一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具制造技术

本发明专利技术公开了一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具，涉及天然气水合物开采技术领域，由外壳体、上端连接头、中部连接头、下端连接头、射流喷头、弹簧、滑芯、分流封堵块、支撑环以及定位销钉等部件组成，其中外壳体上布置有水合物回收通道、定位销钉孔以及射流喷头安装孔，在外壳体内部主要设置有上端连接头、中部连接头、下端连接头组合成的内层管用于连接钻头和举升泵，在内层管内部安装有滑芯以及分流块等。本发明专利技术针对性地考虑了深海浅层非成岩天然气水合物的物性，并结合了固态流化开采工艺需求，采用控制钻井液流量大小的方式控制射流破碎喷头的开启与关闭，解决了现有水合物射流破碎工具不可控不可重复使用需要多次起下钻柱等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具
本专利技术涉及天然气水合物开采
，特别涉及一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具。
技术介绍
天然气水合物又被称为“可燃冰”。因其分布范围广、能量密度高、资源储量大，埋藏深度浅以及环境污染小等优势，被世界各国政府及科学界高度重视。目前已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中，其储存层类型主要有砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型。据估计，陆地上20.7％和大洋底90％的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。因此，绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。2011年，世界上已发现的天然气水合物分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。目前用于水合物开采的工艺相对较多，其中主要包括热激发法、减压开采法、化学试剂注入开采法以及固体开采法等，但以上传统的开采方法均是打破水合物的相态平衡从而使其分解为甲烷气体，然后进行回收。由于相变分解速度较快，因此可能会造成水合物矿层大面积分解，从而造成井筒垮塌及地质滑坡等大面积地质灾害。针对现有水合物开采过程中所出现的问题及我国南海海底水合物埋深及其赋存状态特性，周守为院士提出了天然气水合物“固态流化开采”的新工艺，本工艺核心在于利用水合物在海底温度和压力的稳定性，将含水合物的沉积物破碎成细小颗粒后与海水混合，并在海底举升泵的抽吸作用下输送至海洋平台，然后在海洋平台进行后期处理与加工，该方法就能很好的解决这避免以上问题。在2017年5月，中国海洋石油总公司依托深水工程勘察船“海洋石油708"在我国南海北部荔湾3站位，采用固态流化射流破碎开采水合物并成功点火，充分证明了水合物固态流化开采工艺的可行性。然而，我国首次水合物固态流化开采作业中，所使用的射流破碎工具为常规的射流喷头，其存在着作业过程不可控、不可重复使用等问题，并且不能根据不同的钻井工况进行射流喷头的自动切换与连续运作，需要反复起下钻柱等问题，且现有的破碎工具只能用于固态流化开采过程中的单层管开采工艺，目前还没有既能用于双层管开采工艺且又能够保证内外管一起转动并传递扭矩的破碎工具。为了解决现有射流破碎工具所存在的问题，且能够保证内外管同时转动并传递扭矩，实现深水海底浅层天然气水合物安全、高效开采，亟需要专利技术一种新型的天然气水合物双层管式喷射破碎工具用于固态流化开采的双层管双梯度钻井作业过程中，以期为后续的水合物固态流化开采作业提供帮助。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具,以用于固态流化开采的双层管双梯度钻井作业过程中，解决作业过程不可控、不可重复使用等问题，并且不能根据不同的钻井工况进行射流喷头的自动切换与连续运作，需要反复起下钻柱等问题以实现深海浅层非成岩天然气水合物的安全、高效开采。本专利技术技术方案如下：一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具，主要包括外壳体、上部连接头、支撑环、中部连接头、弹簧、滑芯、射流喷头、下部连接头、定位销钉、分流封堵块、密封圈、固定螺母，其中外壳体上端设置有与举升泵相连接的锥螺纹，下端通过定位销钉与下部连接头相固定，下部连接头下端采用锥形螺纹与钻头相连接，上端通过平口螺纹与中部连接头相连接，在下部连接头内部设置有过流通道以及分流封堵块以及固定螺母，在平口螺纹后端设置有射流喷头，在下接头上端连接有中部连接头，在中部连接头上端设置有上部连接头，上部连接头通过平口螺纹与中部连接头相连接，在上部连接头、中部连接头与下部连接头内部设置有滑芯，滑芯中部设置有弹簧。所述的外壳体外表面设置有水合物回收通道，相邻水合物回收通道错位排布，在水合物回收通道右端周向均布有传递扭矩与安装定位的定位销钉孔，在水合物回收通道左端设置有射流喷头安装孔。所述的分流封堵块上端为圆锥形，顶部为半球形，在锥形面下端设置有一台阶，在台阶上设置有挤压型密封圈，在分流封堵块底端采用固定螺母进行固定。所述的支撑环外部设置有三个支撑板，在支撑板的外表面为曲率与外壳体内径一致的圆弧形，在支撑板根部有圆弧形倒角以增加支撑板强度。所述的上部连接头左端入口处设置有倒角以方便与之相连接的插入型密封结构能够顺利插入安装到位，在上部连接头中部设置有一限位台阶以限定支撑环的安装位置。所述的滑芯入口处内壁面为锥形入口，在滑芯外表面设置有压缩弹簧的滑芯台阶，在滑芯台阶左端均布设置有压力平衡孔以及钻井液通道孔。本专利技术由于采用上述技术方案，其达到的技术效果为：1、由于外壳体上设置有水合物回收通道，且相邻水合物通道错位排布，其避免了水合物回收通道平行排布所造成的外壳体强度降低这一问题，且在轴向错位排布可增大轴向水合物回收口的有效回收区域长度，提高水合物泥沙混合浆体的回收效率。2、由于外壳体水合物回收通道右侧设置有定位销钉孔，采用定位销钉与下部接头相连接，而不采用螺纹直接连接，其可保证外壳体上射流作业喷头安装孔能与下部接头的安装孔对准，保证了射流作业喷头安装定位的准确性的同时，其还能够保证外壳体的扭矩能有效传递到下部接头带动下部接头所连接的钻头一起转动。3、在下部接头中部设置有过流封堵块，其顶部为锥形结构，可保证钻井液从滑芯流出时能够，被有效的分开至两边并从过流通道流出，避免了钻井液直接撞击在封堵块表面向周向反弹从而造成内壁面严重的冲蚀，且该锥形结构也有很好的导向作用，能够保证滑芯在向下滑动时能够顺利与过流封堵块相配合，从而有效封堵滑芯内部钻井液。4、本专利技术在过流封堵块的台阶处设置有挤压型密封圈，滑芯出口处设置有一斜面，当滑芯下滑与过流封堵块配合时，滑芯出口处的斜面将与密封圈贴合，且此时钻井液所产生的压力将全部作用于滑芯上端，钻井液流量越大，所产生的压力降也就越大，滑芯产生的轴向力也就越大，挤压型密封的密封性能越好。5、在上部接头上安装有由于扶正定位的支撑环，其结构在保证水合物回收通道过流面积足够大的同时，也可支撑内层管，使其始终处于居中位置。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的开启与关闭工作示意图；图3是本专利技术的下部连接头示意图；图4是本专利技术的上部连接头示意图。图中：1-外壳体；2-上部连接头；3-支撑块；4-中部连接头；5-弹簧；6-下部连接头；7-射流喷头；8-分流封堵块；9-密封圈；10-固定螺母；11-定位销钉；12-滑芯；103-射流喷头安装孔；101-水合物回收通道；102-定位销钉孔；201-平口螺纹一；202-平口螺纹二；601-下部连接头锥螺纹；602-下部连接头台阶；603-射流喷头安装螺纹孔。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具，其特征在于，包括：外壳体(1)、上部连接头(2)、支撑环(3)、中部连接头(4)、弹簧(5)、滑芯(12)、射流喷头(7)、下部连接头(6)、定位销钉(11)、分流封堵块(8)、密封圈(9)、固定螺母(10)，其中外壳体(1)上端设置有与举升泵相连接的锥螺纹，下端通过定位销钉(11)与下部连接头(6)相固定，下部连接头(6)下端采用锥形螺纹与钻头相连接，上端通过平口螺纹与中部连接头(4)相连接，在下部连接头(6)内部设置有过流通道(601)以及分流封堵块(8)以及固定螺母(10)，在平口螺纹后端设置有射流喷头(7)，在下接头(6)上端连接有中部连接头(4)，在中部连接头(4)上端设置有上部连接头(2)，上部连接头(2)通过平口螺纹与中部连接头(4)相连接，在上部连接头(2)、中部连接头(4)与下部连接头(6)内部设置有滑芯(12)，滑芯(12)中部设置有弹簧(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物内外联动式喷射破碎工具，其特征在于，包括：外壳体(1)、上部连接头(2)、支撑环(3)、中部连接头(4)、弹簧(5)、滑芯(12)、射流喷头(7)、下部连接头(6)、定位销钉(11)、分流封堵块(8)、密封圈(9)、固定螺母(10)，其中外壳体(1)上端设置有与举升泵相连接的锥螺纹，下端通过定位销钉(11)与下部连接头(6)相固定，下部连接头(6)下端采用锥形螺纹与钻头相连接，上端通过平口螺纹与中部连接头(4)相连接，在下部连接头(6)内部设置有过流通道(601)以及分流封堵块(8)以及固定螺母(10)，在平口螺纹后端设置有射流喷头(7)，在下接头(6)上端连接有中部连接头(4)，在中部连接头(4)上端设置有上部连接头(2)，上部连接头(2)通过平口螺纹与中部连接头(4)相连接，在上部连接头(2)、中部连接头(4)与下部连接头(6)内部设置有滑芯(12)，滑芯(12)中部设置有弹簧(5)。


2.根据权利要求1所述天然气水合物内外联动式喷射破碎工具，其特征在于，所述外壳体(1)外表面设置有水合物回收通道(101)，相邻水合物回收通道(101)错位排布，在水合物回收通道(101)右端周向均布有传递扭矩与安装定位的定位销钉孔(102)，在水合物回收通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绪深，陆江，方小宇，景鹏飞，张海荣，唐洋，赵金海，王国荣，姚佳鑫，李泽良，赵鹏，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室湛江，西南石油大学，
类型：发明
国别省市：广东;44