[0001] 本发明属于水合物的开采装置及开采方法技术 领域， 具体涉及一种用于钻取水 合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法。

背景技术

[0002] 天然气水合物（又叫可燃冰）是天然气与水分 子在低温高压条件下形成的非化学 计量型的笼形化合物。 在理想状态下， 每标准立方米的水合物可以包含相当于 自身化解水体积 180倍的气体分子。 我国是世界上最大的能源消费国， 能源消 费量占全球的 23%， 在石油资源日益枯竭的今天， 亟需寻找一个具有资源量大、 能量密度高和低污染等优点的新能源来替代传 统能源。 而天然气水合物以其储 量巨大， 清洁高效的特性而成为各国关注的热点， 被公认为是具有良好前景的 重要后续清洁能源， 实现天然气水合物资源的开发利用对推进我国 能源工业发 展、 改善能源消费结构、 保障能源安全供应、 促进生态文明建设、 保持经济社 会可持续发展具有重要意义。

[0003] 目前水合物的开采方式有降压法、 热激发法、 还有化学试剂注入法， 如 CN106

837258A公开了一种天然气水合物开采装置及方� �， 其装置主要包括开采船、 压 缩机、 燃气发动机、 渦流管和气液分离器， 开采方法主要是钻通水合物盖层和 储层， 形成两注气井， 二者构成连通井， 用筛管对水平段完井， 开采船上的压 缩机将天然气增压后输往渦流管， 渦流管的热端管出口的热流体通过注气管线 加注到注气井， 热气流通过筛管进入水合物储层内的水合物， 使其受热分解为 天然气， 通过生产井开采出地面。 CN109252833A公开了一种天然气水合物开采 方法， 在海内设置注水井和开采井， 并通过所述注水井以加热水合物层， 通过 第一水管在水面上连通注水井和开采井， 使开采井排出的水进入注水井中， 通 过第一管道连通开采井和注水井， 使得开采井分离出来的热水再次注入注水井 ， 使得部分热水形成了热循环， 即最开始进入注水井中的低温水被加热注入水 合物层， 水合物层被加热， 使得开采井采集的混合物温度高， 从该混合物中分 离的水再次被注入水合物层。

[0004] 但是这些开采方式在打开水合物储层时会破坏 水合物稳定结构， 造成水合物分 解。 而且开采的过程中还要面对由于水合物储层疏 松， 颗粒胶结性差， 导致上 覆岩层崩塌， 出砂等问题， 而且频繁起下钻， 完井过程费时费力， 影响工期进 度和产量， 这些问题是水合物在开采过程中往往要面临的 困难。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 为了解决上述现有技术存在的缺陷， 本发明提出了一种用于钻取水合物微小井 眼并快速完井的装置及工作方法， 其不仅减少了钻取水平微小井眼时频繁的起 下钻， 而且在利用高压水射流钻完微小井眼后， 燃烧高压软管壁， 留下防沙筛 管， 进行完井， 做到钻完井一体化， 做到省时省力， 对储层干扰较小， 可以做 到防沙并且提高产量。

[0006] 本发明的任务之一在于提供一种用于钻取水合 物微小井眼并快速完井的装置， 其采用了如下技术方案：

[0007] 一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装 置， 其包括连续作业机、 电源控 制机构、 高压水射流泵、 导向器及母管， 所述的连续作业机、 电源控制机构、 高压水射流泵均位于海洋钻井平台上且依次相 连， 所述的母管的一端与所述的 连续作业机相连， 所述的母管内部的管壁上包有线缆， 所述的母管的另一端连 接有母管接头， 所述的母管接头的径向截面设置有若干个电源 控制接触点一， 所述母管接头上装有电磁铁， 所述母管接头的径向截面设置有凹槽一， 所述的 凹槽一处设置有密封橡胶圈；

[0008] 还包括与所述母管接头相连接的子管， 所述的子管的一端通过子管接头连接所 述母管接头， 另一端连接有水射流喷头， 所述的子管中间经过所述导向器； 所 述的子管中设置有筛网骨架， 所述的筛网骨架被碳纤维和环氧树脂包裹， 所述 的子管接头的腔体中设置有电热机构， 所述的电热机构与所述的筛网骨架相连 ， 所述的子管和母管通过所述的母管接头和子管 接头连接在一起； [0009] 所述的线缆用于控制所述的电磁铁， 并通过所述电源控制接触点一控制所述的 电热机构。

[0010] 作为本发明的一个优选方案， 所述的筛网骨架由细钢丝构成， 所述的母管接头 的主体材质为铜， 位于母管接头的径向截面的电源控制接触点一 设置有四个。

[0011] 作为本发明的另一个优选方案， 所述的子管接头的主体材质为磁铁， 其径向截 面挖有凹槽二， 径向截面设置有四个电源控制接触点二， 与所述的子管相接一 侧成弧形。

[0012] 进一步的， 所述的子管接头与母管接头连接处的外侧包有 隔磁套， 位于子管接 头上的隔磁套为完整包裹， 位于母管接头上的隔磁套为扇形包裹。

[0013] 进一步的， 所述的高压水射流泵提供的泵压为 35-70MPa。

[0014] 本发明的另一任务在于提供一种钻取水合物微 小井眼并快速完井的工作方法， 其包括以下步骤：

[0015] a、 先使用钻头钻到水合物储层， 形成大主井眼， 然后预留分支微小井孔， 对 大主井眼进行下套管作业， 然后注水泥进行固井；

[0016] b、 在母管接头上安放密封橡胶圈， 通过所述的的电源控制机构打开电磁铁的 电源与子管接头进行连接吸附， 在接头外侧包上隔磁套， 即完成子管和母管的 连接；

[0017] c、 用连续作业机将连接好的子管和母管下入井眼 中；

[0018] d、 将子管通过导向器导向到水合物储层， 打开高压水射流泵， 进行高压水射 流喷射钻井钻取水平微小井眼， 钻到目的位移， 使子管接头吸附在预留水平微 小井眼的套管上；

[0019] e、 通过电源控制机构打开子管接头中的电热机构 对子管的筛网骨架进行加热 ， 通入空气， 将子管内的环氧树脂进行加热点燃， 将其燃尽， 从而使碳纤维附 在筛网骨架上；

[0020] f、 断开母接头的电源使其与子接头进行分离， 完成一个水平微小井眼完井作 业；

[0021] g 重复步骤 b-f， 完成其它水平微小井眼作业。

发明的有益效果 有益效果

[0022] 与现有技术相比， 本发明带来了以下有益技术效果：

[0023] ( 1) 本发明相比较其他天然气水合物开采方式， 采用子母接头分离的方式， 个母管接头可以把多个子管接头陆续放入井筒 中， 完井后子母管直接分离， 减少了钻取水平微小井眼时频繁的起下钻； 水合物储层由粉细砂沉积物为主体 ， 采用高压水射流钻井， 喷头相比较钻头机械结构简单， 不用更换钻头， 避免 了天然气水合物水平井的卡钻问题， 工序简单， 操作方便， 省时省力。

[0024] (2) 本发明先钻取大主井眼， 然后钻取水平微小井眼， 采取大主井眼配合多 分支水平微小井眼的结构， 优化了井网结构， 增大了开采接触面积， 提高了水 合物的产量， 水平微小井眼结合水射流钻井减少了对水合物 储层的干扰破坏。

[0025] (3) 本发明钻取水平微小井眼后， 直接加热筛网骨架进行完井， 不用下套管

， 做到钻完井一体化， 减少了钻完井周期， 节省人力物力， 环氧树脂燃烧后， 碳纤维吸附在筛网表面， 加强了筛网的防沙作用， 做到既有效防沙， 而且还可 以保证产量。

对附图的简要说明

附图说明

[0026] 下面结合附图对本发明做进一步说明：

[0027] 图 1为本发明用于钻取水合物微小井眼并快速完� �的装置结构整体示意图； [0028] 图 2为本发明子管接头径向截面示意图；

[0029] 图 3为本发明母管接头径向截面示意图；

[0030] 图 4为本发明子母接头和子母管轴向截面示意图� �

[0031] 图 5为本发明子母接头外侧隔磁套示意图；

[0032] 其中， 1、 海水； 2、 储层上覆岩层； 3、 水合物储层； 4、 储层下覆岩层； 5、 海洋钻井平台； 6、 连续管； 6-1、 线缆； 7、 连续作业机； 8、 电源控制机构； 9 、 高压水射流泵； 10、 母管接头； 10-1、 电源触控点一； 10-2、 密封橡胶圈； 11 、 子管接头； 11-1、 电源触控点二； 11-2、 凹槽二； 11-3、 电热机构； 12、 导向 器； 13、 高压软管； 13-1、 环氧树脂与碳纤维； 13-2、 筛网骨架； 14、 水射流喷 头； 15、 隔磁套； 16、 大主井眼； 17、 水泥。 发明实施例

本发明的实施方式

[0033] 本发明提出了一种用于钻取水合物微小井眼并 快速完井的装置及工作方法， 为 了使本发明的优点、 技术方案更加清楚、 明确， 下面结合具体实施例对本发明 做详细说明。

[0034] 本发明所涉及的微小井眼是指井眼直径小于 88.9 mm, 井眼曲率半径约为 0.3m 的水平井。

[0035] 采用本发明装置快速完井， 其中快速是指相比较传统钻井方式， 使用子母管， 做到了钻完井一体化， 节省了水平微小井眼钻进过程中起下钻和完井 的时间。

[0036] 如图 1所示， 本发明一种用于钻取水合物微小井眼并快速完 井的装置， 主要包 括连续作业机 7、 电源控制机构 8、 高压水射流泵 9、 导向器 12及连续管 （母管）

6， 连续作业机 7、 电源控制机构 8、 高压水射流泵 9均位于海洋钻井平台 5上且三 者依次相连， 作为本发明的一个主要改进点之一， 母管和子管二者为可拆卸式 连接， 具体结构结合图 2至图 5所示， 母管的一端与连续作业机 7相连， 连续作业 机 7可以将母管送入井眼中， 母管的另一端连接有母管接头 10, 母管接头 10的径 向截面设置有若干个电源控制接触点一 10-1， 本发明实施例优选设置四个电源控 制接触点一， 母管接头上装有电磁铁， 方便与子管接头连接， 母管接头的主体 材质为铜， 母管接头的径向截面设置有凹槽一， 凹槽一处设置有密封橡胶圈 10-2 ， 母管接头 10主体材质为铜， 装有电磁铁， 径向截面挖有凹槽， 可以放置密封 橡胶圈 10-2, 径向截面有四个电源控制接触点一 10-1， 母管内部的管壁上包有线 缆 6-1， 用来控制母管接头 10的电磁铁和通过触控点控制子管接头的电热� ��构 11- 3； 子管的一端连接有子管接头 11， 另一端连接有水射流喷头 14, 子管中间经过 所述导向器； 子管中设置有筛网骨架 13-2, 筛网骨架由细钢丝构成， 筛网骨架被 碳纤维和环氧树脂 13-1包裹， 子管接头的腔体中设置有电热机构 11-3， 电热机构 与筛网骨架 13-2相连， 高压软管 （子管） 13直径为 O50mm， 子管和母管通过母 管接头和子管接头连接在一起。

[0037] 优选的， 子管接头的主体材质为磁铁， 其径向截面挖有凹槽二 11-2， 径向截面 设置有四个电源控制接触点二 11-1， 与所述的子管相接一侧成弧形， 方便完井时 候紧紧吸附大主井眼 16套管壁上。

[0038] 进一步的， 子管接头与母管接头连接处的外侧包有隔磁套 15 , 位于子管接头上 的隔磁套为完整包裹， 位于母管接头上的隔磁套为扇形包裹， 方便后续分离。

[0039] 进一步的， 上述高压水射流泵提供的泵压为 35-70MPa。

[0040] 一种钻取水合物微小井眼并快速完井的工作方 法， 其采用了本发明的用于钻取 水合物微小井眼并快速完井的装置， 具体包括以下步骤：

[0041] 第一步、 先使用钻头钻到水合物储层 3 , 形成大主井眼 16 , 然后预留分支微小 井孔， 对大主井眼 16进行下套管作业， 然后注水泥 17进行固井；

[0042] 第二步、 将母管接头 10放上密封橡胶圈 10-2， 通过平台上电源控制机构 8打开 电磁铁电源与子管接头 11进行连接吸附， 接头外侧包上隔磁套 15 ;

[0043] 第三步、 用连续作业机 7将连接好的子母管下入井眼中；

[0044] 第四步、 将高压软管 13通过导向器 12导向到目的层， 打开高压水射流泵 9 , 进 行高压水射流喷射钻井钻取水平微小井眼， 钻到目的位移， 使子管接头 11吸附 在预留水平微小井眼的套管上；

[0045] 第五步、 通过平台上电源控制机构 8打开子管接头 11中的电源控制机构 8对子管 的筛网骨架 13-2进行加热， 通入空气， 将高压软管 13的环氧树脂点燃， 将其燃尽 ， 使碳纤维附在骨架上；

[0046] 第六步、 断开母管接头 10使其与子管接头 11分离， 完成一个水平微小井眼完井 作业；

[0047] 第七步、 重复第二步-第六步， 完成其他水平微小井眼作业。

[0048] 上述第一步中， 在水合物储层 3的上方依次为储层上覆岩层 2和海水 1， 在其下 方为储层下覆岩层 4。

[0049] 本发明与其它天然气水合物的开采方式相比较 ， 采用子母接头分离的方式， 减 少了钻取水平微小井眼时频繁的起下钻； 水合物储层 3由粉细砂沉积物为主体， 采用高压水射流钻井， 水射流喷头 14相比较钻头机械结构简单， 不用更换钻头 ， 避免了天然气水合物水平井的卡钻问题， 工序简单， 操作方便， 省时省力。

[0050] 本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现 。

[0051] 需要说明的是， 在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的 任何等同方式， 或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。