[发明专利]一种热力射流天然气水合物开采装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种热力射流天然气水合物的开采装置、系统及方法，其中开采装置包括：能够在天然气水合物层中旋转钻进的连续管，所述连续管在旋转时向外喷射热水构成热力射流，用以对天然气水合物进行射裂开采；所述连续管的外部设置有套管，所述连续管伸出所述套管末端开口进入天然气水合物层，热水携带射裂分解后的天然气水合物通过套管与连续管之间的环空间隙返排回收。通过采用热水替代常规的钻井液，利用钻具带动连续管旋转，形成稳定的旋转热力射流，能够获得更大的波及面积，提高开采量；同时在连续管末端安装导向和测井工具，实时控制连续管的钻进方向，有效实现了连续管始终在天然气水合物层中的旋转钻进，使开采过程保持较高的采收率。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开发技术领域，尤其涉及一种热力射流天然气水合 物开采装置、系统及方法。

背景技术

我国对于清洁能源需求保持高速增长，但是我国石油及天然气资源对外依存 度却越来越高，严重影响我国能源安全。天然气水合物在我国存储量丰富，据专 家估计天然气水合物的储量是目前煤炭与石油储量和的两倍，且我国已经在神狐 海域、祁连山冻土带均成功钻获可燃冰。1m³可燃冰能够产生164m³甲烷，并且 燃烧产物CO₂和H₂O，属于高热值、清洁无污染的绿色能源。

理论上天然气水合物开发存在两种思路：一种是固态流化法进行开发，利用 海底机器人实现天然气水合物的破碎，然后运送到地面进行降解生产天然气。这 一种方法实施难度大，技术要求高，投资规模大，整体上不可预见风险大，因此 国内外相关报道均较少。另一种是利用现有的石油钻完井工艺进行开发，例如常 规钻井后进行降压开发、双水平井加热等。这些技术在理论上可行，通过热激发、 降压开采、注化学试剂、注二氧化碳等方法实现增温或者降压的方式像常规油气 资源开发一样，试图实现天然气水合物的商业开发。

目前所提出的热激发方式多是通过采用电加热、微波加热、电磁加热、火驱 等形式，通过提高天然气水合物的温度从而使水合物在加热部位分解产生天然气， 从而在井口实现开采。这种方式的主要缺点是能效低、投入大，且加热开采波及 范围有限，对于浅层海底天然气水合物开发过程中的坍塌问题也难以避免。

注入化学试剂的投入成本高、环境污染等问题严格限制了该技术的应用；注 入超临界二氧化碳进行开发技术尚还缺乏理论论证，且超临界二氧化碳的获取、 储存、成本等问题也制约了该技术的应用。

此外还有常规油气开发领域的压裂技术，由于无法在非成岩地层中形成稳定 裂缝，所以此技术也不适用于海洋浅层非成岩天然气水合物开发。

由此，目前尚还没有一种方法可以实现海底浅层天然气水合物的高效开发。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种热力射流天然气水合物开采装 置、系统及方法，可实现对浅层天然气水合物的高效、经济开发。

本发明提供的热力射流天然气水合物开采装置，包括：

能够在天然气水合物层中旋转钻进的连续管，所述连续管在旋转时向外喷射 热水构成热力射流，用以对天然气水合物进行射裂开采；

所述连续管的外部设置有套管，所述连续管伸出所述套管末端开口进入天然 气水合物层，热水携带射裂分解后的天然气水合物通过套管与连续管之间的环空 间隙返排回收。

进一步，所述套管为隔热套管。

进一步，所述连续管上设置有钻具，连接在钻具下游的连续管伸出所述套管， 并在天然气水合物层中旋转定向钻进。

进一步，所述钻具的下游依次连接有水力喷射短节、导向与测井工具以及钻 头，所述导向与测井工具能够调整所述钻头的前进方向，用以带动水力喷射短节 始终在天然气水合物层中射裂开采。