CN109296345A - 一种海底可燃冰气化分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海底可燃冰气化分离装置。该装置包括：管状的本体；位于所述本体内用以通入蒸汽的蒸汽管；以及连接于所述本体内表面的滤网；所述滤网包括有用以穿设所述蒸汽管的通孔。本发明的可燃冰气化分离装置在使用时安装在油管中下部，可以催化可燃冰固体分解，筛除泥沙，得到纯净的可燃冰气体。当储层内的固体可燃冰进入分离装置后，由滤网拦截，同时由蒸汽管提供热蒸汽对可燃冰固体催化分解，小粒径的可燃冰固体透过向上运动，继续分解，直到分解为甲烷气体，随后收集储存。本发明的可燃冰气化分离装置结构简单、施工简单安全、提高了可燃冰的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及可燃冰开采技术领域。更具体的，涉及一种海底可燃冰气化分离装置。
背景技术
随着经济建设的不断发展，世界对能源的需求越来越大，全球石油天然气常规储量预计在未来四五十年之后将会枯竭，能源危机令人类社会陷入一片不安，在加大节约型经济社会的建设力度的同时，开发新能源也是当代社会的重要任务。然而可燃冰的发现给人类社会带来战胜此次经济危机的信心，仅仅现在探明的可燃冰的储量就是现有石油天然气等化石燃料的2倍，至少够人类社会使用1000年。
可燃冰是天然气分子充填在水的晶体笼架中形成的冰状固体物，又叫天然气水合物或固体气。由于可燃冰中以甲烷为主，故也称甲烷水合物。可燃冰主要赋存于大陆边缘的海底沉积物和陆上冻土带中，由于其具有资源丰富、能量密度高、分布广、规模大、埋藏浅等特点，已成为国际公认的未来全球能源领域中最具发展潜力的战略接替资源之一。
目前对可燃冰的开采基本上处于研究、试验阶段，尚没有可靠、完美的方法和方案。国际上主流的开发方法主要有热激发法、减压法、化学试剂注入法、固体开采法、二氧化碳置换法以及多种开采模式组合法等。目前的开采方法存在诸多问题：生产效率低、开采条件要求高、所用材料昂贵、环境风险大等。
固态流化开采方法因其不改变温度、压力条件，直接将可燃冰粉碎以固态形式被海水提升，迅速成为关注的焦点。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。
CN 201610164444.8公开了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。该方案的气化分离原理主要为采用注入热水传递热能，将可燃冰气化，并通过引流和旋流分离实现气、液、固的分离。其分离结构复杂，分离过程需要注入热水增加了装置的负担，且其需要额外动能提供给旋流分离器，增加了能耗。
因此，目前可燃冰固态流化开采过程中的气化分离还需进一步改进。
发明内容
基于以上背景技术，本发明设计了一种海底可燃冰气化分离装置，该装置安装在钻井油管中下部，通过三级分离装置将开采过程中的可燃冰固体气化分离，在井口处将分离后的甲烷气体压缩收集，避免了固体可燃冰在开采过程中气化泄漏等问题。该气化分离装置结构简单、施工简单安全、提高可燃冰的生产效率。
为了达到以上目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明一方面提供一种海底可燃冰气化分离装置，该装置包括：
管状的本体；
位于所述本体内用以通入蒸汽的蒸汽管；以及
连接于所述本体内表面的滤网；所述滤网包括有用以穿设所述蒸汽管的通孔。
优选地，所述本体的两端开口，且所述开口包括有螺纹。
优选地，所述本体的下端开口包括有外螺纹，上端开口包括有内螺纹。
优选地，所述蒸汽管与所述本体同轴设置；
所述蒸汽管位于所述本体内的一端包括有封堵管尾，另一端连接至钻井平台以通入蒸汽。
优选地，所述蒸汽管的侧壁包括有蒸汽喷孔。
优选地，所述蒸汽喷孔的孔径自上而下依次增大。
优选地，所述蒸汽喷孔沿蒸汽管的轴向分布，且相邻两个蒸汽喷孔成180°相对而开。
优选地，所述滤网包括有自上而下平行设置的三个滤网；且所述滤网的网眼尺寸自上而下依次增大。
优选地，所述本体内表面包括有滑轨；所述滤网可上下移动地连接于所述滑轨上。
优选地，所述滑轨包括均匀分布于所述滤网周围的多个滑轨。
优选地，所述本体内表面包括有滑轨；所述滤网可上下移动地连接于所述滑轨上；
每个滤网四周均匀分布有四个滑轨。
优选地，所述蒸汽管位于每个滤网下的部分均开设有一个蒸汽喷孔；
所述蒸汽喷孔的孔径自上而下依次增大；相邻两个蒸汽喷孔成180°相对而开。
优选地，所述滤网为环氧树脂滤网。
优选地，所述滑轨为非磁性滑轨。
优选地，所述蒸汽管的内壁包括有隔热涂层。
本发明另一方面提供一种可燃冰开采装置，该可燃冰开采装置包括以上海底可燃冰气化分离装置。
本发明的可燃冰气化分离装置在开发可燃冰过程中安装在油管的中下部，通过螺纹与油管连接，在装置本体内部分别有三个环氧树脂滤网；每个环氧树脂滤网与安装在本体内壁上的四个非磁性滑道连接，相邻两个非磁性滑道成90°分布；每个环氧树脂滤网的网眼密度自下而上依次减小；每个环氧树脂滤网中部都有一个通孔，通孔内连接蒸汽管；蒸汽管与上部钻井平台连接，在相邻两个环氧树脂滤网形成空间中的蒸汽管都开有一个蒸汽喷孔，相邻两个蒸汽喷孔空间位置为对向180°，蒸汽喷孔的孔径自上而下依次增大，蒸汽管底部为封堵管尾。
可燃冰开采时，由于储层压力降低，储层内的可燃冰分解，剥落为块状可燃冰固体，块状可燃冰固体进入油管内，随后进入分离装置；当块状的可燃冰进入装置本体时，本体下部的第一层环氧树脂滤网拦截可燃冰固体，与环氧树脂滤网相连接的蒸汽管下部的蒸汽喷孔喷出热蒸汽，加速大块的可燃冰分解，当分解的可燃冰增多时，环氧树脂滤网沿非磁性滑道向上运动，增大下部容纳空间，分解后的小的可燃冰固体通过环氧树脂滤网网眼向上运动，由第二个环氧树脂滤网拦截，随后重复上述过程，直到最后分解为纯净的甲烷气体，通过油管上返到钻井平台，随后收集储存。
本发明的海底可燃冰气化分离装置具有以下有益效果：(1)滤网可以将可燃冰分隔为不同大小的固体同时过滤附着在可燃冰固体上的泥沙；(2)滑轨可以保证分解空间的动态变化，使可燃冰固体充分分解；(3)蒸汽管的热源提供保证了更高效的开采方式。
附图说明
图1为本发明优选实施例中的海底可燃冰气化分离装置的结构示意图。
图2为图1中A-A面的截面示意图。
附图标记说明：1-本体，2-蒸汽管，3-滤网，4-滑轨，5-通孔，6-蒸汽喷孔，7-1-内螺纹，7-2-内螺纹，8-封堵管尾。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明中的上、下等方位描述与可燃冰气化分离装置使用时的安装方位有关，即图中所示方位，或有所倾斜，不应理解为对本发明的限制。
本发明提供一个优选实施例，如图1和图2所示，该优选实施例的可燃冰气化分离装置包括：管状的本体1；位于所述本体1内用以通入蒸汽的蒸汽管2；以及连接于所述本体1内表面的滤网3；所述滤网3包括有用以穿设所述蒸汽管2的通孔5。
在海洋石油钻井结束后，会通过钻井井筒沟通储层与钻井平台，随后下入油管进入储层对可燃冰进行开采。本发明的可燃冰气化分离装置通过本体连接于油管的中下部，当大块的可燃冰固体进入油管后，滤网会拦截其向上运动，蒸汽管一端连接至钻井平台以向可燃冰气化分离装置内通入蒸汽，将可燃冰固体气化分解，甲烷气体沿油管上返到钻井平台，随后收集储存。蒸汽相较于热水可提供更多的热量，以加速可燃冰的分解。
如图1所示，本优选实施例中所述本体1的两端开口，且所述开口包括有螺纹。进一步的，所述本体1的下端开口包括有外螺纹7-2，上端开口包括有内螺纹7-1；以此更好的连接在油管上。
进一步的，如图1所示，所述滤网3包括有自上而下平行设置的三个滤网；且所述滤网的网眼尺寸自上而下依次增大，即网眼密度自上而下依次减小。当可燃冰通过环氧树脂滤网时，由于地层中采出的可燃冰固体的大小不同，随后可燃冰依次通过三层滤网，提高了可燃冰的分离速率，同时可以筛除附着在可燃冰固体上的泥沙，保证油管内壁的清洁。环氧树脂具有很高的耐腐蚀性和热稳定性，可以延长滤网的使用寿命，因此，本优选实施例采用环氧树脂滤网。能够通过梯级分离形式将固体可燃冰分离为纯净甲烷气体，施工简单安全，提高可燃冰的生产效率。
进一步的，所述本体1内表面包括有滑轨4；所述滤网可上下移动地连接于所述滑轨4上。这样可以保证两个滤网之间的空间是动态变化的，可以大大提高分离可燃冰时的效率。每层滤网四周均匀分布有四个滑轨，即任意两个滑轨在装置本体内壁截面上成90°分布；如此可以保证滤网在上下移动过程中的平稳。本领域技术人员容易理解的，每层滤网四周可根据具体情况设置不同数量的滑轨，保持滑轨的均匀分布即可。
如图2所示，所述蒸汽管2与所述本体1同轴设置；在每个滤网3中部都开有通孔5，通孔5的大小比蒸汽管2的直径略大，以此保证蒸汽管2穿设于滤网3后，不会阻碍滤网3的自由移动。本领域技术人员容易理解的，蒸汽管与本体同轴设置时可以保证蒸汽加热均匀，而当蒸汽管与本体为非同轴设置时，虽然效果不如同轴设置好，但也能达到通入蒸汽以催化可燃冰气化的效果，同时，滤网上的通孔的位置也相应设置即可。
进一步的，蒸汽管2上包括有蒸汽喷孔6，用以喷射出蒸汽。本领域技术人员容易理解的，所述蒸汽喷孔在蒸汽管上的分布可以是多样的，例如马蜂窝状的，即比较小的蒸汽喷孔密集排布；又或者环状分布等。在本优选实施例中，如图1所示，在每层滤网3下部的蒸汽管2均开有一个蒸汽喷孔6，蒸汽喷孔6呈轴向分布，即沿着蒸汽管2的延伸方向呈上下排布。相邻两个蒸汽喷孔6成180°相对而开，且蒸汽喷孔6的孔径自上而下依次增大，最下方的孔径最大，能够为刚进入气化分离装置的大块可燃冰提供最大量的热能。蒸汽管2底部为封堵管尾8，如此设计可以使得蒸汽管喷射压力增大，可燃冰固体的受热均匀，分解速率成倍提高，且获得纯净的气体。
本优选实施例中的蒸汽管是一种内部有隔热涂层的连续管，隔热涂层可以降低蒸汽从钻井平台到蒸汽喷孔过程中的热量损失，蒸汽管与钻井平台连接，钻井平台上提供蒸汽并沿蒸汽管注入。
根据可燃冰的不稳定特性，在外界环境温度升高或压力降低时，可燃冰会分解为甲烷和水；由于分解速率的不同，会在储层中出现大块的可燃冰固体，可能造成井筒堆积堵塞，产生严重后果。本优选实施例的可燃冰气化分离装置安装在油管中下部，当大块的可燃冰固体进入油管后，装置最下部的环氧树脂滤网会拦截其向上运动，同时环氧树脂滤网会沿着非磁性导轨和蒸汽管向上运动，形成一定空间，保证地层中的固体可燃冰可以持续进入油管；随后蒸汽管中的高温蒸汽从下部蒸汽喷孔喷出，大块可燃冰固体分解成小块固体，沿环氧树脂滤网向上运动；分解后的小块固体可燃冰被第二层环氧树脂滤网阻挡后，与上述过程相同，直至通过第三层环氧树脂滤网后分解为纯净的甲烷气体，并沿油管上返到钻井平台，随后收集储存。
考虑到装置在工作过程中可能会遇到一些强磁性装置的干扰从而导致失去了滑轨原有的灵活度，致使装置不能正常运行，影响工作质量。本优选实施例中的滑轨选用非磁性滑轨以避免出现以上问题。
本发明另一方面提供一种可燃冰开采装置，该可燃冰开采装置包括本发明中的海底可燃冰气化分离装置。以此能够更加高效的完成海底可燃冰的开采。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (16)
1.一种海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，该装置包括：
管状的本体；
位于所述本体内用以通入蒸汽的蒸汽管；以及
连接于所述本体内表面的滤网；所述滤网包括有用以穿设所述蒸汽管的通孔。
2.根据权利要求1所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述本体的两端开口，且所述开口包括有螺纹。
3.根据权利要求2所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述本体的下端开口包括有外螺纹，上端开口包括有内螺纹。
4.根据权利要求1所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述蒸汽管与所述本体同轴设置；
所述蒸汽管位于所述本体内的一端包括有封堵管尾，另一端连接至钻井平台以通入蒸汽。
5.根据权利要求4所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述蒸汽管的侧壁包括有蒸汽喷孔。
6.根据权利要求5所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述蒸汽喷孔的孔径自上而下依次增大。
7.根据权利要求6所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述蒸汽喷孔沿蒸汽管的轴向分布，且相邻两个蒸汽喷孔成180°相对而开。
8.根据权利要求1所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述滤网包括有自上而下平行设置的三个滤网；且所述滤网的网眼尺寸自上而下依次增大。
9.根据权利要求1所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述本体内表面包括有滑轨；所述滤网可上下移动地连接于所述滑轨上。
10.根据权利要求9所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述滑轨包括均匀分布于所述滤网周围的多个滑轨。
11.根据权利要求8所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述本体内表面包括有滑轨；所述滤网可上下移动地连接于所述滑轨上；
每个滤网四周均匀分布有四个滑轨。
12.根据权利要求11所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述蒸汽管位于每个滤网下的部分均开设有一个蒸汽喷孔；
所述蒸汽喷孔的孔径自上而下依次增大；相邻两个蒸汽喷孔成180°相对而开。
13.根据权利要求1-12任一项所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述滤网为环氧树脂滤网。
14.根据权利要求9-12任一项所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述滑轨为非磁性滑轨。
15.根据权利要求1-12任一项所述的海底可燃冰气化分离装置，其特征在于，所述蒸汽管的内壁包括有隔热涂层。
16.一种可燃冰开采装置，其特征在于，该可燃冰开采装置包括权利要求1-14任一项所述的海底可燃冰气化分离装置。
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