[发明专利]一种深海天然气水合物吸力锚机构及安装方法

说明书

本发明提供一种深海天然气水合物吸力锚机构及安装方法，机构包括：锚体，顶端安装有封闭端盖，底端为敞口设置；引管同轴设置于锚体内部，引管的其中一端由封闭端盖封闭，另一端由封板封闭；导管同轴设置于引管内，且导管和引管之间的环空填充有水泥环；以及泵法兰，其设置于封闭端盖上。本发明实现在锚体内提前实施定向造斜，减少入靶前垂深的消耗，降低天然气水合物由于埋深浅、常规造斜造斜率要求高的难度，可以实现200‑300米超浅埋深的深海天然气水合物精准入靶要求；吸力锚的所有内部结构均在工厂提前集中加工定制，然后利用托运船运送至海上钻井平台，节省海上钻井平台作业时间2‑4天；水泥环增加吸力锚机构的稳定性和负载能力。

技术领域

本发明属于深海钻井领域，特别涉及一种深海天然气水合物吸力锚机构及安装方法。

背景技术

天然气水合物又被称为可燃冰，是一类笼形晶体化合物，外观像雪或松散的冰，遇火可燃烧。1方天然气水合物在常温常压下可分解为约 164 m³的天然气、0.8 m³的水。目前，全球范围内天然气水合物大多采用直井开发，产量低，难以达到商业化开采的经济门槛 20万方/天，为了提高天然气水合物单井产量，需要采用水平井进行开发。但是由于水合物储层埋深浅、地层疏松、造斜率要求高，天然气水合物水平井钻井施工难度很大，常规的海上定向钻井难以满足要求，因此需要采用新的造斜工艺技术。

论文“Multi-Well ExplorationProgram in 2004 for Natural Hydrate in theNankai- Trough Offshore Japan”介绍了日本在 2004 年所钻的 32 口深海天然气水合物井的情况，其中一口井采用了水平井钻井技术，是世界上第一口天然气水合物水平井试验。该井水深 991 米，水合物埋藏深度位于泥线以下 300-350 米，井深 1563 米，采用常规深海水平井钻井技术，下入导管并在泥线以下 20 米开始造斜，水平段长 100 米。因造斜难度大，用时 8.5 天，较直井增加近3 倍。

而论文“吸力锚技术的应用现状”则介绍了吸力锚的工作原理以及在海洋工程领域的应用情况。在海洋工程领域中应用吸力锚多采用一种上端封闭、下端开口的钢制桶形结构，锚筒顶盖留有抽水孔以连接抽水管路。施工阶段吸力锚首先在自重作用下沉入海底一定深度，形成了锚筒内水的封闭状态，然后借助于设备在顶部的泵系统向外抽吸锚筒内的水，使同一时间内抽出的水量大于从底部渗入的水量，在封闭的桶体内形成负压。当筒内外负压差足够大，以至于产生的向下的推力能够克服下沉阻力时，锚体就不断被压入土中，直到达到预定的深度。吸力锚便于安装和运输、不受海上施工空间限制、材料和制造成本低廉、对于不同的海洋土质具有广泛的适用性。这项技术在海洋工程领域，如船只系泊、浮筒定位、存储设施、海洋钻井等领域都具有广泛的应用前景。

如图1所示，专利公开号为CN106218814A 的一种便于海上拖航运输和安装的吸力锚机构介绍了一种便携式的吸力锚机构用于海上油气生产装置的锚泊固定，该吸力锚机构采用密封端盖将吸力锚进行密封，获得自浮及在预定海面贯入安装的功能，因此可以进行托运，方便了运输而且节省了船舶的载货空间。同时，锚体顶板上设有气源或气压机的连接管，可以为锚体的内腔充气，排出多余的海水，控制锚体在水面承受的浮力。本方案中密封端采用卡爪锁紧装置，可以实现锚体下端密封和自动解锁功能，工作更加可靠。但是该装置仅适用于海洋油气生产装置的锚泊固定，对于海上钻井领域没有涉及。

有鉴于此，本发明的发明人创新地将吸力锚应用于开采深海天然气水合物，提供了一种深海天然气水合物吸力锚机构及安装方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海天然气水合物吸力锚机构及安装方法，其在锚体重力和锚体内外压差共同作用下座入海底泥线以下地层，代替常规的海上导管，实现在锚体内提前实施定向造斜，减少了入靶前垂深的消耗，降低天然气水合物由于埋深浅、常规造斜造斜率要求高的难度。

为达上述目的，本发明提供一种深海天然气水合物吸力锚机构，其包括：