【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及天然氣水合物開采與二氧化碳封存，具體涉及到一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具。
技術(shù)介紹
1、天然氣水合物也被稱作可燃冰、固態(tài)天然氣或氣冰，是一種在高壓低溫條件下由天然氣(主要成分為甲烷)與水分子結(jié)合形成的類似冰的晶體物質(zhì)。因其龐大的儲(chǔ)量及高熱值和低污染特性而被視為一種理想的清潔型能源。由于其獨(dú)特的物理屬性及巨大的能源潛力，天然氣水合物已成為當(dāng)今全球能源研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)之一。目前，天然氣水合物普遍的開采方法主要包括注熱、降壓和固態(tài)流化開采等方法，這幾類方法的共同特點(diǎn)是需要鉆井形成大尺寸井眼，實(shí)現(xiàn)水合物的高效開采。
2、深海二氧化碳水合物固碳技術(shù)，是一種把二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w水合物形態(tài)，存儲(chǔ)于深海之中的技術(shù)。其操作流程一般是將二氧化碳注入海底沉積物里，利用深海特定的溫度與壓力條件，讓二氧化碳形成穩(wěn)定的固態(tài)水合物，以此達(dá)成二氧化碳的長期封存。該技術(shù)的原理與天然氣水合物的形成機(jī)制相似。在深海環(huán)境里，甲烷等氣體會(huì)和水分子相互作用，發(fā)生水合化反應(yīng)，進(jìn)而形成水合物。與之相同，二氧化碳在滿足特定條件時(shí)，也能與水分子結(jié)合形成水合物。這些二氧化碳水合物在深海環(huán)境下比較穩(wěn)定，能夠長時(shí)間將二氧化碳封存起來。
3、經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前應(yīng)用于天然氣水合物開采與二氧化碳封存的井下破碎造腔工具，主要涵蓋水合物鉆頭、傘式工具以及壓控滑套等。然而，這些工具在實(shí)際應(yīng)用中，都難以滿足天然氣水合物高效開采以及二氧化碳封存的要求。目前，用于天然氣水合物固態(tài)流化開采及二氧化碳封存的破碎造腔工具，主要存在以下幾方面的不足：
4、(
5、(2)在天然氣水合物開采與二氧化碳封存過程中，傳統(tǒng)水合物鉆頭僅具備鉆進(jìn)功能，因設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)問題難以形成規(guī)則的井眼，而不規(guī)則的井眼會(huì)使后續(xù)設(shè)備在井下的作業(yè)空間受限，工具下放、定位和操作都難以精準(zhǔn)進(jìn)行，提高了卡鉆、井壁坍塌等事故發(fā)生的概率；
6、(3)傳統(tǒng)水合物鉆頭缺乏漸進(jìn)式擴(kuò)徑功能，鉆進(jìn)過程中，其受力高度集中，致使鉆頭表面磨損劇烈，這種不均勻且高強(qiáng)度的磨損持續(xù)作用，易引發(fā)材料的累積疲勞損傷，改變材料的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能，隨著鉆進(jìn)作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，累積疲勞損傷不斷加劇，最終導(dǎo)致鉆頭使用壽命大幅縮減；
7、(4)現(xiàn)有天然氣水合物開采與二氧化碳封存井下破碎造腔工具僅采用單一破碎方法，未融合水力與機(jī)械破碎，造成能量轉(zhuǎn)化效率低，阻礙開采與封存作業(yè)及技術(shù)發(fā)展；
8、(5)傳統(tǒng)井下破碎造腔工具依靠液壓控制切換射流噴頭，穩(wěn)定性受液壓參數(shù)影響大，維持切換需持續(xù)高液壓，致使液壓系統(tǒng)部件負(fù)荷大、易發(fā)生故障，危及系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性，阻礙破碎造腔作業(yè)流程。
9、綜上，現(xiàn)有天然氣水合物開采與二氧化碳封存井下破碎造腔工具存在諸多不足，為了保障海底淺層非成巖天然氣水合物開采與二氧化碳封存作業(yè)效率和安全性，亟需專利技術(shù)一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，將水力破碎與機(jī)械破碎相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)變壓控制鎖止滑套自鎖啟閉高壓射流噴頭，通過水力渦輪軸上的渦輪葉片組將水流直線動(dòng)量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，進(jìn)而為復(fù)合鉆頭旋轉(zhuǎn)漸進(jìn)式擴(kuò)大井眼尺寸提供動(dòng)力支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具。本專利技術(shù)采用水力渦輪軸，實(shí)現(xiàn)了水力驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎水合物，形成并規(guī)則井眼，解決了傳統(tǒng)水合物鉆頭能源過度消耗與浪費(fèi)、無法規(guī)則井眼的問題，降低了開采成本，為后續(xù)水合物開采作業(yè)提供了更為理想的井筒條件；本專利技術(shù)采用漸進(jìn)式鉆頭，實(shí)現(xiàn)了漸進(jìn)式破碎擴(kuò)大井眼尺寸，解決了傳統(tǒng)水合物鉆頭鉆進(jìn)時(shí)受力集中、磨損嚴(yán)重、容易造成累積疲勞損傷，從而大幅降低鉆頭使用壽命的問題；本專利技術(shù)結(jié)合了水力破碎與機(jī)械破碎兩種方法，解決了傳統(tǒng)破碎造腔工具破碎水合物層方法單一，導(dǎo)致破碎造腔效率低的問題；本專利技術(shù)采用變壓控制滑套自鎖的方法，實(shí)現(xiàn)了高壓射流噴頭穩(wěn)定可控的啟閉，解決了現(xiàn)有高壓射流噴頭穩(wěn)定性易受液壓參數(shù)影響的問題，提升了整個(gè)裝置的可靠性。
2、本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于：它包括上接頭、造腔噴頭滑芯、上外筒、鎖止滑套ⅰ、彈簧ⅰ、下外筒、軸承擋塊ⅰ、過流軸承組ⅰ、水力渦輪軸、過流軸承組ⅱ、軸承擋塊ⅱ、密封軸承、擋塊ⅲ、下接頭、復(fù)合鉆頭、流道堵頭、彈簧ⅱ、鎖止滑套ⅱ、鉆進(jìn)噴頭滑芯、擋塊ⅳ；所述上接頭包括限位臺(tái)階、高壓射流噴頭、滑軌ⅰ、自鎖槽ⅰ，所述造腔噴頭滑芯包括錐形口、滑塊、自鎖凸塊，所述上外筒包括內(nèi)螺紋、外螺紋，所述鎖止滑套ⅰ包括條形斜塊、環(huán)形槽，所述下外筒包括軸肩、限位臺(tái)階ⅰ、限位臺(tái)階ⅱ，所述過流軸承組ⅰ包括流體通道，所述水力渦輪軸包括出水口、渦輪葉片組、入水口、階梯ⅰ、階梯ⅱ，所述下接頭包括內(nèi)螺紋、外螺紋、滑軌ⅱ、自鎖槽ⅱ、定位臺(tái)階，所述復(fù)合鉆頭包括破碎翼、射流噴頭、射流孔、彈簧凹槽、螺紋孔，所述上接頭通過螺紋與上外筒連接，所述造腔噴頭滑芯安裝在上接頭內(nèi)，所述鎖止滑套ⅰ安裝在造腔噴頭滑芯外，所述彈簧ⅰ安裝在鎖止滑套ⅰ與上外筒之間，所述下外筒通過螺紋與上外筒連接，所述水力渦輪軸安裝在下外筒內(nèi)，所述過流軸承組ⅰ安裝在階梯ⅰ，軸承擋塊ⅰ通過螺紋安裝在過流軸承組ⅰ外，所述過流軸承組ⅱ安裝在階梯ⅱ，軸承擋塊ⅱ通過螺紋安裝在過流軸承組ⅱ外，所述擋塊ⅳ安裝在限位臺(tái)階ⅰ，所述擋塊ⅲ通過螺紋安裝在限位臺(tái)階ⅱ，所述密封軸承安裝在擋塊ⅲ與擋塊ⅳ之間，所述下接頭通過螺紋與水力渦輪軸連接，所述復(fù)合鉆頭通過螺紋與下接頭連接，所述流道堵頭與螺紋孔配合連接，所述彈簧ⅱ安裝在彈簧凹槽內(nèi)。
3、所述上接頭設(shè)有限位臺(tái)階、高壓射流噴頭、滑軌ⅰ和自鎖槽ⅰ，所述限位臺(tái)階101用于造腔噴頭滑芯的軸向定位，所述高壓射流噴頭周向均布噴射孔，所述滑軌ⅰ用于安裝滑塊，所述自鎖槽ⅰ通過限制條形斜塊實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖止滑套ⅰ的自鎖。
4、所述造腔噴頭滑芯設(shè)有滑塊和自鎖凸塊，所述滑塊在滑軌ⅰ中運(yùn)動(dòng)，所述自鎖凸塊與條形斜塊接觸推動(dòng)鎖止滑套ⅰ運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖的啟閉。
5、所述下外筒設(shè)有軸肩、限位臺(tái)階ⅰ和限位臺(tái)階ⅱ，所述軸肩用于實(shí)現(xiàn)過流軸承組軸向定位，所述限位臺(tái)階ⅰ用于安裝擋塊ⅲ，所述限位臺(tái)階ⅱ用于安裝擋塊。
6、所述復(fù)合鉆頭設(shè)有破碎翼、射流噴頭和射流孔，所述射流噴頭射流破碎形成領(lǐng)眼，所述破碎翼與射流孔在領(lǐng)眼基礎(chǔ)上漸進(jìn)式擴(kuò)大井眼尺寸，并通過破碎翼旋轉(zhuǎn)規(guī)則井眼。
7、所述水力渦輪軸設(shè)有階梯ⅰ、階梯ⅱ和渦輪葉片組，所述階梯ⅰ、階梯ⅱ分別用于安裝過流軸承組ⅰ和過流軸承組ⅱ，所述渦輪葉片組將水流直線動(dòng)量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，為鉆頭旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。
8、所述下接頭設(shè)有滑軌ⅱ、自鎖槽ⅱ、定位臺(tái)階，所述滑軌ⅱ用于鉆進(jìn)噴頭滑芯軸向運(yùn)動(dòng)，所述自鎖槽ⅱ通過限制鎖止滑套ⅱ運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖，所述定位臺(tái)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于：包括上接頭(1)、造腔噴頭滑芯(2)、上外筒(3)、鎖止滑套Ⅰ(4)、彈簧Ⅰ(5)、下外筒(6)、軸承擋塊Ⅰ(7)、過流軸承組Ⅰ(8)、水力渦輪軸(9)、過流軸承組Ⅱ(10)、軸承擋塊Ⅱ(11)、密封軸承(12)、擋塊Ⅲ(13)、下接頭(14)、復(fù)合鉆頭(15)、流道堵頭(16)、彈簧Ⅱ(17)、鎖止滑套Ⅱ(18)、鉆進(jìn)噴頭滑芯(19)、擋塊Ⅳ(20)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述上接頭(1)設(shè)有限位臺(tái)階(101)、高壓射流噴頭(102)、滑軌Ⅰ(103)和自鎖槽Ⅰ(104)，所述限位臺(tái)階(101)用于造腔噴頭滑芯(2)的軸向定位，所述高壓射流噴頭(102)周向均布噴射孔，所述滑軌Ⅰ(103)用于安裝滑塊(202)，所述自鎖槽Ⅰ(104)通過限制條形斜塊(401)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖止滑套Ⅰ(4)的自鎖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述造腔噴頭滑芯(2)設(shè)有滑塊(202)和自鎖凸塊(203)，所述滑塊(202)在滑軌
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述下外筒(6)設(shè)有軸肩(601)、限位臺(tái)階Ⅰ(602)和限位臺(tái)階Ⅱ(603)，所述軸肩(601)用于實(shí)現(xiàn)過流軸承組(13)軸向定位，所述限位臺(tái)階Ⅰ(602)用于安裝擋塊Ⅲ(12)，所述限位臺(tái)階Ⅱ(603)用于安裝擋塊Ⅱ(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述復(fù)合鉆頭(15)設(shè)有破碎翼(1501)、射流噴頭(1502)和射流孔(1503)，所述射流噴頭(1502)射流破碎形成領(lǐng)眼，所述破碎翼(1501)與射流孔(1503)在領(lǐng)眼基礎(chǔ)上漸進(jìn)式擴(kuò)大井眼尺寸，并通過破碎翼(1501)旋轉(zhuǎn)規(guī)則井眼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述水力渦輪軸(9)設(shè)有階梯Ⅰ(904)、階梯Ⅱ(905)和渦輪葉片組(902)，所述階梯Ⅰ(904)、階梯Ⅱ(905)分別用于安裝過流軸承組Ⅰ(8)和過流軸承組Ⅱ(10)，所述渦輪葉片組(902)將水流直線動(dòng)量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，為鉆頭旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述下接頭(14)設(shè)有滑軌Ⅱ(1403)、自鎖槽Ⅱ(1404)、定位臺(tái)階(1405)，所述滑軌Ⅱ(1403)用于鉆進(jìn)噴頭滑芯(19)軸向運(yùn)動(dòng)，所述自鎖槽Ⅱ(1404)通過限制鎖止滑套Ⅱ(18)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖，所述定位臺(tái)階(1405)用于對(duì)復(fù)合鉆頭(15)安裝定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述鎖止滑套Ⅱ(18)與鎖止滑套Ⅰ(4)特征結(jié)構(gòu)相似，所述鉆進(jìn)噴頭滑芯(19)與造腔噴頭滑芯(2)特征結(jié)構(gòu)相似，所述過流軸承組Ⅱ(10)與過流軸承組Ⅰ(8)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意一項(xiàng)所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于：使用方法包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于：包括上接頭(1)、造腔噴頭滑芯(2)、上外筒(3)、鎖止滑套ⅰ(4)、彈簧ⅰ(5)、下外筒(6)、軸承擋塊ⅰ(7)、過流軸承組ⅰ(8)、水力渦輪軸(9)、過流軸承組ⅱ(10)、軸承擋塊ⅱ(11)、密封軸承(12)、擋塊ⅲ(13)、下接頭(14)、復(fù)合鉆頭(15)、流道堵頭(16)、彈簧ⅱ(17)、鎖止滑套ⅱ(18)、鉆進(jìn)噴頭滑芯(19)、擋塊ⅳ(20)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述上接頭(1)設(shè)有限位臺(tái)階(101)、高壓射流噴頭(102)、滑軌ⅰ(103)和自鎖槽ⅰ(104)，所述限位臺(tái)階(101)用于造腔噴頭滑芯(2)的軸向定位，所述高壓射流噴頭(102)周向均布噴射孔，所述滑軌ⅰ(103)用于安裝滑塊(202)，所述自鎖槽ⅰ(104)通過限制條形斜塊(401)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖止滑套ⅰ(4)的自鎖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述造腔噴頭滑芯(2)設(shè)有滑塊(202)和自鎖凸塊(203)，所述滑塊(202)在滑軌ⅰ(103)中運(yùn)動(dòng)，所述自鎖凸塊(203)與條形斜塊(401)接觸推動(dòng)鎖止滑套ⅰ(4)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖的啟閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底淺層長水平段復(fù)合破碎造腔工具，其特征在于，所述下外筒(6)設(shè)有軸肩(601)、限位臺(tái)階ⅰ(602)和限位臺(tái)階ⅱ(603)，所述軸肩(601)用于實(shí)現(xiàn)過流軸承組(13)軸向定位，所述限位臺(tái)階ⅰ(602)用于安裝擋塊ⅲ(12)，所述限位臺(tái)階ⅱ(603)用于安裝擋...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐洋，嚴(yán)海波，李中，谷慶，張茂奇，張烈輝，王國榮，何玉發(fā)，李清平，方興，周云健，龐維新，薛永志，葛陽，
申請(專利權(quán))人：西南石油大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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