[发明专利]一种天然气水合物层射流破碎压控滑套式喷头

说明书

本发明公开了一种天然气水合物层射流破碎压控滑套式喷头，其中包括封堵块、外筒体、密封圈、滑套、弹簧、喷头、过流连接器等。本发明主要原理是利用钻井液在通过滑套内部流道时产生压力降，所产生的压力降大小将作用在滑套上，使其产生轴向推力，通入滑套的钻井液流量越大，所产生的轴向推力相应的也越大，从而可通过控制钻井液流量大小来控制喷头的开闭；通过以上方案可有效解决了现有天然气水合物层射流破碎喷头不可控，且不可重复使用的问题，实现了钻头机械破碎钻进作业与射流破碎扩径作业，可自动切换连续运作，不用反复起下钻柱，单趟即可完成，从而有效提高了天然气水合物层钻采效率，减小了起下钻柱作业风险，并降低了整体作业成本。

技术领域

本发明涉及到天然气水合物开采技术领域，尤其涉及到一种海底浅层非成岩天然气水合物流化开采的射流破碎工具。

技术背景

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。天然气水合物特别是海洋水合物是目前尚未开发的储量最大的一种新能源，其储量相当于全世界己知煤炭、石油和天然气等能源储量的两倍，但要实现水合物有效可控的商业开采是目前全世界面临的难题。

目前世界上传统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工具也只是对极地砂岩和海域砂岩储层天然气水合物进行了短期试采。而我国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，存在潜在的风险。因此，目前对于天然气水合物的开采一般都是先利用常规的钻头钻进形成领眼，然后再通过射流喷头对形成的领眼进一步破碎从而扩大井眼直径。

对于目前现有的用于天然水合物钻进时所用的扩眼喷头大多都采用常规的射流喷头，其主要存在如下问题：射流喷头在射流作业时不可控，且不可重复使用；不能实现钻头机械破碎钻进作业与射流破碎扩径作业的自动切换从而保证整个过程连续运作；使用现有的射流喷头需要反复起下钻柱，大大降低了天然气水合物层钻采效率，增加了作业风险以及作业成本。因此，需要发明一种新型的天然气水合物射流破碎工具，以实现射流喷头在钻井作业中可根据具体工艺需求开启与关闭，保证机械破碎钻进作业与射流破碎扩径作业自动切换连续运作，降低起下钻柱次数与钻井作业，从而达到提高天然气水和钻采效率这一目的。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有水合物破碎工具所存在的问题，提供一种通过钻井液流量控制的天然气水合物流化开采的喷头滑套装置，以实现钻头机械破碎钻进作业与射流破碎扩径作业的自动切换与连续运作，降低起下钻柱次数，提高天然气水合物层钻采效率，减小了起下钻柱作业风险，降低了整体作业成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种天然气水合物层射流破碎压控滑套式喷头，其特征在于：主要包括外筒体、过流连接器；在外筒体内部设有滑套、弹簧、垫圈，在外筒体周向均布有射流喷头，在滑套外部设有密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ、密封圈Ⅲ，压力平衡孔以及压力平衡槽，在过流连接器内部设有封堵块；其中过流连接器与外筒体通过螺纹连接，射流喷头与封堵块也是通过螺纹连接的方式与外筒体以及过流连接器进行连接。

采用上述结构，正常钻进时，钻井液保持正常钻进的流量大小，由于弹簧有一定的预紧高度，因此钻井液在流过滑套内部时，产生的压力降不足以推动滑套压缩弹簧，钻井液正常流过滑套并经过流连接器流向钻头，为钻头正常钻进提供钻井液。

当完成水平井的钻进，需要进一步扩大破碎空间时，可增大泵入的钻井液流量，钻井液通过滑套时，产生的压力降将作用在滑套上推动滑套滑动，直到滑套与封堵块紧密接触，从而完全封堵通入钻头的钻井液。此时滑套上的射流破碎钻井液流道与环形流道对接，钻井液会经射流破碎钻井液流道排向环形流道，然后再从环形流道区域所对应的外筒体表面的喷头喷出，进行回拖破碎。