CN108999577B - 一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置，该装置用于水合物流化开采中井下小直径双层连续管和大直径双层结构工具管串连接与流道转化，其中，小直径双层连续管外管为光管，通过压套挤压六瓣型卡瓦咬合外管连接，压套通过螺纹连接于变径接头体上，大直径双层结构管串外管通过螺纹与变径接头体连接；变径接头体内部有两个流道，外部流道接通小直径双层连续管与大直径双层结构管串的外腔，内接流道接通小直径双层连续管与大直径双层结构管串的内腔；变径外接流道均匀分成了四个环空流道，其截面为外凸式曲面。本发明实现了不同直径的双层结构管串连接；增大了变径处过流面积，减小了接头处压降及振动；提高了光管连接的抗拉性。

Description

一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置
技术领域
本发明涉及到天然气水合物开采技术领域，尤其涉及到一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置。
技术背景
天然气水合物是世界上所发现的清洁、优质、高效的新型能源，是油气工业的研究热点，也是未来的能源战略中不可或缺的重要物资。天然气水合物的全球储量巨大，但是目前的开发尚未成熟，尤其在海洋方面，传统开采方法有降压法、注热法、化学抑制剂法和CO2置换开采法等，这些方法只对极地砂岩和海域砂岩储层天然气水合物进行了短期试采技术示范验证，安全性无法完全保证。因此对于储存在海底表层300米之内深水浅层的天然气水合物的开发则需要考虑一种全新的开采模式。周守为等根据世界海域水合物取样和我国海域水合物取样情况，提出了深水浅层天然气水合物固态流化开采技术，减少浅层水合物分解可能带来的环境风险，达到绿色可控开采的目的。
在海底浅层水合物固态流化开采中，需采用双层连续管代替常规油气开采的单层管，以达到外管向下输送高压海水和内管向上输送天然气水合物的效果。水合物钻进和采掘过程中，是通过双层连续管由平台至井底连接水合物井下工具管串。而现有双层连续管尺寸规格相比水合物井下工具管串的尺寸规格都较小。因此，在固态流化开采中，为了保证双层连续管作业，需实现小直径双层连续管与大直径双层结构管串的可靠稳定连接。同时，小直径双层连续管的内外管均为光管，现有的连续管连接头无法直接满足双层连续管的可靠连接，并且在作业过程中，双层连续管需要拖拉大直径双层结构管串回拖作业，因而需要保证连接装置处有很高的稳定性和抗拉强度。因此，为了实现基于双层管技术的深水浅层天然气水合物固态流化开采，需要发明一种变径的双层连续管连接装置，以保证可以将小直径双层连续管与大直径双层结构管串可靠连接，增大双层连续管和双层结构管串外通道通径，增强双层连续管光管处的稳定和抗拉强度，并减小高压海水注入通过连接接头处造成的压降和振动。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于天然气水合物固态流化开采时变径双层连续管的连接装置，解决了大直径双层结构管串与小直径双层连续管之间的变径接通问题，解决了连接装置与小直径双层连续管的光管连接问题，减小了高压液体变向流动造成的压降与振动问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：变径双层连续管连接装置包括变径接头体、六瓣型卡瓦以及卡瓦压套，安装在小直径双层连续管的下端和大直径双层结构管串的上端，其中变径接头体的上端与卡瓦压套通过螺纹连接，卡瓦压套内部与小直径双层连续管间设有六瓣型卡瓦，以用来连接变径接头体与光管；变径接头体还与大直径双层结构管串的外管通过锥螺纹连接，与内管通过普通螺纹连接；变径接头体内部有两个腔体，内部腔体接通大直径双层结构管串和小直径双层连续管的内腔，并设有O型密封圈，用于小径双层连续油管内管的密封，外部腔体接通小直径双层连续管和大直径双层结构管串的外部通道，其中该腔体截面为外凸式光滑曲面。
本发明具有以下优点：
(1)可实现变径连接，接通不同直径的双层连续管；(2变径腔体截面为外凸式曲面，中间空间较大，在高压海水的输送变向时可以减小振动；(3)六瓣型卡瓦配合接头咬合在光管上，抗拉强度大，稳定性高；(4)大直径双层结构管串与变径接头体的锥螺纹连接减小了工作振动时造成的松动。
附图说明
图1为大直径双层结构管串与小直径双层连续管连接的剖视图；
图2为大直径双层结构管串与小直径双层连续管连接的整体示意图；
图3为变径接头体的结构图；
图4为变径接头体的俯视轴侧图；
图5为变径接头体的变径流道放大图；
图6为卡瓦压套剖视图；
图7为六瓣型卡瓦轴侧图。
附图标记说明：
1-小直径双层连续管内管；2-小直径双层连续管外管；3-卡瓦压套；4六瓣型卡瓦；5-变径接头体；6-垫片；7-密封圈；8-大直径双层结构管串外管；9-大直径双层结构管串内管；10-扶正块；301-压套内部的楔形面；302-压套内部卡瓦的限位台阶；401-卡瓦的梯形牙齿；402-卡瓦的外楔形面；501-变径接头体中小直径双层连续管外管的限位台阶；502-变径接头体上压套的限位台阶；503-变径接头体中外腔体的入口；504-变径接头体上大直径双层结构管串外管的限位台阶；505-变径接头体上大直径双层结构管串内管的限位台阶；506-变径接头体中的变径外腔；507-变径接头体中的内腔；508-变径接头体中小直径双层连续管内管的限位台阶。
具体实施方式
如图1-图6所示，一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置，包括变径接头体(5)、六瓣型卡瓦(4)以及压套(3)，其中变径接头体(5)安装在大直径双层结构管串的上端，与外管(8)采用锥螺纹连接，与内管(9)采用普通螺纹连接；压套(3)通过普通螺纹连接安装在变径接头体(5)的上端；小直径双层连续管安装在变径接头体的上端，内管(1)插入接头体的内腔，压套(3)内部通过六瓣型卡瓦(4)楔进管壁抱紧连接；在各个结构与变径接头体(5)的连接处均设有O型密封圈(7)。
变径接头体(5)安装在小直径双层连续管的下端，与压套(3)普通螺纹连接，压套(3)与小直径双层连续管的外管(2)间采用六瓣型卡瓦(4)连接固定，安装时压套(3)与变径接头体(5)通过螺旋进给，两者之间留有垫片(6)，六瓣型卡瓦(4)在压套(3)的内部，卡瓦上端的楔形面(402)逐渐贴合在压套内部的楔形面(302)上，通过楔进管壁抱紧小直径双层连续管的外管(2)，六瓣型卡瓦(4)牙齿(401)咬合在小直径双层连续管的外管(2)上；小径双层连续油管的外管(2)的端面与变径接头体(5)内部的台阶(501)接触，用于限定双层连续油管外管(2)伸入变径接头体(5)的长度；变径接头体(5)安装在大直径双层结构管串的上端，与外管(8)通过锥螺纹连接，与内管(9)通过普通螺纹连接，大直径双层结构管串的外管(8)的端面与变径接头体(5)外部的台阶(504)接触，用于限定大直径双层结构管串的外管(8)接入变径接头体(5)的长度，大直径双层结构管串的内管(9)端面与变径接头体(5)外部台阶(505)接触，用于限定大直径双层结构管串内管(9)接入变径接头体(5)的长度；在变径接头体(5)的内部有两个通道，其中一个为变径的外部腔体(506)，接通小直径双层连续管与大直径双层结构管串的外部通道，另一个为内部腔体(507)，接通双层连续管的内腔，在变径接头体(5)与小直径双层连续管外管(2)、小直径双层连续管内管(1)、大直径双层结构管串外管(8)、大直径双层结构管串内管(9)及下部工具的连接处均设有O型密封圈(7)，起到密封作用。
采用上述结构，当固态流化开采时，高压海水在小直径双层连续管的外管下行，从海水注入口(503)进入变径接头体的外部腔体(506)，通过变径之后高压海水进入大直径双层结构管串的外管继续下行；抽吸上来的天然气水合物经过变径接头体(5)的内部腔体(507)进入小直径双层连续管的内腔后继续向上输送。
本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置：其特征在于包括变径接头体(5)、六瓣型卡瓦(4)以及压套(3)；变径接头体(5)安装在大直径双层结构管串的上端，与大直径双层结构管串外管(8)采用锥螺纹连接，与大直径双层结构管串内管(9)采用普通螺纹连接；压套(3)通过普通螺纹连接安装在变径接头体(5)的上端；小直径双层连续管安装在变径接头体的上端，内管(1)插入接头体的内腔，压套(3)内部通过六瓣型卡瓦(4)楔进管壁抱紧连接；在各个结构与变径接头体(5)的连接处均设有O型密封圈(7);
变径接头体(5)上端伸入压套(3)内腔中，且自身内腔中设有小直径双层连续管的限位台阶；中间部分直径最大，其上方台阶用于压套的限位，且内部有变径接头体中的变径外腔(506)，该变径外腔将小直径双层连续管与大直径双层结构管串的外部管道接通，下方则设有大直径双层结构管串外管(8)的限位台阶；另一个为内部腔体，接通双层连续管的内腔，在变径接头体(5)与小直径双层连续管外管(2)、小直径双层连续管内管(1)、大直径双层结构管串外管(8)、大直径双层结构管串内管(9)及下部工具的连接处均设有O型密封圈(7)，起到密封作用；变径接头体(5)下端的直径与上端相同，其与中间部分生成的台阶用于大直径双层结构管串内管(9)的限位。
2.如权利要求1所述的一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置：其特征在于压套(3)通过与变径接头体(5)在螺纹旋进过程中互相靠近，六瓣型卡瓦(4)在压套(3)内受到变径接头体(5)的推力作用产生移动，其楔形面受压套内部楔形面的挤压向小直径双层连续管外管(2)作用，六瓣型卡瓦牙齿咬合在光滑小直径双层连续管外管上，实现连接。
3.如权利要求1所述的一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置：其特征在于所述变径接头体的变径外腔(506)为周向均匀分布的四个环空流道，出口处过流面积大于入口处，内部空间较大，其截面为外凸曲面，保证高压流体变向时能减小振动。
4.如权利要求1所述的一种水合物固态流化开采变径双层管连接装置：其特征在于所述的六瓣型卡瓦(4)前端被平均分为六瓣，每瓣有九颗牙齿，齿型为等腰梯形，且上边长很小，中间留有空隙，且其截面为楔形，后端则为圆形台阶，内部留有退刀槽，保证小直径双层连续管回拖大直径双层结构管串时的稳定性和抗拉性。
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