CN108374650A - 一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置 - Google Patents

Abstract

一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，包括上接头、涡轮泵、桥式通道、万向轴总成、涡轮马达、下接头。其中上接头连接涡轮泵与套管；桥式通道连接涡轮泵与涡轮马达；万向轴总成上部连接涡轮马达中轴，下部连接涡轮泵中轴；万向轴总成位于桥式通道密封腔内；下接头连接涡轮马达与套管。本发明能同时为水合物的射流破碎、机械破碎以及水合物浆体举升提供动力，节省下钻时间和费用，缩短开发周期；以涡轮马达和涡轮泵作为动力和举升设备，使装置运转平稳；可利用水合物相态变化达到气举效果，提高能量利用效率、举升效率。

Description

一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置

本发明属于天然气水合物开采技术领域，涉及了一种天然气水合物开采举升装置，尤其是一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置。

背景技术

天然气水合物又称为可燃冰，是清洁、优质的能源。它全球储量巨大，作为一种具有极高价值的新型非常规油气资源，是油气工业界长期研究热点，在未来的能源战略中占有重要的地位，但国际上尚未实现对其商业化开采。目前传统的开采方法主要有热刺激法，减压法，化学试剂法，二氧化碳置换法等。在多种天然气水合物开采方法中，固态流化开采作为一套从理论和实践上验证可行的天然气水合物开采工艺，具有传统开采思路没有的“绿色开采”优势。但由于海洋天然气水合物开采的环境特殊性，现有油气装备无法满足需求，特别是没有能同时实现水合物破碎与泵送回收的成熟装备。现有技术中，虽然也有出现水合物开采与举升装置，但普遍存在能量利用效率低、矿浆上返效率不高等问题。研究并开发与流化开采配套的专用泵送装备，提高开采泵送效率，对天然气水合物的商业化开采至关重要。

针对以上问题，本发明提出一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足,本发明提供了一种能量利用效率高、上返效率高的，用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置。

一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，包括上接头、涡轮泵、桥式通道、万向轴总成、涡轮马达、下接头；其中上接头连接涡轮泵与套管；桥式通道上部连接涡轮泵，下部连接涡轮马达；万向轴总成位于桥式通道第二密封腔内，连接涡轮马达中轴和涡轮泵中轴；下接头连接套管与涡轮马达。

进一步技术方案中，上接头包括上接头基座、第一密封盖、第一轴承串和第一滑环式组合密封圈；第一密封盖位于上接头密封腔上端；第一轴承串与涡轮泵中轴同轴，位于上接头密封腔内；第一滑环式组合密封圈与涡轮泵中轴同轴，位于上接头密封腔下端，防止涡轮泵内天然气水合物浆体侵入。

进一步技术方案中，上接头基座有第一流道、第二流道；第一流道有四条，出口呈圆弧形，均布于接头基座，下部连通涡轮泵；第二流道有四条，出口呈圆弧形，均布于接头基座，下部连接环空。

进一步技术方案中，桥式通道包括桥式通道基座、第二滑密封盖、第三密封盖、第二滑环式组合密封圈和第二轴承串;第二密封盖位于桥式通道第二密封腔上端；第三密封盖位于桥式通道第一密封腔上端；第二轴承串与涡轮马达中轴同轴，位于桥式通道第一密封腔内；第二滑环式组合密封圈与涡轮马达中轴同轴，位于桥式通道第一密封腔下端。

进一步技术方案中，桥式通道基座有第三流道、第四流道；第三流道有两条，对称布置，上部连通涡轮泵，下端连通环空；第四流道有两条，对称布置，上端连通环空，下端连通涡轮马达。

进一步技术方案中，下接头包括下接头基座、第四密封盖、第三滑环式组合密封圈和第三轴承串;第四密封盖位于下接头密封腔上端；第三轴承串与涡轮马达中轴同轴，位于下接头密封腔内；第三滑环式组合密封圈与涡轮马达中轴同轴，位于下接头密封腔下端。

进一步技术方案中，下接头基座有第五流道和第六流道；第五流道有两条，出口呈圆弧形，对称布置，能提高流道面积，上端连通环空，下端连通后端水合物开采工具，导入天然气水合物浆体；第六流道有两条，出口呈圆弧形，对称布置，能提高流道面积，上端连通涡轮马达，下端连通环空，将高压流体导入后续射流破碎装置。

进一步技术方案中，涡轮马达中轴贯穿下接头密封腔，用于连接后端需要动力的机械破碎工具，为其提供动力。

进一步技术方案中，上接头与下接头可以相互连接，使整体装置能串联使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提出的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，在桥式通道导流的作用下，高压流体进入涡轮马达，带动涡轮马达主轴旋转，通过万向轴总成传动，涡轮马达能同时为水合物的射流破碎、机械破碎以及涡轮泵进行水合物泵送提供动力，同时完成原本需多次下钻才能完成的工作，节省下钻时间和费用，缩短开发周期。

2.本发明提出的涡轮马达和涡轮泵通过万向轴总成传动的结构，使装置结构紧凑，运转平稳，能减小所需占地空间。

3.本发明提出的涡轮泵举升水合物的结构，适应多相天然气水合物浆体的泵送需求。并且能有效利用水合物相态变化产生的气举效果，推动涡轮泵旋转，提高能量利用效率、举升效率。

4.本发明提出的上接头与下接头能相互连接的结构，使整体装置能够串联使用，提高水合物泵送高度，安装使用更灵活。

附图说明：

图1是一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置结构示意图

图2是上接头结构示意图

图3是桥式通道结构示意图

图4是下接头结构示意图

附图标记：1-上接头，2-涡轮泵，3-桥式通道，4-万向轴总成，5-涡轮马达，6-下接头，7-涡轮马达中轴，8-涡轮泵中轴，9-套管，10-后端水合物开采工具，11-上接头基座，12-第一密封盖，13-第一轴承串，14-第一滑环式组合密封圈，15-上接头密封腔，31-桥式通道基座，32-第二滑密封盖，33-第三滑密封盖，34-第二滑环式组合密封圈，35-第二轴承串，36-桥式通道第一密封腔，37-桥式通道第二密封腔，61-下接头基座，62-第四密封盖，63-第三滑环式组合密封圈，64-第三轴承串，65-下接头密封腔，111-第一流道，112-第二流道，311-第三流道，312-第四流道，611-第五流道，612-第六流道。

具体实施方式

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

本发明的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，如图1所示，装置主要包括上接头1、涡轮泵2、桥式通道3、万向轴总成4、涡轮马达5、下接头6等零部件。装置整体通过上接头1与双层管连接安装，将来自海洋平台的高压流体引入涡轮马达5，涡轮马达5把流体的压力能转化为动能，通过万向轴总成4带动涡轮泵中轴8旋转形成负压，将含有固液多相的水合物浆体从下接头6吸入进入涡轮泵2，进行天然气水合物的举升。水合物在流动过程中受到碰撞进一步破碎，环境温度的影响下，相态变化，由固体变成气体，产生气举效果，并成为涡轮泵2的动力，进一步提高举升效率。涡轮马达中轴7向下传递动力，带动后端水合物处开采工具10中的机械破碎工具旋转，进行水合物的机械破碎。下接头6将从涡轮马达5内的高压流体导入后端水合物处开采工具10中的射流工具，对水合物进行射流破碎。只需下放一次装置即可同时完成原须两次下放才能完成的天然气水合物射流破碎、机械破碎与矿物回收任务，有效提高能源有效利用率和天然气水合物采收效率。

如图1、图2所示，上接头1包括接口基座11、第一轴承串13、第一密封盖12和第一滑环式组合密封圈13；第一密封盖12位于上接头密封腔15上端，第一轴承串13位于上接头密封腔15内，第一滑环式组合密封圈14位于上接头密封腔15下端，第一密封盖12与第一滑环组合式密封圈14为第一轴承串13提供密封环境，提高第一轴承串13工作寿命；第一轴承串13为涡轮泵中轴9提供固定和支撑；上接头基座11有均布的四个第一流道111，圆弧形出口的结构在保证支撑强度的同时最大化流道面积。

如图1、图3所示，桥式通道3包括桥式通道基座31、第二滑密封盖32、第三滑密封盖33、第二轴承串35和第二滑环式组合密封圈34，桥式通道3连接涡轮泵2和涡轮马达5，桥式通道第一密封腔37为万向轴总成4提供密封环境，提高万向轴总成4工作寿命；万向轴总成4连接涡轮马达中轴7和涡轮泵中轴8减小传动过程中的径向振动，平稳地实现动力传递；桥式通道基座31有第三流道311、第四流道312，分别对称布置，实现流道的交叉转换：第三流道311上端连接涡轮泵2，下端连接环空；第四流道312上端连接环空，下端连通涡轮马达5。

如图1、图4所示，下接头6包括下接头基座61、第四密封盖62、第三轴承串64；下接头6与涡轮马达5连接，通过第三轴承串64为涡轮马达中轴7提供支撑，同时将涡轮马达5内的流体通道与射流装置通道连接，将后端水合物开采工具10中浆体收集装置的通道与环空连通。下接头基座61有两个第五流道611，两个第六流道612，分别对称布置。第五流道611有两条，上端连通环空，下端浆体收集通道；第六流道612上端连通涡轮马达5，下端连通环空。涡轮马达中轴7伸出下接头6密封腔，连接井下钻头等需要动力的装置。

如图1、图2、图4所示，上接头1与下接头6结构互补，能相互连接，使整体装置能够串联使用，当需要提高泵送高度时，提高水合物泵送高度，装置安装使用灵活。

以上所述为一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置的实施步骤，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的修改、等同替换或改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于：所述一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置包括上接头（1）、涡轮泵（2）、桥式通道（3）、万向轴总成（4）、涡轮马达（5）、下接头（6）；所述上接头（1）连接涡轮泵（2）与套管（9）；所述桥式通道（3）上部连接涡轮泵（2），下部连接涡轮马达（5）；所述万向轴总成（4）位于桥式通道第二密封腔（37）内，连接涡轮马达中轴（7）和涡轮泵中轴（8）；所述下接头（6）连接套管（9）与涡轮马达（5）。

2.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述上接头（1）包括上接头基座（11）、第一密封盖（12）、第一轴承串（13）和第一滑环式组合密封圈（14）；所述第一密封盖（12）与涡轮泵中轴（8）同轴，位于上接头密封腔（15）上端；所述第一轴承串（13）与涡轮泵中轴（8）同轴，位于上接头密封腔（15）内；所述第一滑环式组合密封圈（14）与涡轮泵中轴（8）同轴，位于上接头密封腔（15）下端。

3.根据权利要求2所述一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述上接头基座（11）有第一流道（111）、第二流道（112）；所述第一流道（111）有四条，出口呈圆弧形，均布于接头基座（11），下部连通涡轮泵（2）；所述第二流道（112）有四条，出口呈圆弧形，均布于接头基座（11），下部连接环空。

4.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述桥式通道（3）包括桥式通道基座（31）、第二滑密封盖（32）、第三密封盖（33）、第二滑环式组合密封圈（34）和第二轴承串（35）;所述第二密封盖（32）位于桥式通道第二密封腔（37）上端；所述第三密封盖（33）位于桥式通道第一密封腔（36）上端；所述第二轴承串（35）与涡轮马达中轴（7）同轴，位于桥式通道第一密封腔（36）内；所述第二滑环式组合密封圈（34）与涡轮马达中轴（7）同轴，位于桥式通道第一密封腔（36）下端。

5.根据权利要求4所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述桥式通道基座（31）有第三流道（311）、第四流道（312）；所述第三流道（311）有两条，对称布置，上端连通涡轮泵（2），下端连通环空；所述第四流道（312）有两条，对称布置，上端连通环空，下端连通涡轮马达（5）。

6.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述下接头（6）包括下接头基座（61）、第四密封盖（62）、第三滑环式组合密封圈（63）和第三轴承串（64）; 所述第四密封盖（62）位于下接头密封腔（65）上端；所述第三轴承串（64）与涡轮马达中轴（7）同轴，位于下接头密封腔（65）内；所述第三滑环式组合密封圈（63）与涡轮马达中轴（7）同轴，位于下接头密封腔（65）下端。

7.根据权利要求6所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述下接头基座（61）有第五流道（611）和第六流道（612）；所述第五流道（611）有两条，出口呈圆弧形，对称布置，上端连通环空，下端连通后端水合物开采工具（10）；所述第六流道（612）有两条，出口呈圆弧形，对称布置，上部连通涡轮马达（5），下部连通环空。

8.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述涡轮马达中轴（7）贯穿下接头密封腔（65）。

9.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物流化开采的涡轮举升装置，其特征在于所述上接头（1）与下接头（6）可以相互连接。