專利名稱：一種海洋天然氣水合物開采鉆進方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種海洋天然氣水合物開采鉆進方法和裝置。
背景技術：
天然氣水合物是一種未來的優(yōu)質(zhì)、潔凈能源，其蘊藏量與現(xiàn)有地球化石燃料(石油、天然氣和煤)總碳量相當，將成為人類21世紀最重要的能源。綜合各國科學家提出的天然氣水合物開采技術，無論是地下分解開采還是地上分解開采，都需要在地層中破巖鉆進，所以天然氣水合物開采鉆井技術是需要研究的一個重要課題。
與一年鉆進6萬多口的傳統(tǒng)石油/天然氣井的鉆井實踐相比，天然氣水合物層的鉆井實踐幾乎等于零。傳統(tǒng)海洋石油/天然氣井與天然氣水合物井的不同主要集中在以下三點(1)天然氣水合物井的水深大；(2)天然氣水合物井在海底下的鉆進深度淺；(3)天然氣水合物井的井內(nèi)溫度控制非常重要。
因此，在進行天然氣水合物的鉆井時，傳統(tǒng)鉆井技術的鉆進設備、工程設計、施工工藝等都需要改進?？茖W家預想今后天然氣水合物層鉆井的發(fā)展進程包括以下三個階段第1階段以獲取天然氣水合物層巖心為目的的時期；第2階段以天然氣水合物層的生產(chǎn)試驗為目的的時期；第3階段從天然氣水合物層生產(chǎn)氣的時期。
對于鉆井裝置，目前海洋鉆井裝置沒有以水合物層為目的的實例，海洋鉆井裝置的技術性能能否直接適用于水合物勘探尚有疑問。根據(jù)水合物開采鉆井的要求，一般認為坐底式鉆井裝置不適用，所以限定為鉆探船或半潛式鉆井平臺等浮式鉆井裝置。但鉆井平臺的工作水深一般比較小，如1996年在用的工作水探900m以上的鉆井裝置有35座，而能夠在水探超過2000m的條件下工作的鉆井裝置只有3座。而用于科學研究的鉆探船，雖然能在水深超過2000m的海域工作，但是因為沒有隔水管、防噴器，安全上存在問題，不能使用泥漿。由于目前國外海洋鉆井裝置主要用于油氣勘查，如果用以進行天然氣水合物鉆探，必須根據(jù)鉆進天然氣水合物的需要，進行相應改造，特別是要設有泥漿冷卻裝置及氣體處理裝置。日本學者經(jīng)過分析，認為漂浮式生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過改進，可能成為開發(fā)海底天然氣水合物的生產(chǎn)裝置，包括伸縮腿平臺、油船型及半潛型、單柱型。另外，一些研究者提出了著底式鉆具，將鉆機固定在深海海底實現(xiàn)相關工程作業(yè)，以避免調(diào)查船和鉆井平臺的高投入，但只適用于深海淺表層天然氣水合物的鉆探、取心。
對于天然氣水合物鉆井方法，目前主要有分解抑制法和分解溶許法。在鉆進過程中，由于產(chǎn)層內(nèi)溫度、壓力的改變，使天然氣水合物處于不穩(wěn)定狀態(tài)。水合物分解后產(chǎn)生大量氣體，給鉆進的正常進行帶來許多困難。分解抑制法的實質(zhì)是通過泥漿的冷卻，防止天然氣水合物層溫度上升，將相平衡狀態(tài)維持在水合物分解抑制狀態(tài)。在鉆進永久凍土層時，基本上都采用這種方法。分解溶許法的實質(zhì)是使用低密度未冷卻的泥漿，誘發(fā)水合物分解，但分解是被控制的。分解的氣體通過鉆機上的回流器和大容量低壓氣體分離器安全地處理。鉆頭進尺受氣體處理器的制約。在起下鉆、電測井、下套管固井作業(yè)時，為使天然氣水合物停止溶解，需事先向井內(nèi)注入重泥漿。這種方法與傳統(tǒng)的壓井方法相矛盾。如出現(xiàn)井涌、井噴會造成井壁失穩(wěn)。分解的甲烷氣也難與上部淺層氣及水合物下層自由氣相區(qū)別。目前一般認為，使用分解抑制法比較妥當，有可能避免因天然氣水合物分解帶來的一系列麻煩。
考慮到天然氣水合物的氣體生產(chǎn)性低，引進能夠鉆進多孔底水平井的技術是必不可少的。另外，從降低鉆井成本的觀點考慮，使用一種鉆井設備能夠同時并列進行兩種作業(yè)的雙操作技術也是有效的。還有，因為需要在海底下淺部位鉆進水平井，或許需要預傾斜井口裝置。為了降低開采成本和風險，還有研究者提出了從陸地向海底鉆大位移水平井的鉆井設想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的海洋天然氣水合物鉆進裝置和方法，從而實現(xiàn)水合物的高效開采。
本發(fā)明的天然氣水合物開采鉆進裝置包括三層流體循環(huán)通道。其中，第一層為鉆桿中空，用于產(chǎn)生高速射流；第二層為鉆桿和套管間環(huán)空，用于導入海水；第三層為套管和地層井眼井壁間環(huán)空，用于將水合物、泥砂與水的混合物導出。在三層流體循環(huán)通道之間有扶正器用于定位。
上述射流由安裝于鉆進裝置上的噴嘴產(chǎn)生，射流的液體可以是海水與石英砂的混合物，也可以是其他液體。通過射流的高速沖擊以及整個鉆進裝置的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對水合物層的沖擊破碎。破碎后的水合物碎塊與第二層流體通道導入的海水混合，之后進入最外層流體通道，并被輸送到處理裝置。
本發(fā)明的鉆進裝置和方法可用于水平鉆進和垂直鉆進。
本發(fā)明的鉆進裝置和方法可用于在地層中產(chǎn)生水合物、泥沙以及分解氣體的混合物并上排到海底分離設備進行泥沙分離，再將與泥沙分離后的天然水合物、分解氣體和水的混合物傳送到位于海平面的分解裝置進行分解。
本發(fā)明的鉆進裝置和方法設備簡單，操作方便，可以實現(xiàn)水合物的高效開采，解決了現(xiàn)有技術中沒有合適的天然氣水合物鉆井設備和方法的問題。


圖1是本發(fā)明的鉆進裝置結(jié)構示意圖；圖2是本發(fā)明的鉆進裝置的工作原理圖(水平鉆進)；圖3是本發(fā)明的鉆進裝置的工作原理圖(垂直鉆進)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明如圖1所示，本發(fā)明的鉆進裝置包括鉆頭1，連接鉆頭之后包括三層流體循環(huán)通道。其中，第一層為鉆桿2中空，用于產(chǎn)生高速射流6；第二層為鉆桿2和套管3間環(huán)空，用于導入海水7；第三層為套管3和地層井眼井壁4間環(huán)空，用于將水合物、泥砂與水的混合物8導出。在三層流體循環(huán)通道之間有扶正器5用于定位。
本發(fā)明鉆進裝置在工作時，由安裝于鉆進裝置上的噴嘴產(chǎn)生射流6，射流的液體可以是海水與石英砂的混合物，也可以是其他液體。通過射流的高速沖擊以及整個鉆進裝置的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對水合物層的沖擊破碎。破碎后的水合物碎塊與第二層流體通道導入的海水7混合，之后進入最外層流體通道，并被輸送到處理裝置。
本發(fā)明鉆進裝置可以采取水平鉆進和垂直鉆進兩種方式，其工作方式分別如圖2和圖3所示。
權利要求
1.一種天然氣水合物開采鉆進裝置，其特征在于，整個鉆進裝置包括三層流體循環(huán)通道。其中，第一層為鉆桿中空，用于產(chǎn)生高速射流；第二層為鉆桿和套管間環(huán)空，用于導入海水；第三層為套管和地層井眼井壁間環(huán)空，用于將水合物、泥砂與水的混合物導出。
2.如權利要求1所述的天然氣水合物開采鉆進裝置，其特征在于所述鉆進裝置上設有可產(chǎn)生高速射流的噴嘴。
3.如權利要求1或2所述的天然氣水合物開采鉆進裝置，其特征在于在所述三層流體循環(huán)通道之間有扶正器用于定位。
4.一種天然氣水合物開采鉆進方法，其特征在于采用包括三層流體循環(huán)通道的鉆進裝置進行開采；所述三層流體循環(huán)通道中，第一層為鉆桿中空，用于產(chǎn)生高速射流；第二層為鉆桿和套管間環(huán)空，用于導入海水；第三層為套管和地層井眼井壁間環(huán)空，用于將水合物、泥砂與水的混合物導出。
5.如權利要求4所述的天然氣水合物開采鉆進方法，其特征在于所述高速射流由安裝于鉆進裝置上的噴嘴產(chǎn)生，通過射流的高速沖擊以及整個鉆進裝置的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對水合物層的破碎，水合物碎塊與第二層流體通道的海水混合，之后進入最外層流體通道，并被輸送到處理裝置。
6.如權利要求4或5所述的天然氣水合物開采鉆進方法，其特征在于在所述三層流體循環(huán)通道之間有扶正器用于定位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新型的海洋天然氣水合物鉆進裝置和方法。該方法使用包括三層流體循環(huán)通道鉆進裝置進行水合物層開采。其中，第一層為鉆桿中空，用于產(chǎn)生高速射流；第二層為鉆桿和套管間環(huán)空，用于導入海水；第三層為套管和地層井眼井壁間環(huán)空，用于將水合物、泥砂與水的混合物導出。該鉆進裝置和方法設備簡單，操作方便，可以實現(xiàn)水合物的高效開采，解決了現(xiàn)有技術中沒有合適的天然氣水合物鉆井設備和方法的問題。
文檔編號E21C50/00GK1587640SQ20041005154
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權日2004年9月21日
發(fā)明者馮自平, 郝永卯, 黃沖, 肖睿 申請人:中國科學院廣州能源研究所