CN105672876B - 一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法 - Google Patents
一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105672876B CN105672876B CN201610164444.8A CN201610164444A CN105672876B CN 105672876 B CN105672876 B CN 105672876B CN 201610164444 A CN201610164444 A CN 201610164444A CN 105672876 B CN105672876 B CN 105672876B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- short circuit
- separation
- water
- pipe
- cylinder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 115
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 150
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 41
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 21
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 241000237098 Sphingopyxis alaskensis Species 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/008—Drilling ice or a formation covered by ice
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
- E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/295—Gasification of minerals, e.g. for producing mixtures of combustible gases
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
- E21B43/38—Arrangements for separating materials produced by the well in the well
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Cyclones (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法，开采装置由分离短接、抽吸短接、底部钻头、钻筒、热水管和注水管组成。抽吸短接与底部钻头连接，抽吸短接与分离短接之间连接钻筒，其长度根据实际需要确定。注水管、热水管穿过钻筒和两个短接。通过底部钻头的切削破碎、注水管注水流化、热水管注热水传热传能、抽吸短接的抽吸和分离短接的分离五个环节的协作，可实现可燃冰钻、采及气化分离一体化。本发明将钻、采、分离技术结合，简化了流程，缩短了周期，提高了效率，降低了成本和风险。
Description
技术领域
本发明属于海底可燃冰开采技术领域，具体涉及一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法。
技术背景
可燃冰是以甲烷为主的天然气与水在低温高压环境下生成的笼状结晶物，具有高密度、高热值、遇火即燃的属性，主要储藏在海底和高纬度的陆地永久冻土中，约95％储存于水深大于300m海床下0～1100m的深水区域，又以浅层细粒裂隙型、分散型为主。可燃冰作为一种绿色清洁能源自发现后就受到全世界的广泛关注，它仅存在于一定的温度、压力条件下，一旦条件被打破，即会引起气化分解。人们正是利用了这一特点，提出了降压、热激、注剂、CO2置换等开采方法，这些方法在极地砂岩和海域砂岩储层试采实验取得了一定的测试产量，但距商业开采门限还有较大的差距，且这些开采方式的安全可靠性还有待深入研究。目前，可燃冰实际短期试开采的仅有美国阿拉斯加北坡、俄罗斯麦索雅哈、加拿大马更歇和日本爱知海四个区域，而制约开采规模和进度发展的主要原因就是可燃冰开发潜在的环境风险。
储存于海底表层0～200m的细粒裂隙型、分散型可燃冰占据可燃冰资源分布金字塔的底端，其弱胶结、稳定性差，采用上述常规开采方法极易引发地质坍塌、气化散失、环境破坏等问题。因而，不改变温度、压力条件，直接将可燃冰粉碎，以固态形式被海水提升的方法近几年被提出，并迅速成为关注的焦点，这就是固态流化开采方法，亦有学者称之为水力提升法、地面分解法。目前已提出的可燃冰固态流化开采技术主要由海床掘进破碎可燃冰、提升泵抽吸海水并在立管中举升可燃冰和海面收集分离三部分组成。但海床掘进车或破碎机在可燃冰破碎时易引起地层垮塌，造成掘进车或破碎机坠陷，打捞和维护成本较高，也严重影响作业的进度。另外，提升泵抽吸海水提升时，海水携带可燃冰及地层砂粒一同举升，至海面才得以分离，消耗了较大的能量，也增加了海面分离器的负荷。
因此，研发高稳定性、低能耗、高效率的可燃冰开采方式十分必要，一旦稳定可靠的可燃冰开采技术投入使用，将极大地缓解我国的能源安全危机。
发明内容
针对背景技术中所提出的问题，本发明旨在提供一种高效、稳定、低成本、低能耗的可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置由分离短接、抽吸短接、底部钻头、钻筒、热水管和注水管组成。钻筒为圆筒型管道，抽吸短接与底部钻头通过螺纹连接，抽吸短接与分离短接之间接有钻筒，两者均通过螺纹与钻筒连接，分离短接上端与上部的钻筒连接。
分离短接由分离短接外筒、分离滤网、分离短接内筒、出流扩张管、旋流分离器、引流喷嘴组成。分离短接外筒和分离短接内筒同轴布置，分离短接外筒为一宽口短颈瓶状圆筒，分上端开口段、中间筒体及下部筒底段；上端开口段直径与钻筒直径相同；中间筒体直径大于钻筒直径，中间筒体与上端开口段之间通过渐缩段过渡；下部筒底段直径与钻筒直径相同，中间筒体与下部筒底段之间呈台阶状突缩过渡连接；在筒底台阶圆环面上沿周向均匀布置四个排污孔，每个排污孔均安有一个止回阀。分离短接内筒为一圆柱形圆筒，其直径小于钻筒直径；分离短接内筒内壁底端固定安装有开口向上的渐缩式引流喷嘴，引流喷嘴出口设十字交叉的旋流器支架，旋流器支架上部安装有叶片螺旋上升的旋流分离器；分离短接内筒内壁顶端固定安装有渐扩式出流扩张管，出流扩张管入口高于旋流分离器顶端；在引流喷嘴外侧的分离短接内筒壁上沿周向均匀开有八个下分离孔，在出流扩张管外侧的分离短接内筒壁上沿周向均匀开有八个上分离孔。在分离短接外筒与分离短接内筒之间设有环形分离滤网，分离滤网位于分离短接外筒中间筒体与渐缩段交接处。分离短接外筒筒底台阶圆环面延伸至分离短接内筒外壁，将分离短接外筒与分离短接内筒底部连接。
抽吸短接由抽吸短接外筒、文丘里管和橡胶环组成。抽吸短接外筒与文丘里管同轴布置，抽吸短接外筒直径等于钻筒直径，文丘里管直径小于钻筒直径，文丘里管上、下端与抽吸短接外筒之间的环形空间由橡胶环封堵。
底部钻头由收缩筒、底盘及牙轮钻头组成。收缩筒上端直径与钻筒直径相等，其与抽吸短接通过螺纹连接。收缩筒底部安设底盘，底盘分为内圆、外环两部分；底盘内圆可旋转，安装有三个中心轴相互平行的牙轮钻头；底盘外环固定，沿周向均匀开有八个底盘引流孔；底盘外环上还开有供注水管穿出的注水孔。
注水管和热水管关于钻筒筒轴对称布置于钻筒内部，它们从上至下分别穿过分离短接的分离滤网、分离短接外筒筒底台阶圆环面、抽吸短接的上、下橡胶环，且注水管和热水管紧贴分离短接内筒和文丘里管外壁安装。热水管出口段为U型管，使热水流动方向反向，热水管出口安有收缩喷嘴，位于文丘里管管轴下方。注水管在底部钻头收缩筒中顺收缩筒壁向下延伸，其出口从底盘外环上的注水孔伸出，伸出注水孔的注水管长度小于牙轮钻头根部高度。
所述的注水管、热水管、钻筒均由一根根管道连接而成，同一位置的单根注水管、热水管与钻筒的长度一致，位于分离短接处的注水管、热水管与分离短接长度一致。
利用上述的可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置可以提供一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采方法。启动牙轮钻头钻进，切削可燃冰层，将可燃冰破碎成颗粒状。向注水管中注入海水，海水沿注水管向下流动，并从底盘注水孔外的出口喷出，喷出的海水将牙轮钻头处已破碎的可燃冰颗粒流化，使可燃冰颗粒在海水的带动下流动起来。与此同时，向热水管中注入热水，热水沿热水管向下流动，从U型管末端收缩喷嘴向上喷出，由于收缩喷嘴的加速效应，使得喷嘴出口处的压强减小，产生了低压抽吸作用。在抽吸作用下，使得底盘外夹带可燃冰颗粒的海水通过底盘引流孔进入收缩筒，然后进入文丘里管，与热水混合。高速热水将动能和热能部分传递给携带可燃冰颗粒的海水，使其具有足够的能量向上举升。热水与携带可燃冰颗粒的海水掺混后，经文丘里管再次产生加速抽吸作用，使下部更多的可燃冰颗粒在海水的带动下进入抽吸短接。由于热水热量传递引起的温度升高以及在向上流动过程中压强的降低，可燃冰发生气化，夹杂在可燃冰颗粒中的砂粒也被裸露出来，从而在钻筒中形成气、液、固多相流。多相流体进入分离短接后，经引流喷嘴再次加速，然后顺着旋流分离器的螺旋叶片旋转上升，在旋转上升的过程中形成了离心力，在离心力的作用下密度较大的水、砂被甩至分离短接内筒壁，气体则可从旋流分离器上方的出流扩张管中流出，并继续向上流动，直至到达海面被收集。被甩至分离短接内筒壁的水、砂，流速较大时会在出流扩张管外侧聚集并从上分离孔流出，流速较小时会回落到引流喷嘴外侧聚集并从下分离孔流出。从上分离孔、下分离孔流到分离短接外筒与分离短接内筒之间环形空间的流体掺杂有少量气体，其可以穿过分离滤网进入上部钻筒，其余水、砂在重力作用下落至分离短接外筒筒底台阶圆环面处，并通过排污孔处的止回阀流到外界海水中，实现水、砂的排放。因此，通过底部钻头的切削破碎、注水管注水流化、热水管注热水传热传能、抽吸短接的抽吸和分离短接的分离五个环节的协作，实现了可燃冰钻、采及气化分离一体化。
与现有技术相比，本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：
1、将钻、采技术结合，并在开采过程中直接分离，简化了作业流程，大大缩短了作业周期，提高了作业效率，降低了开采成本；
2、整套装置上下有机衔接，实现了钻、采、分离一体化，没有繁琐、分散的设备，降低了整体作业风险。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明分离短接剖视图；
图3为本发明分离短接内筒内部结构示意图；
图4为本发明分离短接内筒及分离滤网示意图；
图5为本发明分离短接外筒剖视图；
图6为本发明抽吸短接剖视图；
图7为本发明抽吸短接与底部钻头组装示意图；
其中：1、钻筒；2、热水管；3、注水管；4、分离短接外筒；5、分离滤网；6、分离短接内筒；7、出流扩张管；8、旋流分离器；9、引流喷嘴；10、上分离孔；11、下分离孔；12、旋流器支架；13、止回阀；14、抽吸短接外筒；15、文丘里管；16、橡胶环；17、收缩筒；18、底盘引流孔；19、注水孔；20、牙轮钻头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
如图1所示，一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置由分离短接、抽吸短接、底部钻头、钻筒1、热水管2和注水管3组成。钻筒1为圆筒型管道，抽吸短接与底部钻头通过螺纹连接，抽吸短接与分离短接之间接有钻筒1，两者均通过螺纹与钻筒1连接，分离短接上端与上部的钻筒1连接。
如图2所示，分离短接由分离短接外筒4、分离滤网5、分离短接内筒6、出流扩张管7、旋流分离器8、引流喷嘴9组成。分离短接外筒4和分离短接内筒6同轴布置，如图5所示，分离短接外筒4为一宽口短颈瓶状圆筒，分上端开口段、中间筒体及下部筒底段；上端开口段直径与钻筒1直径相同；中间筒体直径大于钻筒1直径，中间筒体与上端开口段之间通过渐缩段过渡；下部筒底段直径与钻筒1直径相同，中间筒体与下部筒底段之间呈台阶状突缩过渡连接；在筒底台阶圆环面上沿周向均匀布置四个排污孔，每个排污孔均安有一个止回阀13。分离短接内筒6为一圆柱形圆筒，其直径小于钻筒1直径；如图3所示，分离短接内筒6内壁底端固定安装有开口向上的渐缩式引流喷嘴9，引流喷嘴9出口设十字交叉的旋流器支架12，旋流器支架12上部安装有叶片螺旋上升的旋流分离器8；分离短接内筒6内壁顶端固定安装有渐扩式出流扩张管7，出流扩张管7入口高于旋流分离器8顶端；如图4所示，在引流喷嘴9外侧的分离短接内筒6壁上沿周向均匀开有八个下分离孔11，在出流扩张管7外侧的分离短接内筒6壁上沿周向均匀开有八个上分离孔10。在分离短接外筒4与分离短接内筒6之间设有环形分离滤网5，分离滤网5位于分离短接外筒4中间筒体与渐缩段交接处。分离短接外筒4筒底台阶圆环面延伸至分离短接内筒6外壁，将分离短接外筒4与分离短接内筒6底部连接。
如图6所示，抽吸短接由抽吸短接外筒14、文丘里管15和橡胶环16组成。抽吸短接外筒14与文丘里管15同轴布置，抽吸短接外筒14直径等于钻筒1直径，文丘里管15直径小于钻筒1直径，文丘里管15上、下端与抽吸短接外筒14之间的环形空间由橡胶环16封堵。
如图7所示，底部钻头由收缩筒17、底盘及牙轮钻头20组成。收缩筒17上端直径与钻筒1直径相等，其与抽吸短接通过螺纹连接。收缩筒17底部安设底盘，底盘分为内圆、外环两部分；底盘内圆可旋转，安装有三个中心轴相互平行的牙轮钻头20；底盘外环固定，沿周向均匀开有八个底盘引流孔18；底盘外环上还开有供注水管3穿出的注水孔19。
如图1、图2、图6所示，注水管3和热水管2关于钻筒1筒轴对称布置于钻筒1内部，它们从上至下分别穿过分离短接的分离滤网5、分离短接外筒4筒底台阶圆环面、抽吸短接的上、下橡胶环16，且注水管3和热水管2紧贴分离短接内筒6和文丘里管15外壁安装。如图6所示，热水管2出口段为U型管，使热水流动方向反向，热水管2出口安有收缩喷嘴，位于文丘里管15管轴下方。注水管3在底部钻头收缩筒17中顺收缩筒17壁向下延伸，其出口从底盘外环上的注水孔19伸出，伸出注水孔19的注水管3长度小于牙轮钻头20根部高度，见图7。
所述的注水管3、热水管2、钻筒1均由一根根管道连接而成，同一位置的单根注水管3、热水管2与钻筒1的长度一致，位于分离短接处的注水管3、热水管2与分离短接长度一致。
利用上述的可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置可以提供一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采方法。启动牙轮钻头20钻进，切削可燃冰层，将可燃冰破碎成颗粒状。向注水管3中注入海水，海水沿注水管3向下流动，并从底盘注水孔19外的出口喷出，喷出的海水将牙轮钻头20处已破碎的可燃冰颗粒流化，使可燃冰颗粒在海水的带动下流动起来。与此同时，向热水管2中注入热水，热水沿热水管2向下流动，从U型管末端收缩喷嘴向上喷出，由于收缩喷嘴的加速效应，使得喷嘴出口处的压强减小，产生了低压抽吸作用。在抽吸作用下，使得底盘外夹带可燃冰颗粒的海水通过底盘引流孔18进入收缩筒17，然后进入文丘里管15，与热水混合。高速热水将动能和热能部分传递给携带可燃冰颗粒的海水，使其具有足够的能量向上举升。热水与携带可燃冰颗粒的海水掺混后，经文丘里管15再次产生加速抽吸作用，使下部更多的可燃冰颗粒在海水的带动下进入抽吸短接。由于热水热量传递引起的温度升高以及在向上流动过程中压强的降低，可燃冰发生气化，夹杂在可燃冰颗粒中的砂粒也被裸露出来，从而在钻筒1中形成气、液、固多相流。多相流体进入分离短接后，经引流喷嘴9再次加速，然后顺着旋流分离器8的螺旋叶片旋转上升，在旋转上升的过程中形成了离心力，在离心力的作用下密度较大的水、砂被甩至分离短接内筒6壁，气体则从旋流分离器8上方的出流扩张管7中流出，并继续向上流动，直至到达海面被收集。被甩至分离短接内筒6壁的水、砂，流速较大时会在出流扩张管7外侧聚集并从上分离孔10流出，流速较小时会回落到引流喷嘴9外侧聚集并从下分离孔11流出。从上分离孔10、下分离孔11流到分离短接外筒4与分离短接内筒6之间环形空间的流体掺杂有少量气体，其可以穿过分离滤网5进入上部钻筒1，其余水、砂在重力作用下落至分离短接外筒4筒底台阶圆环面处，并通过排污孔处的止回阀13流到外界海水中，实现水、砂的排放。因此，通过底部钻头的切削破碎、注水管3注水流化、热水管2注热水传热传能、抽吸短接的抽吸和分离短接的分离五个环节的协作，实现了可燃冰钻、采及气化分离一体化。
实施例：
首先组装本发明装置，先将抽吸短接与底部钻头通过螺纹连接，然后根据实际需要确定抽吸短接与分离短接之间钻筒1的长度，将钻筒1与抽吸短接间通过螺纹连接，然后将钻筒1一根根组装，钻筒1与分离短接间也通过螺纹连接。最后，在分离短接上部继续连接上部钻筒1。在抽吸短接、钻筒1、分离短接的安装过程中，相应位置的注水管3、热水管2也一根根连接组装。装置安装完成后，放置待采可燃冰矿藏处。
钻进时，启动牙轮钻头20，牙轮钻头20切削可燃冰层，将可燃冰破碎成颗粒状。与此同时，向注水管3中注入海水，海水沿注水管3向下流动，并从底盘注水孔19外的出口喷出，喷出的海水将牙轮钻头20处已破碎的可燃冰颗粒流化，使可燃冰颗粒被海水搅动。同时，向热水管2中注入热水，热水沿热水管2向下流动，从U型管末端收缩喷嘴向上喷出，由于收缩喷嘴的加速效应，使得喷嘴出口处的压强减小，产生低压抽吸作用。在抽吸作用下，使得底盘外夹带可燃冰颗粒的海水通过底盘引流孔18进入收缩筒17，然后进入文丘里管15，与热水混合。高速热水将动能部分传递给携带可燃冰颗粒的海水，使其具有足够的能量向上举升。热水与携带可燃冰颗粒的海水掺混后，经文丘里管15再次产生加速抽吸作用，使下部更多的可燃冰颗粒在海水的带动下进入抽吸短接。热水同时会传递热能给携带可燃冰颗粒的海水，使得可燃冰颗粒所处温度环境升高，同时流体在向上流动过程中压强不断降低，致使可燃冰发生气化，夹杂在可燃冰颗粒中的砂粒也被裸露出来，从而在钻筒1中形成气、液、固多相流。
多相流体进入分离短接后，经引流喷嘴9再次加速，然后顺着旋流分离器8的螺旋叶片旋转上升，在旋转上升的过程中形成了离心力，在离心力的作用下密度较大的水、砂被甩至分离短接内筒6壁，气体则从旋流分离器8上方的出流扩张管7中流出，并继续向上流动，直至到达海面被收集。被甩至分离短接内筒6壁的水、砂，流速较大时会在出流扩张管7外侧聚集并从上分离孔10流出，流速较小时会回落到引流喷嘴9外侧聚集并从下分离孔11流出。从上分离孔10、下分离孔11流到分离短接外筒4与分离短接内筒6之间环形空间的流体掺杂有少量气体，其可以穿过分离滤网5进入上部钻筒1，其余水、砂在重力作用下落至分离短接外筒4筒底台阶圆环面处，并通过排污孔处的止回阀13流到外界海水中，外界海水不能通过止回阀进入分离短接，从而实现水、砂的分离排放。
在每钻进一根钻筒1对应的深度后，需在上部钻筒1上再接上一根钻筒1。在整个钻采过程中，分离短接始终处于海床以上，以便于分离出的水、砂能够及时排放。
通过底部钻头的切削破碎、注水管3注水流化、热水管2注热水传热传能、抽吸短接的抽吸和分离短接的分离五个环节的协作，实现了可燃冰钻、采及气化分离一体化。
Claims (2)
1.一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置，其特征在于：由分离短接、抽吸短接、底部钻头、钻筒(1)、热水管(2)和注水管(3)组成；抽吸短接与底部钻头通过螺纹连接，抽吸短接与分离短接之间接有钻筒(1)，两者均通过螺纹与钻筒(1)连接，分离短接上端与上部的钻筒(1)连接；分离短接由分离短接外筒(4)、分离滤网(5)、分离短接内筒(6)、出流扩张管(7)、旋流分离器(8)、引流喷嘴(9)组成；分离短接外筒(4)和分离短接内筒(6)同轴布置，分离短接外筒(4)为一宽口短颈瓶状圆筒，分上端开口段、中间筒体及下部筒底段，上端开口段直径与钻筒(1)直径相同，中间筒体直径大于钻筒(1)直径，中间筒体与上端开口段之间通过渐缩段过渡，下部筒底段直径与钻筒(1)直径相同，中间筒体与下部筒底段之间呈台阶状突缩过渡连接，在筒底台阶圆环面上沿周向均匀布置四个排污孔，每个排污孔均安有一个止回阀(13)；分离短接内筒(6)为一圆柱形圆筒，其直径小于钻筒(1)直径，分离短接内筒(6)内壁底端固定安装有开口向上的渐缩式引流喷嘴(9)，引流喷嘴(9)出口设十字交叉的旋流器支架(12)，旋流器支架(12)上部安装有叶片螺旋上升的旋流分离器(8)，分离短接内筒(6)内壁顶端固定安装有渐扩式出流扩张管(7)，出流扩张管(7)入口高于旋流分离器(8)顶端，在引流喷嘴(9)外侧的分离短接内筒(6)壁上沿周向均匀开有八个下分离孔(11)，在出流扩张管(7)外侧的分离短接内筒(6)壁上沿周向均匀开有八个上分离孔(10)；在分离短接外筒(4)与分离短接内筒(6)之间设有环形分离滤网(5)，分离滤网(5)位于分离短接外筒(4)中间筒体与渐缩段交接处；分离短接外筒(4)筒底台阶圆环面延伸至分离短接内筒(6)外壁，将分离短接外筒(4)与分离短接内筒(6)底部连接；抽吸短接由抽吸短接外筒(14)、文丘里管(15)和橡胶环(16)组成，抽吸短接外筒(14)与文丘里管(15)同轴布置，抽吸短接外筒(14)直径等于钻筒(1)直径，文丘里管(15)直径小于钻筒(1)直径，文丘里管(15)上、下端与抽吸短接外筒(14)之间的环形空间由橡胶环(16)封堵；底部钻头由收缩筒(17)、底盘及牙轮钻头(20)组成，收缩筒(17)上端直径与钻筒(1)直径相等，其与抽吸短接通过螺纹连接；收缩筒(17)底部安设底盘，底盘分为内圆、外环两部分，底盘内圆可旋转，安装有三个中心轴相互平行的牙轮钻头(20)，底盘外环固定，沿周向均匀开有八个底盘引流孔(18)，底盘外环上还开有供注水管(3)穿出的注水孔(19)；注水管(3)和热水管(2)关于钻筒(1)筒轴对称布置于钻筒(1)内部，它们从上至下分别穿过分离短接的分离滤网(5)、分离短接外筒(4)筒底台阶圆环面、抽吸短接的上、下橡胶环(16)，且注水管(3)和热水管(2)紧贴分离短接内筒(6)和文丘里管(15)外壁安装；热水管(2)出口段为U型管，使热水流动方向反向，热水管(2)出口安有收缩喷嘴，位于文丘里管(15)管轴下方；注水管(3)在底部钻头收缩筒(17)中顺收缩筒(17)壁向下延伸，其出口从底盘外环上的注水孔(19)伸出，伸出注水孔(19)的注水管(3)长度小于牙轮钻头(20)根部高度。
2.利用如权利要求1所述的可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置可以提供一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采方法，其特征在于：启动牙轮钻头(20)钻进，切削可燃冰层，将可燃冰破碎成颗粒状；向注水管(3)中注入海水，海水沿注水管(3)向下流动，并从底盘注水孔(19)外的出口喷出，喷出的海水将牙轮钻头(20)处已破碎的可燃冰颗粒流化，使可燃冰颗粒在海水的带动下流动起来；与此同时，向热水管(2)中注入热水，热水沿热水管(2)向下流动，从U型管末端收缩喷嘴向上喷出，由于收缩喷嘴的加速效应，使得喷嘴出口处的压强减小，产生了低压抽吸作用；在抽吸作用下，使得底盘外夹带可燃冰颗粒的海水通过底盘引流孔(18)进入收缩筒(17)，然后进入文丘里管(15)，与热水混合；高速热水将动能和热能部分传递给携带可燃冰颗粒的海水，使其具有足够的能量向上举升；热水与携带可燃冰颗粒的海水掺混后，经文丘里管(15)再次产生加速抽吸作用，使下部更多的可燃冰颗粒在海水的带动下进入抽吸短接；由于热水热量传递引起的温度升高以及在向上流动过程中压强的降低，可燃冰发生气化，夹杂在可燃冰颗粒中的砂粒也被裸露出来，从而在钻筒(1)中形成气、液、固多相流；多相流体进入分离短接后，经引流喷嘴(9)再次加速，然后顺着旋流分离器(8)的螺旋叶片旋转上升，在旋转上升的过程中形成了离心力，在离心力的作用下密度较大的水、砂被甩至分离短接内筒(6)壁，气体则从旋流分离器(8)上方的出流扩张管(7)中流出，并继续向上流动，直至到达海面被收集；被甩至分离短接内筒(6)壁的水、砂，流速较大时会在出流扩张管(7)外侧聚集并从上分离孔(10)流出，流速较小时会回落到引流喷嘴(9)外侧聚集并从下分离孔(11)流出；从上分离孔(10)、下分离孔(11)流到分离短接外筒(4)与分离短接内筒(6)之间环形空间的流体掺杂有少量气体，其可以穿过分离滤网(5)进入上部钻筒(1)，其余水、砂在重力作用下落至分离短接外筒(4)筒底台阶圆环面处，并通过排污孔处的止回阀(13)流到外界海水中，实现水、砂的排放；通过底部钻头的切削破碎、注水管(3)注水流化、热水管(2)注热水传热传能、抽吸短接的抽吸和分离短接的分离五个环节的协作，实现了可燃冰钻、采及气化分离一体化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610164444.8A CN105672876B (zh) | 2016-03-22 | 2016-03-22 | 一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610164444.8A CN105672876B (zh) | 2016-03-22 | 2016-03-22 | 一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105672876A CN105672876A (zh) | 2016-06-15 |
| CN105672876B true CN105672876B (zh) | 2017-08-08 |
Family
ID=56311266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610164444.8A Expired - Fee Related CN105672876B (zh) | 2016-03-22 | 2016-03-22 | 一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105672876B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106884629B (zh) * | 2017-04-09 | 2018-03-16 | 杭州云蜂工业设计有限公司 | 一种海底可燃冰钻式开采装备 |
| CN108796952B (zh) * | 2017-04-28 | 2021-12-17 | 佛山海尔滚筒洗衣机有限公司 | 一种自旋转喷淋装置及洗衣机 |
| CN108374650B (zh) * | 2018-04-27 | 2023-07-18 | 西南石油大学 | 一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置 |
| CN108412468A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-17 | 四川宏华石油设备有限公司 | 一种天然气水合物开采装置 |
| CN108590622B (zh) * | 2018-05-04 | 2023-05-26 | 西南石油大学 | 一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置 |
| CN108979538B (zh) * | 2018-08-14 | 2019-09-17 | 沧州格锐特钻头有限公司 | 一种可燃冰开采钻头 |
| CN109057759B (zh) * | 2018-09-03 | 2024-04-30 | 中国石油天然气集团有限公司 | 海相可燃冰水力开发装置 |
| CN109296345B (zh) * | 2018-10-17 | 2023-10-31 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种海底可燃冰气化分离装置 |
| CN111119799A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-08 | 中国石油大学(华东) | 一种天然气水合物开采装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101555784A (zh) * | 2009-06-01 | 2009-10-14 | 李向东 | 一种洁净的天然气开采方法 |
| CN102817596A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-12 | 韩中枢 | 海洋可燃冰开采装置和开采方法 |
| CN103510926A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-01-15 | 李贤明 | 一种海底可燃冰的开采方法及系统 |
| CN104234680A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 哈尔滨工程大学 | 天然气水合物快速热激发开采方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009221458A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-10-01 | Mitsui Zosen Akishima Kenkyusho:Kk | ガスハイドレートの精製方法 |
| JP5052385B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2012-10-17 | 三井造船株式会社 | ガスハイドレート製造方法及び製造設備 |
| RU2482465C1 (ru) * | 2011-11-29 | 2013-05-20 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ исследования образцов мерзлых пород |
| JP6168820B2 (ja) * | 2013-04-01 | 2017-07-26 | 寄神建設株式会社 | メタンハイドレート採取装置 |
-
2016
- 2016-03-22 CN CN201610164444.8A patent/CN105672876B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101555784A (zh) * | 2009-06-01 | 2009-10-14 | 李向东 | 一种洁净的天然气开采方法 |
| CN102817596A (zh) * | 2012-09-05 | 2012-12-12 | 韩中枢 | 海洋可燃冰开采装置和开采方法 |
| CN103510926A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-01-15 | 李贤明 | 一种海底可燃冰的开采方法及系统 |
| CN104234680A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 哈尔滨工程大学 | 天然气水合物快速热激发开采方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Depressurization and Electrical Heating of Hydrate Sediment for Gas Production;Hideki Minagawa;《ISOPE-M-15-589》;20150627;1-7 * |
| Energy Production from Gas Hydrate Systems using CO2 and CO2/N2 Injection;Bo Ram Lee;《SPE168883/URTeC1614231》;20130814;1-4 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105672876A (zh) | 2016-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105672876B (zh) | 一种可燃冰钻采及气化分离一体化开采装置及方法 | |
| CN108049845B (zh) | 一种海底浅层非成岩天然气水合物举升方法及装置 | |
| CN110029983B (zh) | 多级分离器 | |
| CN204041022U (zh) | 一种复合旋流排水采气井下工具 | |
| US20220205347A1 (en) | Oil extraction and gas production method capable of in-situ sand control and removal by downhole hydraulic lift | |
| CN100447372C (zh) | 具有独立喷射泵的浅孔钻井总成和装置以及它们的使用方法 | |
| CN108678679B (zh) | 一种海底天然气水合物层复合式钻头 | |
| CN207348834U (zh) | 一种抽取及泡沫排水复合采气系统 | |
| CN112502673A (zh) | 一种天然气水合物原位采收分离回填一体化工具 | |
| CN101775974B (zh) | 对接井水力运移卸压开采煤层气方法 | |
| CN108222894A (zh) | 一种用于天然气水合物回拖流化开采的泥砂回填装置 | |
| CN107575206A (zh) | 一种模块化海底天然气水合物井下分离装置 | |
| CN108612515A (zh) | 一种带螺旋稳流锥的海底水合物井下分离装置 | |
| CN113090245B (zh) | 一种天然气水合物井下旋流排序分离装置及方法 | |
| CN113090246B (zh) | 一种用于双层管钻井的天然气水合物井下原位除砂装置及除砂方法 | |
| CN103321613A (zh) | 一种排水排煤粉采煤层气的方法及其装置 | |
| CN101701520A (zh) | 深水钻井液循环携岩与井壁稳定模拟实验装置 | |
| CN208456574U (zh) | 一种带螺旋稳流锥的海底水合物井下分离装置 | |
| CN103388466A (zh) | 同心管水力射流冲煤粉井下装置 | |
| CN106050198B (zh) | 用于低压低产井的综合排水采气系统 | |
| CN108104749A (zh) | 砂岩地热井气举反循环冲砂洗井工艺及设备 | |
| CN107503714A (zh) | 一种并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置 | |
| CN106257265A (zh) | 一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具 | |
| CN204371158U (zh) | 水平井岩屑清除装置 | |
| CN207315341U (zh) | 一种模块化海底天然气水合物井下分离装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170808 Termination date: 20180322 |