本发明专利技术涉及一种海域天然气水合物自入式开采装置，包括自入结构体、防砂装置和气液举升系统，所述自入结构体为重力锚，防砂装置和气液举升系统安装在自入结构体上，自入结构体和防砂装置之间形成有至少一个空腔，所述空腔连通有至少一个通道，所述防砂装置允许液体和气体通过并进入所述空腔，过滤泥沙，气液举升系统包括至少一个举升动力装置，气液举升系统一端连接空腔，另一端经管路向外输出，本装置开采不需要钻井，利用自入式结构体冲击进入天然气水合物储层或者天然气水合物储层下伏游离气层，可以实现降压开采和开采系统回收，可极大降低天然气水合物的开采成本。
【技术实现步骤摘要】
海域天然气水合物自入式开采装置
本专利技术涉及一种海域天然气水合物自入式开采装置。
技术介绍
天然气水合物是一种绿色能源，具有很高的开采潜力与资源价值。目前普遍认为，降压法及基于降压法的改良方案可能是实现海域天然气水合物产业化试采的最佳途径，而其他方法则主要作为降压法的辅助增产措施或产气稳定措施使用。在天然气水合物开采的具体实施方面，现有的开采方法可以分为钻井法和表面开采法。钻井法开采是指通过海面钻井船在深海的海底钻井，进而通过降低井筒内压力实现降压法开采或者固态流化开采，这种方法可以实现海底下侧10m-500m埋深的天然气水合物开采。表面开采法是指直接下放开采机械或装置到海底表面，直接收集天然气水合物块体或者通过保护罩局部降压转换成天然气后收集气体，主要用于开采海底表面数米以内的天然气水合物。基于钻井技术的相关开采方法包括：(1)钻井降压开采法：“叶建良等，中国南海天然气水合物第二次试采主要进展，中国地质，2020”，“CN107676058B-一种海洋天然气水合物砂浆置换开采方法及开采装置”，“CN109763794B-海洋水合物多分支水平井降压加热联采方法”和“CN101672177B-一种海底天然气水合物开采方法”等。(2)钻井固态流化开采法：“周守为等，全球首次海洋天然气水合物固态流化试采工程参数优化设计，天然气工业，2017”，“CN106939780B-一种海底浅层非成岩天然气水合物固态流化开采装置及方法”和“CN110700801B-一种天然气水合物固态流化开采自动射流破碎工具等”。<br>目前，在世界范围内，成功实施海域天然气水合物试采的案例，包括日本两次钻井降压法开采、中国两次钻井降压法和一次钻井固态流化法，都是采用钻井开采技术。然而，由于井筒周围天然气水合物分解会导致储层强度大幅度下降，在巨大的地应力作用下地层大量出沙，会导致井筒失稳，很难实现长期稳定开采。国内外进行的多次海域天然气水合物钻井开采法试开采均出现该问题。另外，基于钻井技术的开采方法，需要使用深海钻井船，其单日租金约700万，钻井周期30天，成本约2亿人民币，而采出的天然气的价值远远无法覆盖钻井成本，所以目前未能实现商业化开采。基于表面开采理论的相关技术包括：(1)盖顶降压法：“黎伟等，天然气水合物盖顶降压装置开采机理研究，应用力学学报，2020”，“CN105781497A-一种海底天然气水合物采集装置”，“CN111648749A-一种海底浅表层天然气水合物移动立管式开采系统及开采方法”等，这些方法通过设置在海底的类似锥形盖顶的装置来收集天然气水合物或者其分解产物。(2)机械收集法：“CN103628880B-深海海底浅层非成岩地层天然气水合物的绿色开采系统”，“CN104265300B-一种海底表层天然气水合物开采方法及开采装置”和“CN104948143B-一种海底表层天然气水合物的开采方法及其开采装置”等，这些方法通过设置在海底的采矿机械收集天然气水合物块体。基于表面开采理论的相关技术仍处于理论探索阶段，由于直接赋存于海底表面的天然气水合物占比极少，且赋存分散，因此预期生产效率较低，应用范围有限。
技术实现思路
本专利技术针对现有钻井降压法开采技术存在的问题进行改进，根据海域天然气水合物通常赋存于黏土质粉砂或淤泥质沉积物中的特点，本专利技术提出一种海域天然气水合物自入式开采装置及其开采方法。本专利技术解决技术问题所采用的方案是，一种海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：包括自入结构体、防砂装置和气液举升系统；所述自入结构体为重力锚，防砂装置和气液举升系统安装在自入结构体上；所述自入结构体和防砂装置之间形成有至少一个空腔，所述空腔连通有至少一个通道；所述气液举升系统包括至少一个举升动力装置，气液举升系统一端连接空腔，另一端经管路向外输出；所述自入结构体内安装有辅助下潜的高频震动器。进一步的，所述通道包括输水管道和输气管道，输水管道一端连接举升动力装置，另一端连接经管路向外输出，输气管道一端连接空腔，另一端经管路向外输出。进一步的，所述的举升动力装置为安装在空腔内的电泵，所述电泵为电潜离心泵、电潜螺杆泵或泥浆泵，所述空腔内安装有气液分离器，电泵的输入端连接气液分离器的液体出口，抽泵的输出端连接输水管道。进一步的，所述自入结构体，包括由上至下依次连接的连接构件、主体构件、头部构件，连接构件连接锚缆，头部构件为圆锥状或圆弧帽状，主体构件为立柱状，其至少包括一个开孔管壁，开孔管壁内侧设置有空腔，开孔管壁上设有连通空腔的开孔，防砂装置设置在开孔内和/或覆盖开孔，主体构件上端周侧圆周均布有若干侧翼板。进一步的，所述的防砂装置为防砂筛网、防砂筛管、机械筛管、砾石防砂层或柔性织物防砂材料层。进一步的，所述自入结构体上设置有射流注入系统，所述射流注入系统包括嵌入自入结构体的射流管道和布设于自入结构体外表面的若干喷射口，各个喷射口均与射流管道相连通，射流管道的输入口经管路连接外部的高压源。进一步的，所述自入结构体上设置有膨胀囊封闭系统，膨胀囊封闭系统包括充水膨胀囊体和设置在空腔内的带有电磁阀的注水管路，充水膨胀囊体呈圆环状，固定安装在自入结构体外周上部，注水管路一端连接电泵，另一端连接充水膨胀囊体。进一步的，所述自入式结构体内壁上安装有电加热装置。进一步的，所述自入式结构体内下端竖直安装有探杆，或空腔内下端设置有竖直的孔部，孔部内设置有探杆，自入式结构体内安装有电动伸缩杆，探杆安装在电动伸缩杆末端；所述探杆包括开有开孔的透水管壁，透水管壁内安装有防砂装置，防砂装置内中部设置有流通道，流通道连通空腔。进一步的，自入结构体内安装驱动电机，自入结构体上部外周水平设置有若干螺旋桨，螺旋桨安装在驱动电机的输出轴上，或自入结构体上设置开口朝上的加速射流口，自入结构体内设连通加速射流口的加速通道，加速通道经管路连接高压源。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：开采不需要钻井，利用自入式结构体冲击进入天然气水合物储层或者天然气水合物储层下伏游离气层，可以实现降压开采和开采系统回收，解决了传统钻井开采方法中钻完井成本极高、地层失稳导致的井筒易坍塌、防砂结构在地层压力作用下易破坏等一系列难题，可极大降低天然气水合物的开采成本，对于海域天然气水合物商业化开采具有重要意义。附图说明下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。图1为开采装置的整体示意图；图2为自入结构体的结构示意图；图3为主体构件第一种实施结构示意图；图4为主体构件第二种实施结构示意图；图5为主体构件第三种实施结构示意图；图6为射流注入系统的结构示意图；图7为膨胀囊封闭系统的结构示意图；图8为电加热装置的安装结构示意图；图9为探杆的安装结构示意图；图10为探杆的结构示意图；图中：A-天然气水合物上覆地层；B-天然气水合物储层；C-天然气水合物储层下伏游离气体层；1-自入结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：包括自入结构体、防砂装置和气液举升系统；/n所述自入结构体为重力锚，防砂装置和气液举升系统安装在自入结构体上；所述自入结构体和防砂装置之间形成有至少一个空腔，所述空腔连通有至少一个通道；/n所述气液举升系统包括至少一个举升动力装置，气液举升系统一端连接空腔，另一端经管路向外输出；/n所述自入结构体内安装有辅助下潜的高频震动器。/n
【技术特征摘要】
1.一种海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：包括自入结构体、防砂装置和气液举升系统；
所述自入结构体为重力锚，防砂装置和气液举升系统安装在自入结构体上；所述自入结构体和防砂装置之间形成有至少一个空腔，所述空腔连通有至少一个通道；
所述气液举升系统包括至少一个举升动力装置，气液举升系统一端连接空腔，另一端经管路向外输出；
所述自入结构体内安装有辅助下潜的高频震动器。
2.根据权利要求1所述的海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：所述通道包括输水管道和输气管道，输水管道一端连接举升动力装置，另一端连接经管路向外输出，输气管道一端连接空腔，另一端经管路向外输出。
3.根据权利要求2所述的海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：所述的举升动力装置为安装在空腔内的电泵，所述电泵为电潜离心泵、电潜螺杆泵或泥浆泵，所述空腔内安装有气液分离器，电泵的输入端连接气液分离器的液体出口，抽泵的输出端连接输水管道。
4.根据权利要求1所述的海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：所述自入结构体，包括由上至下依次连接的连接构件、主体构件、头部构件，连接构件连接锚缆，头部构件为圆锥状或圆弧帽状，主体构件为立柱状，其至少包括一个开孔管壁，开孔管壁内侧设置有空腔，开孔管壁上设有连通空腔的开孔，防砂装置设置在开孔内和/或覆盖开孔，主体构件上端周侧圆周均布有若干侧翼板。
5.根据权利要求4所述的海域天然气水合物自入式开采装置，其特征在于：所述的防砂装置为防砂...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴学震，蒋宇静，李大勇，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：福建;35
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