做旋转运动，向外的水流破碎水合物矿藏，扩大井眼面积，同时开辟出钻进向前的通道，松软胶作状非成岩在高压水流的冲刷下破碎形成固体的颗粒水合物矿浆，在高压水流的作用下通过领眼流向所述空间。所述水下泵站抽吸所述空间中的水合物矿浆，并泵送至海本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物开采系统，其特征在于包括：钻井船，所述钻井船停泊在海面；收集船，所述收集船停泊在海面；水下泵站，所述水下泵站通过脐带与所述收集船固定连接；吸力锚，所述吸力锚钻管的顶部与所述水下泵站固定连接；钻管，所述钻管的顶部与所述钻井船固定连接，所述钻管的中部与所述水下泵站固定连接，所述钻管套接在所述吸力锚中；水力喷射钻头，所述水力喷射钻头的顶端与所述钻管的底端固定连接，所述水力喷射钻头的另一端伸入非成岩层；连续管，所述连续管的一头与所述钻井船固定连接，所述连续管的另一端伸入所述非成岩层，所述连续管的另一端连接钻头。

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物开采系统，其特征在于包括：钻井船，所述钻井船停泊在海面；收集船，所述收集船停泊在海面；水下泵站，所述水下泵站通过脐带与所述收集船固定连接；吸力锚，所述吸力锚钻管的顶部与所述水下泵站固定连接；钻管，所述钻管的顶部与所述钻井船固定连接，所述钻管的中部与所述水下泵站固定连接，所述钻管套接在所述吸力锚中；水力喷射钻头，所述水力喷射钻头的顶端与所述钻管的底端固定连接，所述水力喷射钻头的另一端伸入非成岩层；连续管，所述连续管的一头与所述钻井船固定连接，所述连续管的另一端伸入所述非成岩层，所述连续管的另一端连接钻头。2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述连续管的另一端所连接的钻头有两个，一个是普通钻头，一个是所述水力喷射钻头。3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述水力喷射钻头上开设有喷射孔，所述钻管的中心开设有钻管孔，所述喷射孔与所述钻管孔连通。4.一种使用权利要求1的天然气水合物开采系统开采天然气水合物的一种天然气水合物开采方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一、所述钻井船通过所述钻管下放所述吸力锚至非成岩层面；步骤二、所述钻井船上的高压泵站泵送海水至所述吸力锚内的所述钻管的底部冲刷未成岩层表面，并通过所述吸力锚与所述钻管之间形成的环空将冲刷形成的泥浆排出所述吸力锚；步骤三、所述钻管带动所述水力喷射钻头从所述非成岩层垂直钻进至天然气水合物层，所述吸力锚在压力作用下一起钻进至所述天然气水合物层；步骤四、所述水力喷射钻头喷射高压海水在所述天然气水合物层钻出一个空间，在所述水力喷射钻头喷射钻进的同时产生的非成岩层碎块和天然气水合物碎块通过所述钻管与所述吸力锚之间形成的环空被挤送到非成岩层外；步骤五、所述水力喷射钻头停止工作，所述水力喷射钻头随同所述钻管一起撤离至所述钻井船；步骤六、所述钻井船起钻，并驶离到另一位置再次下钻；步骤七、所述收...

【专利技术属性】
技术研发人员：高杭，潘田佳，
申请(专利权)人：四川宏华石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51