CN209838382U - 深海天然气水合物无隔水管勘探系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种深海天然气水合物无隔水管勘探系统，包括：钻井平台(11)；无隔水管天然气水合物防喷器(5)，安装连接到天然气水合物井；水下泵模块(3)，安装连接到天然气水合物钻井基盘(17)；天然气水合物分离器(4)，连接到所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)及水下泵模块(3)；其中，所述钻杆(15)直接穿过开放水体进行钻井。通过使用该系统，保证了天然气水合物处于一个恒定低压力，且生产的稳定和低压力与产量无关，浅层埋藏水合物可以安全、可靠、经济地连续生产。

Description

深海天然气水合物无隔水管勘探系统

技术领域

本实用新型涉及深海天然气水合物钻探勘探领域，尤其涉及一种深海天然气水合物沉积物的勘探钻井、测试和生产。

背景技术

天然气水合物沉积在海床浅层地表下面，沉积物所在的地层压力梯度与海水压力梯度相近或者相同。由于天然气水合物沉积物的顶部与海床的距离较短，传统的钻井和生产技术不符合现有的安全性和完整性的措施。

另一方面，天然气水合物的减压过程通常通过插入一个电潜泵进入天然气水合物井孔内来减低天然气水合物沉积物的压力。这个电潜泵需要一个最小的流量来维持减压过程，当由于一些列原因导致天然气水合物生产缓慢时，减压将不能再维持下去而造成生产停止。

当前，还没有经过商业验证从海底水合物开采天然气的方法，为了勘探和开采天然气水合物沉积物中的天然气，必须引进新的方法，从而提供一个安全可靠的系统。因此，本发明通过了一种获取和开采海底水合物的独特方法和创新的系统。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种深海天然气水合物无隔水管勘探系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种深海天然气水合物无隔水管勘探系统，包括：

钻井平台11；

无隔水管天然气水合物防喷器5，安装连接到天然气水合物井；

水下泵模块3，安装连接到天然气水合物钻井基盘17；

天然气水合物分离器4，连接到所述无隔水管天然气水合物防喷器5 及水下泵模块3；

其中，该深海天然气水合物无隔水管勘探系统的钻杆15直接穿过开放水体进行钻井。

在一些实施例中，所述水下泵模块3包括无隔水管钻井泵34、减压泵 35，以及连接所述深海天然气水合物无隔水管勘探系统的海底设备和钻井平台11的钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2。

在一些实施例中，所述无隔水管钻井泵34与减压泵35为两个分离的泵系统，其中：

所述无隔水管钻井泵34用于在天然气水合物井在无隔水钻井阶段将钻井液和钻屑泵回钻井平台；

所述减压泵35用于在天然气水合物井开始生产后天然气水合物的地层减压。

在一些实施例中，所述减压泵35用于通过控制气体生产管线2内部的液位来控制天然气水合物沉积物的减压。

在一些实施例中，所述钻井液生产液回流管线1用于钻井液和生产液回流至钻井平台；和/或作为压井管线使用，将压井液从钻井平台11泵入无隔水管天然气水合物防喷器5，进入井孔19，进行井控。

在一些实施例中，所述气体生产管线2用于将周围海水隔离，所述气体生产管线2内液体直接接触天然气水合物沉积物。

在一些实施例中，所述气体生产管线2被配置为当气体生产管线2内的液位比管线外周围的海水低于预定阈值时，天然气水合物沉积物被减压，使得天然气水合物从冻结状态分解成为天然气和水。

在一些实施例中，所述钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2被悬挂在钻井船上偏离井口的钻井液生产液回流中心16，所述钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2由两条分离管线或一条双层同心管线构成。

在一些实施例中，所述钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2被配置为能够参与一根管线对另一根管线线进行冲洗。

在一些实施例中，所述钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2下端连接到水下泵模块的紧急断开系统9，所述紧急断开系统9用于断开包括钻井平台11和海底安装的深海天然气水合物无隔水管勘探系统设施的所有线缆和管线连接，且所述紧急断开系统9在紧急断开后能够重新连接到水下泵模块3。

在一些实施例中，系统还包括井控隔离阀44，设置于所述水下泵模块 3与所述无隔水管天然气水合物防喷器5之间的压井管线31上，所述井控隔离阀44被配置为井控时打开，使得压井液从钻井平台11上泵入钻井液生产液回流管线1，通过水下泵模块3旁通的压井管线31和封闭的无隔水管天然气水合物防喷器5进入井内。

在一些实施例中，所述无隔水管天然气水合物防喷器5设置于井口上方的钻井中心14，用于深水中的浅层天然气水合物井的钻井和生产。

在一些实施例中，所述钻井中心14与所述钻井液生产液回流中心16 之间的水平距离大于预定阈值。

在一些实施例中，所述无隔水管天然气水合物防喷器5用于在钻井过程中控制井孔中的钻井液的液位，以及在生产阶段用于隔离天然气水合物沉积物和周围海水的压力。

在一些实施例中，所述无隔水管天然气水合物防喷器5安装有防喷器天然气水合物通海阀26，该防喷器天然气水合物通海阀26用于允许防喷器外部海水进入天然气水合物井内。

在一些实施例中，所述天然气水合物分离器4具有内腔体22，且所述天然气水合物分离器4上部与气体生产管线2相连，所述内腔体22被配置为当天然气水合物井中的减压流体进入天然气水合物分离器4的内腔体 22时，流体从内腔体22的管底向上流动，当流体从所述内腔体22上方的出口51流出时方向向下反转，天然气水合物流体被分离为气相和液相。

在一些实施例中，所述天然气水合物分离器4、减压泵35、钻井液生产液回流管线1、钻井平台11依次连接，用于使所述天然气水合物分离器 4分离出的液相流体，通过减压泵35和钻井液生产液回流管线1被泵回到钻井平台11。

在一些实施例中，所述水下泵模块3被配置为用于隔离水下泵模块3 和无隔水管天然气水合物防喷器5之间的所有管线。

在一些实施例中，所述无隔水管天然气水合物防喷器5的顶部安装有一个钻井液体积控制器6，该钻井液体积控制器6包括液位传感器，用于在钻井阶段时，通过控制无隔水管钻井泵34的转速实现海水和钻井液接触面液位24控制。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型深海天然气水合物无隔水管勘探系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)通过使用该系统，浅层埋藏水合物可以安全、可靠、经济地连续生产，保证了天然气水合物处于一个恒定低压力，消除了天然气水合物沉积物中的自由水再次冻结的风险，确保在水合物开采从最初的消耗开始，到首次生产，再到结束生产的整个生命周期阶段无故障生产；

(2)该系统运行与实际生产速率无关，天然气水合物沉淀物产区生产的稳定和低压力与产量无关，确保用于初始生产阶段建立的首次消耗可以维持足够长的时间，必要的沉积物渗透消耗可以持续进行。

(3)通过降低天然气生产管线内液面，天然气水合物沉积物的钻井和生产技术，相比传统的水下井技术可以简化井和套管程序，超深水海底天然气水合物钻井可以在小型浮式钻井平台进行，传统的钻井隔水管系统将不再需要技术和经济效果非常显著。

附图说明

图1为本实用新型实施例无隔水管天然气水合物无隔水管勘探系统的简化布置图。

图2为本实用新型实施例在天然气水合物钻井基盘上的简化布置图。

图3为本实用新型实施例水下泵模块的布置图。

图4为本实用新型实施例无隔水管水下防喷器简单的布置图。

图5为本实用新型实施例天然气水合物钻井阶段水下泵模块典型的阀门设置。

图6为本实用新型实施例天然气水合物生产阶段水下泵模块典型阀门设置。

图7为本实用新型实施例井控时水下泵模块典型阀门设置。

图8为本实用新型实施例钻井阶段钻井液的回路示意图。

图9为本实用新型实施例在天然气水合物生产阶段生产液和气体的回路示意图。

【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】

1、钻井液生产液回流管线

2、气体生产管线

3、水下泵模块

4、天然气水合物分离器

5、无隔水管天然气水合物防喷器

6、钻井液体积控制器

7、控制和电源脐带缆

8、张力绳

9、紧急断开系统

10、控制和供电模块

11、钻井平台

12、海面

13、海床

14、钻井中心

15、钻杆

16、钻井液生产液回流中心

17、天然气水合物基盘

18、井口头

19、井孔

20、天然气水合物沉积物

21、钻井液回流管线

22、分离器内腔室

23、海水静水压力

24、接触面液位

25、天然气水合物的液位

26、防喷器天然气水合物通海阀

27、下压井阀入口

28、上压井阀入口

29、剪切闸板

30、管式夹紧密封闸板

31、压井管线

32、防喷器控制管线

33、防喷器井口连接器

34、无隔水管钻井泵

35、减压泵

36、天然气水合物入口接头

37、气体生产管线连接软管

38、钻井液生产液回流管线连接软管

39、天然气水合物生产阀

40、减压控制阀

41、压井旁通阀

42、表层井段钻井阀

43a,43b,43c、泵模块入口接头

44、井控隔离阀

45、分离器旁通阀

46、钻井液

47、反冲循环阀

48、下部气体生产管线

49、井液管线

50、未冻结的自由气体

51、出口

具体实施方式

本实用新型提供了一种从浮式钻井平台或钻井船操作的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，能够使得天然气水合物沉积物内部深处的压力可以长久地降低。该系统包括无隔水管天然气水合物防喷器、深海天然气水合物分离器和泵组单元。该系统不使用海洋隔水管，钻杆直接穿过开放水体进行钻井。该系统通过降低气体生产管线的液位降低天然气水合物压力，使气体生产管线内压力小于周围海水压力，当天然气水合物的静水压力降至足够低时，天然气水合物就能够从冻结状态转变为气体和水，并开始流向生产系统。

由于传统电潜泵减压需要水合物需要一个最小流量，即水合物沉积物内需要有足够的液体，当液体不够就无法持续减压。因此在天然气生产过程中，如果由于电潜泵性能问题或意外停机导致减压停止等原因，导致沉积物压力再次增加，减压分解的天然气水合物可能会重新冻结成水合物，从而使得生产停止。而本实用新型的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，可用长期地维持将天然气水合物压力处于一个恒定低压消耗，并且不依赖于传统插入天然气水合物井内的电潜泵减压，不会因为电潜泵性能或意外停机导致减压停止，消除了天然气水合物沉积物中的自由水再次冻结的风险。

具体地，本实用新型的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，在最初阶段，天然气和水一起生产，随着分解液的产生，将支撑压力波消耗，并且压力波将传播到更深处直至整个天然气水合物沉积物存储层。因而该系统中天然气水合物沉积物的压力可以恒定维持在足够低，使天然气水合物分解为气体和水。

另一方面，本实用新型的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，由于不需要通过最小的流量来维持减压的电潜泵，因此天然气水合物沉淀物产区生产的稳定和低压力不依赖于循环或气体和水的产量。通过这种方式，即使天然气或水的产率较低，本系统也可以维持该较低的产率。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本实用新型的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本实用新型满足适用的法律要求。

在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种深海天然气水合物无隔水管勘探系统。图1为本实用新型实施例天然气水合物无隔水管勘探系统的简化布置图。如图1所示，深海天然气水合物无隔水管勘探系统在位于海面12的一个浮式钻井平台11进行部署和操作。该深海天然气水合物无隔水管勘探系统包括：安装连接到天然气水合物井的无隔水管天然气水合物防喷器5，天然气水合物分离器4和连接到天然气水合物钻井基盘 17的水下泵模块3。

以下结合附图对本实用新型的深海天然气水合物无隔水管勘探系统的各个部分进行详细说明：

所述天然气水合物无隔水管勘探系统分为两个区域部署。其中，第一区域包括钻井中心14，用于部署天然气水合物钻井基盘17和无隔水管天然气水合物防喷器5，以及用于起下钻杆15；第二区域包括设置偏离钻井中心14的位置的生产及液体回流中心16，用于部署和操作生产和钻井液回流系统，包括钻井液生产液回流管线1及气体生产管线2。两个中心的距离设置足够远，当系统在深海和强海流的情况下使用时，避免钻杆15 和生产及液体回流中心16管线间干扰。

图2为本实用新型实施例在天然气水合物钻井基盘上的简化布置图。如图2所示，天然气水合物钻井基盘17上方设置有水下泵模块3、天然气水合物分离器4及无隔水管天然气水合物防喷器5，一个钻井液体积控制器6连接到无隔水管天然气水合物防喷器5的顶部。其中天然气水合物生产液在天然气水合物分离器4中进行处理，气体部分和液体部分分别通过气体生产管线2和钻井液生产液回流管线1输送到钻井平台。

图3为本实用新型实施例水下泵模块的布置图。如图3所示，水下泵模块3包括用于钻井液回流的无隔水管钻井泵34、用于天然气水合物沉积物减压泵35，以及连接海底设备和钻井平台的气体生产管线2和钻井液生产液回流管线1。所述减压泵35用于将天然气水合物沉积物内的压力降低到可以让天然气水合物分解为气体的较低水平；所述无隔水管钻井泵34 用于将钻井泥浆泵回钻井平台上。此外，压井旁路系统用于当无隔水管天然气水合物防喷器关闭时，用于将压井液泵入井内。

水下泵模块3安装在天然气水合物基盘17上，其是一个可回收模块。请参阅图2及图3，如果需要回收天然气水下泵模块3到钻井平台进行维修17，可以将泵模块入口接头(43a,43b,43c)，和天然气水合物入口接头 36从天然气水合物基盘17断开连接。

水下泵模块3由上下两部分组成，水下泵模块3的上部分设置有一个控制和供电模块10，该模块由处于张紧状态的张力绳8控制，可以在紧急情况下快速断开连接。钻井平台和天然气水合物钻井基盘间的所有的连接都位于这个由该控制供电模块10控制。所述控制和供电模块10通过紧急断开系统9连接头，直接连接到水下泵模块的下部分。所述紧急断开系统 9包括控制系统和深海天然气水合物无隔水管勘探系统与钻井船连接的所有线缆和管线

水下泵模块3的下部分包括无隔水管钻井泵34，减压泵35，压井旁通阀41，减压控制阀40，表层井段钻井阀42和反冲循环阀47，仪表和管汇等。其中，所述无隔水管钻井泵34与减压泵35为两个分离的泵系统，其中，所述无隔水管钻井泵34用于在天然气水合物井在无隔水钻井阶段将钻井液和钻屑泵回钻井平台；所述减压泵35用于在天然气水合物井开始生产后天然气水合物的地层减压。所述减压泵35通过控制气体生产管线2内部的液位来控制天然气水合物沉积物的减压。

反冲循环阀47的作用是用于反向清洗钻井液生产液回流管线1和气体生产管线，清洗液根据需要从钻井平台11上往一根管线泵入，从另外一根管线返回。在压井液应该被泵入井孔19内的情况下，其中无隔水管钻井泵34、减压泵35、反冲循环阀47和分离器旁通阀45都关闭。压井液通过压井旁通阀41，由泵模块入口的第二接口43b流出水下泵模块43，通过井控隔离阀44，由压井管线31进入无隔水管天然气水合物防喷器5。

为了保证所有连接在钻井平台和天然气水合物钻井基盘17电缆和管线的安全，以及可以快速断开与水下泵模块3连接，采用控制和电源脐带缆7固定在应急快速断开张力绳8上，且该张力绳8始终处于张紧状态。当系统紧急断开后，为了恢复天然气水合物勘探，控制和供电模块10可以重新连接上水下泵模块3。

钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2被悬挂在钻井平台11操作区域的万向基盘16上。钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2可用同心管或由两条独立的管线夹紧一起使用。

进一步地，该钻井液生产流体回流管线1通过钻井液生产液回流管线连接软管38与水下泵模块3的紧急断开系统9相连，所述钻井液生产流体回流管线1具有双重功能：一种功能是用于钻井液和生产液被提升回浮式钻井平台；另一种功能是作为压井管线使用，将压井液从钻井平台11 泵入井孔19内，还可进行井控，如在钻井阶段意外遇到游离气体，该管线可用于将压井液泵入无隔水管天然气水合物防喷器。

气体生产管线2设置在偏离井口位置，通过气体生产管线连接软管37 与水下泵模块3的紧急断开系统9相连，该管线将周围海水隔离，管内液体直接接触天然气水合物沉积物。当气体生产管线内的液位比管线外周围的海水足够低时，天然气水合物沉积物将被减压，使得天然气水合物可以从冻结状态分解成为天然气和水。该气体生产管线2其内部的液位可以降低到足够低的液位水平25，用于天然气水合物沉积物20减压和从海底输送产生的气体到水面钻平台11。气体生产管线内部的液位降低，所以管线内部压力小于管线周围的海水压力。当该液位降低让天然气水合物内的静水压力足够低，天然气水合物从冻结状态转变为气体和水，并开始流向生产系统。

优选地，所述气体生产管线2和钻井液生产液回流管线1以及控制脐带缆7连接到紧急断开系统9，该紧急断开系统9安装连接在水下泵模块 3的顶部。

进一步优选地，所述钻井液生产液回流管线1和气体生产管线2被配置为能够参与一根管线对另一根管线线进行冲洗，以防水下泵模块3的反循环装置发生故障而造成堵塞。

图4为本实用新型实施例无隔水管水下防喷器简单的布置图。请参阅图4，无隔水管天然气水合物防喷器5部署在钻井中心14下方，用于深水中的浅层天然气水合物井的钻井和生产。所述钻井液体积控制器6的主要功能是在初始钻井过程中用于控制井孔中的钻井液的液位，所述无隔水管天然气水合物防喷器5在天然气水合物勘探井钻井时，可以安全关闭井孔19。在钻井阶段安全封闭井口的过程包括：首先，通过关闭管式夹紧密封闸板30紧扣密封住钻杆15；然后，通过关闭剪切闸板29剪断钻杆15同时完全的封闭井孔19；剪切断的钻杆15被夹紧锁在无隔水管天然气水合物防喷器5内部，剪切断的钻杆可以被回收继续用于钻井作业。其中，位于无隔水管天然气水合物防喷器5的顶部设置有一个用于安装钻井液体积控制器6的连接头。

所述无隔水管天然气水合物防喷器5的第二个主要功能是将隔离天然气水合物沉积物20和海水静水压力23隔离，与此同时将天然气水合物沉积物20与气体生产管线2和减压泵35连接起来。

所述无隔水管天然气水合物防喷器5的第三个主要功能是，当气体生产管线2内部分液体处于空的或者天然气填满时，允许海水进入天然气水合物井孔19重建天然气水合物沉积物20的静水头和停止任何天然气水合物分解。

所述无隔水管天然气水合物防喷器5的第四个主要功能是用于控制意外遇到的天然气水合物下方未冻结的自由气体50。

在一些优选实施例中，所述无隔水管天然气水合物防喷器5的阀门和闸板的功能可以采用电动或液压操作。

请再参阅图4，所述无隔水管水下防喷器5通常安装有生产液出口和上压井阀入口28和一个下压井阀入口27，它将在天然气水合物防喷器5 封闭井口时使用。当井内孔19的天然气水合物沉积物2050液体或气体意外出现超压时，无隔水管天然气水合物防喷器5关闭井口，此时钻井平台没有钻杆15进入井内，为了重新获得井内压力控制，压井液可以从下压井阀入口被泵入井孔19。相同的生产液出口和上压井阀入口28主要用途是用于天然气水合物生产液从井孔19流出进入天然气水合物分离器4。

如图4所示，在无隔水管水下防喷器5上设置有一个防喷器天然气水合物通海阀26，该阀门允许海水23快速涌入减压的天然气水合物20，重新恢复天然气水合物沉积物20的原始静水压力条件，迅速停止天然气水合物生产。

作为钻井平台11无隔水管天然气水合物防喷器5搬运系统的补充，无隔水管水下防喷器5的所有部件都安装在框架模块内，以及进一步配置有防喷器井口连接器33。

位于无隔水管天然气水合物防喷器5的顶部，安装有一个钻井液体积控制器6。该钻井液体积控制器6通过控制安装在泵模块内的无隔水管钻井泵34的转速实现海水和钻井液接触面液位24的精确控制。具体的，钻井液体积控制器6通过钻井液体积控制器内的液位传感器读数调节该钻井泵转速，本实施例中所述液位传感器为压力传感器，安装在钻井液体积控制器内，用于测量钻井液体积控制器6内部的钻井液液位，根据该组传感器读数控制无隔水管钻井泵34转速，保证钻井液既不会充满体积控制器溢流海上，也不会抽空体积控制器6内部的钻井液而导致海水吸入系统内部。

天然气水合物防喷器5和水下泵模块3的无隔水管钻井泵34之间设置有一条低压的底部钻井液回流管线21，通过ROV操作将该吸入管线接头连接到天然气无隔水管水下防喷器5，该管线另一端安装连接在水下泵模块3入口的第三接头43c。在钻井平台11离开井场，紧急断开控制和供电模块10的情况下，钻井液回流管线21能够保证水下泵模块3和天然气水合物防喷器将依然保持连接。

请参阅图2与图3，天然气水合物分离器4和水下泵模块3之间设置有一根下部气体生产管线48，该管线一端连接到天然气水合物分离器4 的天然气水合物入口接头36，一条井液管线49连接到泵模块入口第一接头43a。在钻井平台11离开井场，紧急断开控制和供电模块10的情况下，水下泵模块3和无隔水管天然气水合物防喷器5依然保持连接。

此外，请再参阅图2及图4，在无隔水管天然气水合物防喷器5和天然气水合物分离器4之间设有天然气水合物分离器4入口的井控隔离阀44 和压井管线31，通过ROV操作将压井管线的插入接头连接到无隔水管天然气水合物防喷器5。

由无隔水管天然气水合物防喷器5引出的压井管线31分为两路，所述压井管线31的一路连接于无隔水管天然气水合物防喷器5和水下泵模块3入口第二接头43b之间，所述压井管线31的另一路通过分离器旁通阀45连接于无隔水管天然气水合物防喷器5和天然气水合物分离器4入口之间。在钻井平台11离开井场，紧急断开控制和供电模块10的情况下，压井管线31将保持水下泵模块3和无隔水管天然气水合物防喷器5间连接。

为了将天然气水合物沉积物20传输到钻井平台11，在天然气水合物钻井基盘17还安装有一个天然气水合物分离器4。该分离器将天然气水合物混合液分离为气相和液相两部分。在天然气水合物分离器4内部安装有一个分离器内腔室22。天然气水合物溶液通过防喷器5和压井管线31，从天然气水合物分离器底部进入分离器内腔室22。在分离器内腔室22的顶部，设置了一组内腔室出口51，天然气水合物沉积物20从出口51流出分离器内腔室22并反向向下移动，天然气水合物的气体部分从流体中释放出来，液体部分通过井液管线49离开分离器4，气体部分在天然气水合物分离器4中向上移动，通过下部气体生产管线48与天然气水合物入口接头36穿过气体生产管线2内部的流体，直至通过管内减压的天然气水合物的液位25。天然气体在气体生产管线1内的流体中膨胀，由减压泵 35控制气体生产管线2内的生产液液位调节气体的膨胀效果。

图5为本实用新型实施例天然气水合物钻井阶段水下泵模块典型的阀门设置。如图5所示，其中表层井段钻井阀打开用于将钻井液泵到钻井液生产液回流管。减压系统和压井管线系统都关闭。这种设置通常用于表层井段钻井，井口返回钻井泥浆不经过天然气水合物分离器进入水下泵模块的钻井泵。

图6为本实用新型实施例天然气水合物生产阶段水下泵模块典型阀门设置。如图6所示，其中减压控制阀40打开，表层井段钻井阀42、压井旁通阀41、反冲循环阀47都关闭。

图7为本实用新型实施例井控时水下泵模块典型阀门设置。如图7所示，其中压井旁通阀41打开，减压控制阀40关闭，表层井段钻井阀42 关闭。系统安装有井控隔离阀44，压井泥浆从钻井液生产液回流管线1 泵入，经过水下泵模块3压井管线和钻井基盘17压井管线入井内。具体地，所述井控隔离阀44设置于压井管线31上，进行井控时所述井控隔离阀44打开，压井液从钻井平台11上泵入钻井液生产液回流管线1，通过水下泵模块3的旁通压井管线31和封闭防喷器5进入井内。图中还显示反冲循环阀47关闭。反冲循环阀47的作用是当其中一条管线被堵塞时，通过从钻井平台上从气生产管线2或从钻井液生产液管线1泵入海水反冲疏通堵塞。

图8为本实用新型实施例钻井阶段钻井液的回路示意图。如图8所示，钻井液通过钻杆15泵入井内，钻井液控制体积器6控制井内返出的钻井液，钻井液旁通绕过天然气水合物分离器4，通过无隔水管钻井泵34和钻井液生产液回流管线1泵回到平台上。

图9为本实用新型实施例在天然气水合物生产阶段生产液和气体的回路示意图。如图9所示，其中无隔水管钻井泵43管路关闭，无隔水管天然气水合物防喷器5被关闭从而隔离井内和海水的静水压力。天然气水合物分离器内部压力低时，地层压力将气体，水合物和水的混合物一起压进天然气水合物分离器4。天然气水合物分离器4将天然气水合物分离为气体和生产液。气体通过气体生产管线2输送到平台，生产液通过减压泵35 输送到钻井平台。

本实用新型的深海天然气水合物无隔水管勘探系统保证了天然气水合物处于一个恒定低压力，而不依赖于循环或气体和水的产量。从而消除了天然气水合物沉积物中的自由水再次冻结的风险，并且随着开采时间的推移，消耗压力波可以深入到天然气水合物的存储层的深处。

在本实用新型的第二个示例性实施例中，提供了一种深海天然气水合物勘探方法，包括以下步骤：

S100，安装包括一个天然气水合物防喷器井口头，一个水下泵模块，一个天然气水合物分离器和遥控操作管的天然气水合物水下钻井基盘。

优选地，所述步骤S100还包括：

安装紧急快速断开系统，该紧急断开系统包括控制系统和深海天然气水合物无隔水管勘探系统与钻井船连接的所有线缆和管线。

S200，使用闭环钻井液回流系统完成天然气水合物井的钻井和完井作业，通过无隔水管天然气水合物防喷器内的压力传感器和体积控制系统实现井孔内的钻井液体积控制，并确保没有海水进入钻井液回流系统。

其中，该回流系统利用水下泵模块的无隔水管钻井泵和钻井液生产液回流管，将钻井液和钻屑返回到钻井平台。

S300，在气体生产管线内注入乙二醇混合液，并降低气体生产管线内部液体液位，充分减压后天然气水合物分解为气体和水。

具体地，所述步骤S300包括：

S301，当试验生产计划开始时，关闭无隔水管天然气水合物防喷器，将气体生产管线内的液体替换为乙二醇混合液。

S302，启动泵模块的减压泵降低气体生产管线内部液体液位，以便于降低天然气水合物沉积物的静水压力。

S303，当沉积物被充分减压，天然气水合物从冻结状态分解为气体和水。

S304，根据生产气体和水的混合物通过天然气水合物分离器，减压泵将沉积物和水通过钻井液生产液回流管泵回到钻井平台上，另一部分天然气通过气体生产管线输送到钻井平台。

S400，通过提高气体生产管线内部的液位从而控制随时停止生产。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/ 或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，包括：

钻井平台(11)；

无隔水管天然气水合物防喷器(5)，安装连接到天然气水合物井；

水下泵模块(3)，安装连接到天然气水合物钻井基盘(17)；

天然气水合物分离器(4)，连接到所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)及水下泵模块(3)；

其中，该深海天然气水合物无隔水管勘探系统的钻杆(15)直接穿过开放水体进行钻井。

2.根据权利要求1所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述水下泵模块(3)包括无隔水管钻井泵(34)、减压泵(35)，以及连接所述深海天然气水合物无隔水管勘探系统的海底设备和钻井平台(11)的钻井液生产液回流管线(1)和气体生产管线(2)。

3.根据权利要求2所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述无隔水管钻井泵(34)与减压泵(35)为两个分离的泵系统，其中：

所述无隔水管钻井泵(34)用于在天然气水合物井在无隔水钻井阶段将钻井液和钻屑泵回钻井平台；

所述减压泵(35)用于在天然气水合物井开始生产后天然气水合物的地层减压。

4.根据权利要求3所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述减压泵(35)用于通过控制气体生产管线(2)内部的液位来控制天然气水合物沉积物的减压。

5.根据权利要求2所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述钻井液生产液回流管线(1)用于钻井液和生产液回流至钻井平台；和/或

作为压井管线使用，将压井液从钻井平台(11)泵入无隔水管天然气水合物防喷器(5)，进入井孔(19)，进行井控。

6.根据权利要求2所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述气体生产管线(2)用于将周围海水隔离，所述气体生产管线(2)内液体直接接触天然气水合物沉积物。

7.根据权利要求6所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述气体生产管线(2)被配置为当气体生产管线(2)内的液位比管线外周围的海水低于预定阈值时，天然气水合物沉积物被减压，使得天然气水合物从冻结状态分解成为天然气和水。

8.根据权利要求2所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述钻井液生产液回流管线(1)和气体生产管线(2)被悬挂钻井船上偏离井口的钻井液生产液回流中心(16)，所述钻井液生产液回流管线(1)和气体生产管线(2)由两条分离管线或一条双层同心管线构成。

9.根据权利要求2所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述钻井液生产液回流管线(1)和气体生产管线(2)被配置为能够参与一根管线对另一根管线线进行冲洗。

10.根据权利要求2所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述钻井液生产液回流管线(1)和气体生产管线(2)下端连接到水下泵模块(3)的紧急断开系统(9)，所述紧急断开系统(9)用于断开包括钻井平台(11)和海底安装的深海天然气水合物无隔水管勘探系统设施的所有线缆和管线连接，且所述紧急断开系统(9)在紧急断开后能够重新连接到水下泵模块(3)。

11.根据权利要求1所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，系统还包括井控隔离阀(44)，设置于所述水下泵模块(3)与所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)之间的压井管线(31)上，所述井控隔离阀(44)被配置为井控时打开，使得压井液从钻井平台(11)上泵入钻井液生产液回流管线(1)，通过水下泵模块(3)旁通的压井管线(31)和封闭的无隔水管天然气水合物防喷器(5)进入井内。

12.根据权利要求1所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)设置于井口上方的钻井中心(14)，用于深水中的浅层天然气水合物井的钻井和生产。

13.根据权利要求12所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，所述钻井中心(14)与钻井液生产液回流中心(16)之间的水平距离大于预定阈值。

14.根据权利要求12所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)用于在钻井过程中控制井孔中的钻井液的液位，以及在生产阶段用于隔离天然气水合物沉积物和周围海水的压力。

15.根据权利要求12所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)安装有防喷器天然气水合物通海阀(26)，该防喷器天然气水合物通海阀(26)用于允许防喷器外部海水进入天然气水合物井内。

16.根据权利要求1所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述天然气水合物分离器(4)具有内腔体(22)，且所述天然气水合物分离器(4)上部与气体生产管线(2)相连，所述内腔体(22)被配置为当天然气水合物井中的减压流体进入天然气水合物分离器(4)的内腔体(22)时，流体从内腔体(22)的管底向上流动，当流体从所述内腔体(22)上方的出口(51)流出时方向向下反转，天然气水合物流体被分离为气相和液相。

17.根据权利要求16所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述天然气水合物分离器(4)、减压泵(35)、钻井液生产液回流管线(1)、钻井平台(11)依次连接，用于使所述天然气水合物分离器(4)分离出的液相流体，通过减压泵(35)和钻井液生产液回流管线(1)被泵回到钻井平台(11)。

18.根据权利要求1所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述水下泵模块(3)被配置为用于隔离水下泵模块(3)和无隔水管天然气水合物防喷器(5)之间的所有管线。

19.根据权利要求1所述的深海天然气水合物无隔水管勘探系统，其特征在于，

所述无隔水管天然气水合物防喷器(5)的顶部安装有一个钻井液体积控制器(6)，该钻井液体积控制器(6)包括液位传感器，用于在钻井阶段时，通过控制无隔水管钻井泵(34)的转速实现海水和钻井液接触面液位(24)控制。