CN109184658B - 一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，主要解决了水合物开采中分离设备处理量小、管输耗能大的问题。该装置包括下部接头，设置在下部接头上端的分离短节A，设置在分离短节A上端的中部接头，设置在中部接头上端的分离短节B，设置在分离短节B上端的上部接头，所述接头和分离短节中均设置有钻井液流道、进液流道和出液流道，且各个钻井液流道相互连通形成钻井液和喷射破碎通道，进液流道相互连通形成并联混合物浆体入口通道，出液流道连通形成提纯后的水合物回收通道，中部接头和下部接头上设置有排砂通道让分离得到的砂浆体排出回填。通过上述方案，本发明实现了处理量大、高效节能，有较大的实用及推广价值。

Description

一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置

技术领域

本发明专利涉及深海天然气水合物开采技术领域，涉及一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置。

背景技术

天然气水合物，是由甲烷等碳氢化合物气体分子与水分子在一定的温度压力条件下形成的类冰固态结晶物质，俗称可燃冰。天然气水合物特别是海底浅层水合物储量巨大，并且是清洁、优质的能源，在未来的能源战略中占有重要的地位。

目前传统的开采方法主要有降压法、热激法、化学试剂法等，这些方法成本高，且极易造成环境污染，不适用于海底水合物的商业化开采。“固态流化”开采方法是一种针对海底非成岩天然气水合物的全新开采思路，其现有核心思想是在不改变海底温度和压力的情况下，对天然气水合物矿体进行机械破碎，通过密闭管道将破碎后的天然气水合物固体颗粒及砂进行分离等处理。

混合浆体抽走后容易引发海底垮塌等地质灾害，最后导致海底环境受污染。现有技术中的分离装置多为油水分离、气液分离，是在地面或海面平台上对混合浆体进行分离处理，如此会增大混合浆体在管输过程中的能耗，同时直接输送含砂量极高的混合浆体对举升系统造成巨大的冲蚀，严重影响使用寿命增大开采成本，因此需要研制相应的井下分离器，而在应用“固态流化”方法开采海底浅层水合物时，开采井筒空间有限，井筒径向空间小，单个分离器处理量小，往往达不到开采处理量的要求。

针对以上问题，本发明专利提出一种偏置并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置。

发明内容

本发明专利针对现有开采海底浅层天然气水合物方法中分离技术的不足，为了提高分离器处理量、达到水合物绿色开采特提供一种偏置并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置。

一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于：包括下部接头A1，设置在下部接头A1内的下部接头钻井液流道A9，设置在下部接头A1内的下部接头进液流道A8，设置在下部接头A1内的排沙流道A7,设置在下部接头A1上部的分离短节A2，设置在分离短节A2内的分离短节钻井液流道A11，设置在分离短节A2内的进液流道A10，设置在分离短节A2内的分离器A30，设置在分离短节A2上部的中部接头B3，设置在中部接头B3内的中部接头钻井液流道B27，设置在中部接头B3内的中部接头进液流道B16，设置在中部接头B3内的出液流道B29，设置在中部接头B3内的并联管流道B13，设置在并联管流道B13下部的并联管流道堵头B12，设置在中部接头B3内的分离液并联流道B28，设置在分离液并联流道B28右侧的分离液并联流道堵头B14，设置在中部接头B3内的排沙流道B15，设置在中部接头B3上部的分离短节B4，设置在分离短节B4内的分离短节钻井液流道B17，设置在分离短节B4内的分离短节进液流道B26，设置在分离短节B4内的并联管B25，设置在分离短节B4内的分离器B18，分离器A30与分离器B18采用偏置对称并联布置，设置在分离短节B4上的上部接头C5，设置在上部接头C5内的钻井液流道C19，设置在上部接头C5内的出液流道C20，设置在上部接头C5内的并联管流道C24，设置在上部接头C5内的分离液汇流流道C21，设置在分离液汇流流道C21左侧的堵头C22，设置用于连接下部接头A1、分离短节A2、中部接头B3、分离短节B4、上部接头C5的套环6。

进一步技术方案中，所述的下部接头钻井液流道A9、分离短节钻井液流道A11、中部接头钻井液流道B27、分离短节钻井液流道B17、钻井液流道C19依次连通，下部接头进液流道A8、分离短节进液流道A10、中部接头进液流道B16、分离短节进液流道B26依次连通，出液流道B29、分离液并联流道B28、并联管B25、并联管流道C24、分离液汇流流道C21依次连通。

进一步技术方案中，所述分离短节A2和分离短节B4为双层管结构，在分离短节A2的内环空设置有分离器A30，分离短节B4的内环空设置有分离器B18，分离器A30和分离器B18呈偏置对称方式分布。

进一步技术方案中，所述分离短节A2、分离短节B4、上部接头C5、中部接头B3、下部接头A1设置有连接瓣A31，套环6设置有连接瓣B32，连接瓣A31和连接瓣B32贴合对齐并通过销钉23固定。

进一步技术方案中，所述连接瓣A31为圆环八等分分形成的扇形结构，沿圆周方向呈对称分布，套环连接瓣B32形状为圆环八等分形成的扇形结构，外侧与螺母套环连接，沿圆周方向呈对称分布，套环6轴向的连接瓣B32形成卡槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1本发明提出的偏置并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，将多个分离器并联且分离器呈偏置对称分布，实现在径向空间有限的条件下，达到处理量不受限制，且装置受力对称均匀，安全可靠，为后期商业开采奠定了坚实的基础。

2本发明提出的偏置并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，提供了一种全新的连接接头，使装置安装更为简便可靠，整体结构更为紧凑，非常适用于天然气水合物的固态流化开采。

附图说明

图1为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置的结构示意图。

图2为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置的A-A剖视图。

图3为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置的B-B剖视图。

图4为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置的C-C剖视图。

图5为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置的俯视图。

图6为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置的仰视图。

图7为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置中部短节的仰视图。

图8为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置螺母套环的正视图。

图9为本发明专利偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置螺母套环的D-D剖视图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-下部接头，2-分离短节，3-中部接头，4-分离短节，5-上部接头，6-套环，7-排沙流道，8-下部接头进液流道，9-下部接头钻井液流道，10-进液流道，11-分离短节钻井液流道，12-并联管流道堵头，13-并联管流道，14-分离液并联流道堵头，15-排沙流道，16-中部接头进液流道，17-分离短节钻井液流道，18-分离器，19-钻井液流道，20-出液流道，21-分离液汇流流道，22-堵头，23-销钉，24-并联管流道，25-并联管，26-分离短节进液流道，27-中部接头钻井液流道，28-分离液并联流道，29-出液流道，30-分离器，31-连接瓣A,32-连接瓣B。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明，本发明专利的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本发明专利的偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置如图1至图6所示，一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于：包括下部接头A1，设置在下部接头A1内的下部接头钻井液流道A9，设置在下部接头A1内的下部接头进液流道A8，设置在下部接头A1内的排沙流道A7,设置在下部接头A1上部的分离短节A2，设置在分离短节A2内的分离短节钻井液流道A11，设置在分离短节A2内的进液流道A10，设置在分离短节A2内的分离器A30，设置在分离短节A2上部的中部接头B3，设置在中部接头B3内的中部接头钻井液流道B27，设置在中部接头B3内的中部接头进液流道B16，设置在中部接头B3内的出液流道B29，设置在中部接头B3内的并联管流道B13，设置在并联管流道B13下部的并联管流道堵头B12，设置在中部接头B3内的分离液并联流道B28，设置在分离液并联流道B28右侧的分离液并联流道堵头B14，设置在中部接头B3内的排沙流道B15，设置在中部接头B3上部的分离短节B4，设置在分离短节B4内的分离短节钻井液流道B17，设置在分离短节B4内的分离短节进液流道B26，设置在分离短节B4内的并联管B25，设置在分离短节B4内的分离器B18，分离器A30与分离器B18采用偏置对称并联布置，设置在分离短节B4上的上部接头C5，设置在上部接头C5内的钻井液流道C19，设置在上部接头C5内的出液流道C20，设置在上部接头C5内的并联管流道C24，设置在上部接头C5内的分离液汇流流道C21，设置在分离液汇流流道C21左侧的堵头C22，设置用于连接下部接头A1、分离短节A2、中部接头B3、分离短节B4、上部接头C5的套环6。

如图2及图3所示，所述下部接头钻井液流道A9、分离短节钻井液流道A11、中部接头钻井液流道B27、分离短节钻井液流道B17、钻井液流道C19依次连通，下部接头进液流道A8、分离短节进液流道A10、中部接头进液流道B16、分离短节进液流道B26依次连通，出液流道B29、分离液并联流道B28、并联管B25、并联管流道C24、分离液汇流流道C21依次连通。

如图2至图3所示，所述分离短节A2和分离短节B4为双层管结构，在分离短节A2的内环空设置有分离器A30，分离短节B4的内环空设置有分离器B18，分离器A30和分离器B18呈偏置对称方式分布。

如图1至图3所示，所述分离短节A2、分离短节B4、上部接头C5、中部接头B3、下部接头A1设置有连接瓣A31，套环6设置有连接瓣B32，连接瓣A31和连接瓣B32贴合对齐并通过销钉23固定。

如图7至图9所示，所述连接瓣A31为圆环八等分形成的扇形结构，沿圆周方向呈对称分布，套环连接瓣B32形状为圆环八等分形成的扇形结构，外侧与螺母套环连接，沿圆周方向呈对称分布，套环6轴向的连接瓣B32形成卡槽。

本发明专利的工作原理：

钻井液通过各部分钻井液流道形成的通道向井下输送，开采所得的水合物混合浆体通过进液流道A8进入分离短节A2，部分混合浆体通过进液流道进入分离器A30，其余混合浆体则通过中部短节B3内的进液流道进入分离短节B4中，分离短节A2中的混合物浆体通过分离器A30的分离后，所得的分离液从分离器A30顶部的溢流口流入出液流道B29，通过中部短节B3内的并联流道B28及并联管B25向上举升，分离的沙则通过排沙流道A7排出回填，在分离短节B4中，混合浆体的分离与分离短节A2一致，所得的分离液于上部接头C5内的分离液汇流流道C21汇集，进入其他装置。

本发明专利所述的一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置根据实际需要增加分离短节数量，增加后的分离装置，其连接方式与上述连接方式完全一致。

上述实施例仅为本发明专利的优选实施例，并非对本发明专利保护范围的限制，但凡采用本发明专利的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于：包括下部接头A(1)，设置在下部接头A(1)内的下部接头钻井液流道A(9)，设置在下部接头A(1)内的下部接头进液流道A(8)，设置在下部接头A(1)内的排沙流道A(7),设置在下部接头A(1)上部的分离短节A(2)，设置在分离短节A(2)内的分离短节钻井液流道A(11)，设置在分离短节A(2)内的进液流道A(10)，设置在分离短节A(2)内的分离器A(30)，设置在分离短节A(2)上部的中部接头B(3)，设置在中部接头B(3)内的中部接头钻井液流道B(27)，设置在中部接头B(3)内的中部接头进液流道B(16)，设置在中部接头B(3)内的出液流道B(29)，设置在中部接头B(3)内的并联管流道B(13)，设置在并联管流道B(13)下部的并联管流道堵头B(12)，设置在中部接头B(3)内的分离液并联流道B(28)，设置在分离液并联流道B(28)右侧的分离液并联流道堵头B(14)，设置在中部接头B(3)内的排沙流道B(15)，设置在中部接头B(3)上部的分离短节B(4)，设置在分离短节B(4)内的分离短节钻井液流道B(17)，设置在分离短节B(4)内的分离短节进液流道B(26)，设置在分离短节B(4)内的并联管B(25)，设置在分离短节B(4)内的分离器B(18)，分离器A(30)与分离器B(18)采用偏置对称并联布置，设置在分离短节B(4)上的上部接头C(5)，设置在上部接头C(5)内的钻井液流道C(19)，设置在上部接头C(5)内的出液流道C(20)，设置在上部接头C(5)内的并联管流道C(24)，设置在上部接头C(5)内的分离液汇流流道C(21)，设置在分离液汇流流道C(21)左侧的堵头C(22)，设置用于连接下部接头A(1)、分离短节A(2)、中部接头B(3)、分离短节B(4)、上部接头C(5)的套环(6)。

2.根据权利要求1所述一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于:所述的下部接头钻井液流道A(9)、分离短节钻井液流道A(11)、中部接头钻井液流道B(27)、分离短节钻井液流道B(17)、钻井液流道C(19)依次连通，下部接头进液流道A(8)、分离短节进液流道A(10)、中部接头进液流道B(16)、分离短节进液流道B(26)依次连通，出液流道B(29)、分离液并联流道B(28)、并联管B(25)、并联管流道C(24)、分离液汇流流道C(21)依次连通。

3.根据权利要求1所述一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于:所述分离短节A(2)和分离短节B(4)为双层管结构，在分离短节A(2)的内环空设置有分离器A(30)，分离短节B(4)的内环空设置有分离器B(18)，分离器A(30)和分离器B(18)呈偏置对称方式分布。

4.根据权利要求1所述一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于:所述分离短节A(2)、分离短节B(4)、上部接头C(5)、中部接头B(3)、下部接头A(1)设置有连接瓣A(31)，套环(6)设置有连接瓣B(32)，连接瓣A(31)和连接瓣B(32)贴合对齐并通过销钉(23)固定。

5.根据权利要求4所述一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，其特征在于:所述连接瓣A(31)为圆环八等分形成的扇形结构，沿圆周方向呈对称分布，套环连接瓣B(32)形状为圆环八等分形成的扇形结构，外侧与螺母套环连接，沿圆周方向呈对称分布，套环(6)轴向的连接瓣B(32)形成卡槽。

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