CN108716361B - 一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置，主要解决现有技术中存在的静态回填装置存在处理量有限，分离效果不高，回填速度慢且回填量小的问题。该装置，包括一端与其他水合物开采双层管及设备连接的动力装置，与动力装置另一端连接的动密封接头，与动密封接头连接并与动力装置对接且可由动密封接头带动旋转的动态分离回填系统，以及与动态分离回填系统连接的钻头。通过上述方案，本发明达到了快速原位回填的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采技术领域，尤其涉及一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置。
背景技术
天然气水合物又称为可燃冰，是由甲烷为主的烃类气体和水在一定的温度压力条件下形成的类冰固体化合物。全球天然气水合物储量巨大，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。
水合物主要的存在形式有砂岩型，砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型，其中细粒裂隙型和分散型水合物占绝大多数，但该类型的水合物埋深浅，胶结性差，开采过程中极易引发地质和环境灾害。目前传统的开采方法主要有热激法，减压法，化学试剂法，二氧化碳置换法，这些方法只适用于天然气水合物藏具有良好的盖层，具有一定的局限性。
“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，直接利用机械或采掘天然气水合物矿体，通过密闭管道将破碎后的天然气水合物固体颗粒、砂和海水混合泵送至海面，再进行分离、分解气化等处理。在应用此方法开采的过程中现有技术大部分是将大量的砂泵送到海面进行分离回填处理，不但需要耗费大量的人力、物力，而且将所有混合浆体抽走后无回填物容易导致地面空洞，引发海底垮塌等地质灾害，最终导致海底环境受污染。也有少部分现有技术中提到了原位分离回填，但其采用静态分离器回填装置，静态分离回填装置存在处理量有限，分离效果不高，回填速度慢且回填量小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置，主要解决现有技术中存在的静态分离回填装置存在处理量有限，分离效果不高，回填速度慢且回填量小的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置，包括一端与其他水合物开采双层管及设备连接的动力装置，与动力装置另一端连接的动密封接头，与动密封接头连接并与动力装置对接且可由动密封接头带动旋转的动态分离回填系统，以及与动态分离回填系统连接的钻头；
所述动态分离回填系统包括一端与动密封接头连接的下段双层管，安装在下段双层管内壁上的压差滑套，开设在下段双层管上并与压差滑套初始状态所在位置对应的喷嘴，安装在压差滑套下端并且上端出口与下段双层管管道空隙连通的分离器，开设在分离器顶部过流孔，固定在下段双层管内壁上并与分离器内部连通且用于固定分离器的上承载装置，以及开设在下段双层管上并位于上承载装置下端的天然气水合物回收孔，其中，压差滑套能向分离器方向移动并对过流孔进行封堵，打开分离器入口，并且上承载装置作为分离器的对称入口，同时钻头固定在下段双层管的另一端，喷嘴与回收孔之间的双层管间隙通道通过封隔器隔开。
进一步地，所述动力装置包括一端与其他水合物开采双层管及设备连接、另一端与动密封接头连接的上段双层管，安装在上段双层管内壁上的转换连接头，一端与其他水合物开采双层管及设备连接、另一端与转换连接头连接的螺杆泵，以及一端与转换连接头连接、另一端与动密封接头连接的螺杆马达，其中，转换连接头两侧通过在上段双层管的管道空隙中设置桥式通道实现连通。
具体地，所述下段双层管内壁上还设有用于固定分离器下端出口的下承载装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明能在挖掘天然气水合物的情况下原位对分离出的砂进行回填，以此避免打破水合物储层的压力和温度平衡状态，提高了水合物开采的生产效率、回填速度快保护了储层的底层安全。
(2)本发明的动态分离其充分利用井下有限动力源，具有分离效率高、处理量大的优点，为后期商业开采奠定了坚实的基础。
(3)本发明提出的装置安装灵活，结构小巧，非常适应于海底恶劣环境。
附图说明
图1为本发明的回收分离回填结构示意图。
图2为本发明的打领眼钻进结构示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-动力装置，2-动密封接头，3-动态分离回填系统，4-钻头，5-下段双层管，6-压差滑套，7-喷嘴，8-分离器，9-过流孔，10-上承载装置，11-天然气水合物回收孔，12-上段双层管，13-转换连接头，14-螺杆泵，15-螺杆马达，16-下承载装置，17-封隔器，18-桥式通道。
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。
实施例
如图2所示，开始时，将钻井液注入上段双层管12的管道空隙中，钻井液通过设置的桥式通道18进入转换连接头13与动密封接头2的内管中，带动螺杆马达15转动，带动后端的动态分离回填系统3和钻头4转动，由于动密封接头2呈空心状，所以钻井液进入动态分离回填系统3中，并从过流孔9进入分离器8中，从分离器8的下端出口进入钻头4的钻头喷嘴中，实现钻头钻进打领眼过程。
如图1、2所示，钻头打领眼过程完成后，海水从上段双层管12的管道空隙经桥式通道进入到动态分离回填系统3中，在压力的作用下，压差滑套6沿滑槽向下运动堵塞过流孔9，初始时被压差滑套6堵塞的喷嘴7打开，从上端进入的海水从喷嘴7处喷出，对水合物储层进行破碎，破碎后产生的浆体从天然气水合物回收孔11进入到下段双层管5的内管中，并在压力的作用下从与分离器8连通的上承载装置10的入口进入到分离器8中，此时动态分离回填系统3处于转动状态，带动分离器8转动，天然气水合物混合浆体进入分离器后产生强烈旋转，且分离器8的转动方向与分离器中浆体旋转方向一致，这样就加强了浆体的旋转效应，从而增加了离心力，有助于混合浆体的分离。由旋流分离器原理可知，进入的浆体在分离器8的作用下，轻质的水合物浆体从上端出口经管道空隙向上运动，并通过桥式通道18进入到上段双层管12的内管中，重质的泥沙浆体从分离器8的下端出口经钻头喷嘴喷出对储层进行原位回填。
本发明中提到的诸如“上端”、“下端”、“向下”等具有方向性的名词，均是以本发明装置实际安装方式进行描述的。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置，其特征在于，包括一端与其他水合物开采双层管及设备连接的动力装置(1)，与动力装置(1)另一端连接的动密封接头(2)，与动密封接头(2)连接并与动力装置(1)对接且可由动密封接头(2)带动旋转的动态分离回填系统(3)，以及与动态分离回填系统(3)连接的钻头(4)；
所述动态分离回填系统(3)包括一端与动密封接头(2)连接的下段双层管(5)，安装在下段双层管(5)内壁上的压差滑套(6)，开设在下段双层管(5)上并与压差滑套(6)初始状态所在位置对应的喷嘴(7)，安装在压差滑套(6)下端并且上端出口与下段双层管(5)管道空隙连通的分离器(8)，开设在分离器(8)顶部过流孔(9)，固定在下段双层管(5)内壁上并与分离器(8)内部连通且用于固定分离器(8)的上承载装置(10)，以及开设在下段双层管(5)上并位于上承载装置(10)下端的天然气水合物回收孔(11)，其中，压差滑套(6)能向分离器(8)方向移动并对过流孔(9)进行封堵，打开分离器入口，并且上承载装置(10)作为分离器(8)的对称入口，同时钻头(4)固定在下段双层管(5)的另一端，喷嘴(7)与回收孔(11)之间的双层管间隙通道通过封隔器(17)隔开。
2.根据权利要求1所述的一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置，其特征在于，所述动力装置(1)包括一端与其他水合物开采双层管及设备连接、另一端与动密封接头(2)连接的上段双层管(12)，安装在上段双层管(12)内壁上的转换连接头(13)，一端与其他水合物开采双层管及设备连接、另一端与转换连接头(13)连接的螺杆泵(14)，以及一端与转换连接头(13)连接、另一端与动密封接头(2)连接的螺杆马达(15)，其中，转换连接头(13)两侧通过在上段双层管(12)的管道空隙中设置桥式通道(18)实现连通。
3.根据权利要求2所述的一种海洋天然气水合物原位动态分离回填装置，其特征在于，所述下段双层管(5)内壁上还设有用于固定分离器(8)下端出口的下承载装置(16)。
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