本發(fā)明涉及一種可燃冰旋噴卸壓流態(tài)化開采方法，適用于永久凍土層固態(tài)可燃冰開采。

背景技術(shù)：

可燃冰是一種高密度、高熱值、潔凈型能源，據(jù)科學(xué)家估計(jì)，全球可燃冰的資源總量換算成甲烷氣體約相當(dāng)于全世界已知煤炭、石油和天然氣等能源總儲(chǔ)量的兩倍；隨著世界油氣資源的枯竭，尋求儲(chǔ)量巨大的新型接替能源已是迫在眉睫。據(jù)有關(guān)資料分析，我國南海陸坡、臺(tái)灣島南部海域、沖繩海槽以及青藏高原的凍土層都具備可燃冰形成的條件。因此，開展并加強(qiáng)可燃冰的研究，對解決我國能源緊缺和世界能源危機(jī)都具有重要意義。

現(xiàn)在各國主要的開采方法有如下幾種：1、注熱法注入加熱流體或直接加熱儲(chǔ)層來提高水合物區(qū)域內(nèi)溫度，引起溶解。能耗大，不能有效解決熱利用效率較低的缺陷；2、降壓法，降低壓力促使水合物分解，該方法不需要連續(xù)激發(fā)，成本較低，適合大面積開采，是目前最有前景的一種開發(fā)技術(shù)；3、化學(xué)試劑注入開采法，化學(xué)試劑注入開采法通過向可燃冰儲(chǔ)層中注入某些化學(xué)試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破壞可燃冰藏的相平衡條件，促使可燃冰分解，這種方法雖然可降低初期能量輸入，但缺陷卻很明顯，它所需的化學(xué)試劑費(fèi)用昂貴，對可燃冰儲(chǔ)層的作用緩慢；4、置換開采法，依據(jù)的仍然是可燃冰穩(wěn)定帶的壓力條件在一定的溫度條件下，可燃冰保持穩(wěn)定需要的壓力比co2水合物更高，這種作用釋放出的熱量可使可燃冰的分解反應(yīng)得以持續(xù)地進(jìn)行下去，但是存在著較大的隱患，如果地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，將co2大量釋放出來的話，會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來災(zāi)難性的后果。

迄今為止,尚未形成一種經(jīng)濟(jì)而有效的可以實(shí)現(xiàn)可燃冰的大規(guī)模商業(yè)化開采方法，而已知方法中單純采用一種開采方法很難實(shí)現(xiàn)真正的商業(yè)開采目的，因此，急需新的開采方法來加快可燃冰的大規(guī)模商業(yè)化開采。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種可燃冰旋噴卸壓流態(tài)化開采方法，能及時(shí)掌握儲(chǔ)層內(nèi)壓力變化等情況,給出相應(yīng)改善處理,避免開采過程中儲(chǔ)層壓力劇變等影響水合物儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的危險(xiǎn)發(fā)生。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種可燃冰旋噴卸壓流態(tài)化開采方法，包括以下步驟：

第一步：探明可燃冰儲(chǔ)層的分布及儲(chǔ)層的厚度；

第二步：對可燃冰儲(chǔ)層進(jìn)行網(wǎng)格單元模塊劃分，形成若干個(gè)開采單元模塊；

第三步：在每個(gè)開采單元模塊上布設(shè)開采鉆孔，開采鉆孔的深度由表土層直至可燃冰儲(chǔ)層頂部；

第四步：采用雙管柱對開采單元模塊進(jìn)行開采，預(yù)先在內(nèi)管柱底端安裝旋噴噴頭，在外管柱內(nèi)壁的中間位置以及內(nèi)管柱底端均安裝傳感器；

第五步：將外管柱安裝在開采鉆孔的中心位置，其底部置于非滲透巖層中，安裝有旋噴噴頭的內(nèi)管柱由外管柱頂部伸入，穿過外管柱底部，伸進(jìn)可燃冰儲(chǔ)層內(nèi)，外管柱的頂端開設(shè)多個(gè)采集孔，每個(gè)采集孔內(nèi)連接一個(gè)布設(shè)在地面的氣泵倉；

第六步：在內(nèi)管柱靠近底部的位置布設(shè)有一個(gè)水倉，水倉底部與旋噴噴頭聯(lián)通，水倉頂部開設(shè)開口，開口內(nèi)通過軟管與地面的水塔相連通，旋噴噴頭向下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射前進(jìn)，旋噴噴頭高速射向周圍的固態(tài)可燃冰，將其破碎，產(chǎn)生氣態(tài)天然氣水合物，利用外管柱將產(chǎn)生的氣態(tài)天然氣水合物運(yùn)送至氣泵倉進(jìn)行采集，直至該開采單元模塊內(nèi)的天然氣水合物全部采集完畢；

第七步：重復(fù)第六步步驟，直至其他開采單元模塊內(nèi)的天然氣水合物全部采集完畢；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，外管柱的直徑與開采鉆孔的直徑大小相同；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，在外管柱的底端安裝支撐板，用于為內(nèi)管柱提供支撐；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的傳感器為壓力傳感器和流量傳感器，傳感器通過導(dǎo)線與信號處理器相連通；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，在內(nèi)管柱靠近底部的位置布設(shè)有一個(gè)水倉，水倉的深度為1m。

通過以上技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明對可燃冰資源進(jìn)行卸壓開采的同時(shí)，能及時(shí)掌握儲(chǔ)層內(nèi)壓力變化等情況,給出相應(yīng)改善處理,避免開采過程中儲(chǔ)層壓力劇變等影響水合物儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的危險(xiǎn)發(fā)生；

2、能夠有效實(shí)現(xiàn)固態(tài)可燃冰的開采；

3、開采成本低、易實(shí)現(xiàn)且經(jīng)濟(jì)性高開采技術(shù)簡單、相關(guān)應(yīng)用設(shè)備技術(shù)成熟,能較快實(shí)現(xiàn)工業(yè)開采應(yīng)用能夠有效控制開采速度等同時(shí)能夠?qū)?chǔ)層相關(guān)信息做到及時(shí)收集反饋和處理。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于開采的設(shè)備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的外管柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的a-a剖面圖。

圖中：1為開采鉆孔，2為內(nèi)管柱，3為支撐板，4為傳感器，5為氣泵倉，6為水塔，7為環(huán)形密閉設(shè)備，8為外管柱，9為旋噴噴頭，10為軟管，11為非滲透巖層，12為可燃冰儲(chǔ)層。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明包括以下技術(shù)特征：開采鉆孔1，內(nèi)管柱2，支撐板3，傳感器4，氣泵倉5，水塔6，環(huán)形密閉設(shè)備7，外管柱8，旋噴噴頭9，軟管10，非滲透巖層11，可燃冰儲(chǔ)層12。

本發(fā)明的開采原理是應(yīng)用了“邊界層表面效應(yīng)”即流體速度加快時(shí)，物體與流體接觸的界面上的壓力會(huì)減小，反之壓力會(huì)增加；由于高速射流與固態(tài)可燃冰之間存在速度梯度，以致產(chǎn)生壓力降；周圍壓力變低，可燃冰穩(wěn)定的平衡曲線不斷受到破壞，使得可燃冰儲(chǔ)層開始融化并產(chǎn)出氣體不斷補(bǔ)充到游離氣氣庫中，直到可燃冰開采完為止。

本發(fā)明的一種可燃冰旋噴卸壓流態(tài)化開采方法，包括以下步驟：

第一步：探明可燃冰儲(chǔ)層的分布及儲(chǔ)層的厚度；

第二步：對可燃冰儲(chǔ)層進(jìn)行網(wǎng)格單元模塊劃分，形成若干個(gè)開采單元模塊；

第三步：在每個(gè)開采單元模塊上布設(shè)開采鉆孔，開采鉆孔的深度由表土層直至可燃冰儲(chǔ)層頂部；

第四步：采用雙管柱對開采單元模塊進(jìn)行開采，預(yù)先在內(nèi)管柱底端安裝旋噴噴頭，在外管柱內(nèi)壁的中間位置以及內(nèi)管柱底端均安裝傳感器；

第五步：將外管柱安裝在開采鉆孔的中心位置，其底部置于非滲透巖層中，安裝有旋噴噴頭的內(nèi)管柱由外管柱頂部伸入，穿過外管柱底部，伸進(jìn)可燃冰儲(chǔ)層內(nèi)，在外管柱頂部用環(huán)形密閉設(shè)備密封，以防止雜物進(jìn)入內(nèi)管柱與外管柱之間的縫隙；外管柱的頂端開設(shè)多個(gè)采集孔，每個(gè)采集孔內(nèi)連接一個(gè)布設(shè)在地面的氣泵倉；

第六步：在內(nèi)管柱靠近底部的位置布設(shè)有一個(gè)水倉，水倉底部與旋噴噴頭聯(lián)通，水倉頂部開設(shè)開口，開口內(nèi)通過軟管與地面的水塔相連通，旋噴噴頭向下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射前進(jìn)，旋噴噴頭高速射向周圍的固態(tài)可燃冰，將其破碎，產(chǎn)生氣態(tài)天然氣水合物，利用外管柱將產(chǎn)生的氣態(tài)天然氣水合物運(yùn)送至氣泵倉進(jìn)行采集，直至該開采單元模塊內(nèi)的天然氣水合物全部采集完畢；也就是說，水泵倉通過軟水管將水高壓噴入內(nèi)管柱底部的水倉中，在旋噴噴頭處形成高壓射流，調(diào)整旋噴噴頭的方向，使其產(chǎn)生的切割平面為水平方向，旋噴噴頭高速轉(zhuǎn)動(dòng)，由其噴射出的圓盤狀高壓射流環(huán)切割和破碎周圍固態(tài)可燃冰，逐漸向下移動(dòng)旋噴噴頭直到可燃冰儲(chǔ)層底部，可形成半徑可達(dá)5m的圓柱狀開采空間，該半徑大小可通過射流壓力調(diào)整；在切割過程中形成一些氣態(tài)、液態(tài)和若干破碎固態(tài)可燃冰，此時(shí)進(jìn)行采集氣態(tài)可燃冰，隨著游離氣體的不斷減少，周圍壓力變低，可燃冰穩(wěn)定的平衡曲線不斷受到破壞，使得可燃冰儲(chǔ)層開始融化并產(chǎn)出氣體不斷補(bǔ)充到游離氣氣庫中，直到可燃冰開采完為止；

第七步：重復(fù)第六步步驟，直至其他開采單元模塊內(nèi)的天然氣水合物全部采集完畢；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，外管柱的直徑與開采鉆孔的直徑大小相同；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，在外管柱的底端安裝支撐板，用于為內(nèi)管柱提供支撐；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的傳感器為壓力傳感器和流量傳感器，傳感器通過導(dǎo)線與信號處理器相連通；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，在內(nèi)管柱靠近底部的位置布設(shè)有一個(gè)水倉，水倉的深度為1m。

本發(fā)明在不同位置設(shè)置兩個(gè)傳感器，既可以在開采面進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)也可以監(jiān)測采集管路中流體的信息，來實(shí)現(xiàn)始段和末端的同時(shí)監(jiān)測，地表設(shè)有氣體綜合處理和利用端；通過這個(gè)信號處理器收集得到的儲(chǔ)層壓力信息、注入流體流量信息的分析和處理，可以對儲(chǔ)層內(nèi)水合物分解情況得到及時(shí)掌握，并以此來調(diào)整控制水合物分解產(chǎn)氣的開采速度。

在實(shí)際開采過程中，由于開采深度往往地表幾百米以下，甚至達(dá)到數(shù)千米，故內(nèi)管柱設(shè)計(jì)不能為一長達(dá)數(shù)百米的普通等直徑管柱，一般可設(shè)計(jì)成模塊化安設(shè)，即每隔一定長度設(shè)計(jì)為一段，段與段之間用卡扣等連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。

但本專利采用的是高壓水噴射，將高壓水注入到一端開口的管柱中時(shí)將浪費(fèi)掉高壓水自身所攜帶的高壓，也完成不了旋噴噴頭處要形成高壓射流所達(dá)到的壓力要求，進(jìn)一步也無法可燃冰開采，故本發(fā)明創(chuàng)新性的采用電動(dòng)伸縮桿結(jié)構(gòu)和軟水管結(jié)合的方式來解決之一問題，首先軟管采用聚氨酯材料制成，保證水管能夠達(dá)到工作水壓，然后在內(nèi)管柱底部設(shè)立一個(gè)1m深的水倉，上部接口接軟水管，下部結(jié)構(gòu)接旋噴噴頭，這樣就可以通過在地面水倉調(diào)節(jié)水壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)旋噴噴頭出形成的高壓射流的速度和壓力，內(nèi)管柱第一節(jié)長度要大于外管柱10m，以保證內(nèi)管柱和外管柱之間的密閉和支撐，內(nèi)管柱采用電動(dòng)伸縮桿結(jié)構(gòu)，在內(nèi)管柱頂部置一電動(dòng)馬達(dá)，可通過控制馬達(dá)來精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)管柱伸縮量的變化。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本申請所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。

本申請中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨(dú)存在或兩者同時(shí)存在的情況均包括在內(nèi)。

本申請中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。