CN109772826B - 一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气管道清理技术领域，具体涉及一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器。此装置可以用于清除天然气管道中的水合物堵塞，且拥有自解堵功能。所述清管器由独立的两部件组成，可分离使用亦可组装使用。所述清管器包括摩擦系统、生石灰加热气体系统、安全系统、及备用动力装置。摩擦系统的凿切功能可用于清理未完全堵塞流通面积且附着于管壁的水合物沉积；摩擦系统的削切功能与持续摩擦功能配合生石灰加热气体系统可应对完全堵塞流通面积的水合物堵塞段。本发明清管器在应对天然气管道中水合物堵塞的各类问题上，具有直接、彻底、易操作、经济等优点。

Description

一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器

技术领域

本发明属于天然气管道清理技术领域，具体涉及一种可以用于清除天然气管道中的水合物堵塞，且拥有自解堵功能的清管器。

背景技术

天然气水合物是在一定压力和温度条件下，天然气中的水与甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、氮气、二氧化碳及硫化氢等分子形成的笼型结晶状化合物，外观形似松散的冰或致密的雪的白色结晶体。由于天然气水合物易造成井筒、输气管线的堵塞，因而会极大程度上影响气田的正常生产。有相关研究表明，在苏里格气田的运行过程中，水合物堵塞已经成为冬季制约产能、导致安全隐患的主要因素。

目前广泛采用注入热力学抑制剂(如甲醇、乙二醇等)的方法改变相平衡，使水合物生成温度低于管道运行温度或水合物生成压力高于管线操作压力，以此来阻止水合物的形成，但传统的热力学抑制剂存在用量大，且污染环境等问题。鉴于此，学者们将关注点投向了用量少、无毒、成本低的动力学抑制剂(KHIs)与阻聚剂(AAs)。但无论是热力学抑制剂、动力学抑制剂还是阻聚剂，它们都是作用于水合物生成前，起到预防缓解水合物生成及堵塞的作用。而当水合物已经生成于管道内或堵塞管道时，以上的这些添加剂将失效。具有直接、彻底、易操作、无污染、经济等优点的清管器将是一种解决既成堵塞的高效方法。

目前，已有的清管器，设计功能多着眼于输油管道，或是追求多种环境工况下的清管，虽然其适应性很强，能“一器多用”，但由于水合物管道堵塞的特性，单纯得将其从管壁上剥落，并向前推行的清理方式，很大可能会导致水合物形成更加剧烈的堵塞，更别提当现有的清管器面对体积较大且完全堵塞流通面积的水合物时的无力甚至卡堵。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，清管器由两个独立部件组成。其中，清管器本体通过一个垂直筒体且可旋转的摩擦面摩擦管道中生成的水合物堵塞段，通过摩擦促进水合物的分解。此外，清管器本体后部经生石灰加热的天然气透过旋转摩擦面的空隙喷射到水合物堵塞段，进一步促进其分解。而当清管器本体发生卡堵及电路异常时，本发明所述的清管器备用动力装置打入管道，通过内外螺纹，实现两部件连接。可替代成为清管器本体的动力装置。通过本发明，实现清理天然气管道中的水合物堵塞。

本发明所采用的技术方案为：一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，包括清管器本体，所述清管器本体包括：

第一筒体；

套设在所述第一筒体外部的第一皮碗，所述第一皮碗与管道内径的过盈配合，过盈量优选3％-5％，第一皮碗作用是用于支持清管器体形与体重，同时边缘弧形唇部起密封作用。

转动设置在第一筒体前端的清理头，所述清理头紧贴水合物堵塞段的一侧设有摩擦面；

安装在第一筒体内的第一马达，所述第一马达的输出端与清理头动力连接。

进一步的，所述清理头的外侧设有倒角，当第一马达通电并驱动清理头转动时，其外侧设置的倒角与水合物段发生凿切、摩擦产生热量促进其分解。

为了加强清除效果并避免摩擦面损伤管道内壁，进一步的，所述清理头为十字型(其材质优选碳素工具钢T12)，所述摩擦面由锯齿纹路构成且齿距为2.30mm-0.83mm，所述清理头的外侧与管道内壁之间的间距为管道内径的0.1倍，所述倒角角度为30°，该角度借鉴工具斧的刃角，能更好凿切附着于管壁处的水合物沉积。

进一步的，清理头上开设有贯穿其前后端面的气道，还包括：

设置在第一筒体后端的天然气自配重，所述天然气自配重上开设有天然气进口。天然气自配重作用为平衡第一筒体前端的清理头的重量，防止清理头过重压迫第一皮碗致使皮碗不能有效支撑与密封。

高压管线，所述高压管线包括相互连通的进气管和出气管，所述出气管的出气口连接有高压喷嘴，用于向附着在管壁上的水合物沉积物喷吹天然气；

依次连接设置在第一筒体内部的水仓和生石灰仓，所述水仓通过进气管与天然气进口连接，所述生石灰仓与出气管远离高压喷嘴的一端连接。通过本步优化，清管器后部的部分天然气可以通过天然气进口沿高压管线进入水仓，润湿后的天然气经安全仓后，通入生石灰仓，生石灰吸收水分后，放出干燥的且带有热量的天然气，该气体再经由高压管线从喷嘴处喷射而出，并经由清理头气道作用于管道堵塞段的水合物沉积物上。利用生石灰吸收清管器后部气体中的水分，使其干燥防止水合物的二次生成，释放出的热量供应至清管器前部，加快水合物的分解。

进一步的，所述第一筒体内还设有用于定位其在管道中位置的第一电磁波发射装置。通过该装置可将清管器位于管中的位置以电磁波信号的形式实时反馈给场站，使场站及时获知清管器的相关信息。

进一步的，所述天然气自配重的后端面沿轴向设有安装孔，所述安装孔内设有内螺纹；所述清管器还包括备用动力装置，所述备用动力装置包括：第二筒体、设置在第二筒体外部的第二皮碗、沿轴向转动设置在第二筒体前端且与安装孔的内螺纹相配合的外螺纹接口，以及安装在第二筒体内部的第二马达，所述第二马达的输出端与外螺纹接口动力连接。所述清管器的备用动力装置为清管器本体的备用动力系统，当清管器本体在管道正常清理过程中发生卡堵或电路问题时，将开启备用动力装置并打入管道，利用其外螺纹接口与清管器本体的安装孔螺纹连接，螺纹紧合后，备用动力装置的第二马达持续运转并带动受阻的清管器本体整体旋转，以达到清管器本体前部清理头不停止工作的目的。

更进一步的，所述水仓和生石灰仓之间还设有安全仓，所述安全仓的一端与水仓连接，其另一端与生石灰仓连接。当清管器本体正常运行时，仅清理头发生旋转，安全仓不起作用，即安全系统不产生功能；但当清管器本体发生故障时，备用动力装置进入管道，两部件螺纹紧合后，备用动力装置内的第二马达继续运转并带动清管器本体整体旋转，此时安全仓的作用为提供一个缓冲空间给水仓，安全系统启动，防止短时间内大量水涌入生石灰仓，放出大量热量，压破仓体。

所述第二筒体内还设有用于定位其在管道中位置的第二电磁波发射装置，通过该装置可将备用动力装置位于管中的位置以电磁波信号的形式实时反馈给场站，使场站及时获知清管器的相关信息。

进一步的，第一筒体内设有第一电池仓和/或第二筒体内设有第二电池仓，所述第一电池仓内装有用于向第一马达供电的高效电池，和/或第二电池仓内设有用于向第二马达供电的高效电池。

进一步优化的，第一皮碗、第一马达、天然气自配重、高压管线、水仓、生石灰仓、安全仓及第一电磁波发射装置均可拆卸安装于第一筒体内，以便日常维护更换与更新。

本发明的有益效果为：①清理头外侧设置的倒角，形成凿切，去除附着于管壁上的水合物沉积物；②通过旋转清理头持续摩擦与削切，破坏完全堵塞流通面积的水合物沉积物；③通过生石灰加热气体系统，一者使天然气干燥防止气体进入清管器前部后产生二次堵塞，二者利用生石灰放出的热量，以气体为热量的载体，喷射至清管器前部，加快水合物的分解。④通过清管器的备用动力装置，以螺纹连接的形式，为清管器清管器本体提供备用动力，以应对水合物堵塞段较长，堵塞情况较为严重的工况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明清管器清管器本体结构示意图；

图2为本发明清管器备用动力装置结构示意图；

图3为本发明清管器清管器本体A-A方向的剖视图；

图4为本发明清管器清管器本体B-B方向的剖视图；

其中，1.清理头，2.第一传动杆，3.第一电磁发生装置，4.第一马达，5.第一高效电池组，6.第一电池仓，7.螺栓，8.高压喷嘴，9.第一皮碗，10.高压管线，101.进气管，102.出气管，11.直流单向阀，12.生石灰仓，13.水仓，14.安全仓，15.隔离挡板，16.天然气自配重，17.安装孔，18.天然气进气口，19.外螺纹接口，20.第二传动杆，21.第二皮碗，22.第二电磁发生装置，23.第二马达，24.第二高效电池组，25.第二电池仓。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

如图1至图4所示，一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器。

1.清管器本体内部构造方面：清管器本体包括第一筒体，第一筒体内部设有第一传动杆2，与第一传动杆2的一端连接第一马达4，其另一端从第一筒体前端伸出；包裹在第一电池仓6内的第一高效电池组5；第一马达前侧布置的第一电磁波发射装置3。同时，清管器本体后端设有天然气自配重16，天然气自配重16设有天然气进口18，中部设有以高压管线依次连接的隔离挡板15、水仓13、安全仓14、生石灰仓12；隔离挡板15、水仓13、安全仓14、生石灰仓12均以螺栓连接安装于第一筒体内部，以便拆卸替换。

2.清管器本体外部构造方面：第一筒体外部两侧布置有与生石灰仓(12)相连接的直流单向阀11、高压管线10和高压喷嘴8；通过螺栓7与第一筒体连接的四组第一皮碗9。第一筒体前端布置有与第一传动杆2连接的清理头1。第一筒体后部设有的天然气自然配重16内沿轴向设有安装孔17。

具体的，高压管线10包括相互连通的进气管101和出气管102，出气管102的出气口连接有高压喷嘴8，高压喷嘴8朝向清管器本体的正前方，且用于向附着在管壁上的水合物沉积物喷吹天然气。水仓13通过进气管101与天然气进口18连接，生石灰仓12与出气管102远离高压喷嘴的一端连接，进气管101和出气管102上均设有直流单向阀。

清理头1为十字形，十字形清理头的外侧设有30°倒角，十字型清理头的前端端面上设有构成摩擦面的锯齿纹路，锯齿纹路的齿距为2.30mm-0.83mm，所述清理头1的外侧与管道内壁之间的间距为管道内径的0.1倍。

3.清管器备用动力装置构造方面：备用动力装置包括第二筒体，第二筒体内部有包裹在第二电池仓25内的第二高效电池24，通过导线与第二高效电池24相连的第二马达23，与第二马达23输出端相连的第二传动杆20，和位于第二马达23前部的第二电磁波发射装置22。第二筒体外部包括与第二传动杆20相连的且与安装孔17的内螺纹相配合的外螺纹接口19；通过螺栓与清管器筒体连接的两组第二皮碗21。

4.摩擦系统方面：第一马达4、第一高效电池5、第一传动杆2为清理头1提供动力，使其旋转产生凿切、摩擦、削切等效应。对于附着于管壁上的水合物沉积物，清理头1以凿切的方式破坏其附着，使其脱落分解。对于完全堵塞流通面积的水合物堵塞段，清理头1通过持续摩擦产生热量、通过削切破坏水合物结构，两者共同作用以此促进其分解。具体的，第一高效电池组5通过导线与第一马达4连接，并用于向第一马达4供电，第一马达4的输出端与第一传动杆2的一端固定连接，第一传动杆2的另一端与清理头固定连接。

5.生石灰加热天然气系统方面：天然气自配重16上开设天然气进口(18)进入清管器内部的高压管线。经过水仓13润湿后进入生石灰仓12，脱除气体内的水分，并携带生石灰放出的热量。高热且干燥的且沿高压管线10和直流单向阀11，至高压喷嘴8处喷射而出，通过清理头1的间隙作用于水合物堵塞段。本系统完成两大功能，一者干燥天然气防止水合物的二次生成，二者利用生石灰释放出的热量，加快堵塞段水合物的分解。

6.安全系统方面：当清管器本体正常运行时，仅清理头1发生旋转，安全仓14不起作用，即安全系统不产生功能；但当清管器本体发生故障时，备用动力装置进入管道，两部件螺纹紧合后，备用动力装置内的第二传动杆20继续旋转会带动清管器本体整体旋转，此时安全系统启动，安全仓14的作用为提供一个缓冲空间给水仓，防止短时间内大量水涌入生石灰仓(12)，放出大量热量，压破仓体。

7.备用动力系统方面：清管器在正常工作过程中，因管内情况复杂，不可避免的会出现卡堵等特殊工况。本发明所述清管器当清管器本体在管道正常清理过程中发生卡堵或电路问题时，将备用动力装置，即备用动力系统打入管道，利用其外螺纹接口19与清管器本体尾部的安装孔17相连。当两部件螺纹紧合后，备用动力装置内的第二传动杆20持续旋转，可以带动受阻的清管器本体整体旋转，以达到清管器本体前部清理头11不停止工作的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：包括清管器本体，所述清管器本体包括：

第一筒体；

套设在所述第一筒体外部的第一皮碗（9），所述第一皮碗与管道内径过盈配合；

转动设置在第一筒体前端的清理头（1），所述清理头（1）紧贴水合物堵塞段的一侧设有摩擦面；

安装在第一筒体内的第一马达（4），所述第一马达（4）的输出端与清理头（1）动力连接；

所述清理头（1）的外侧设有倒角；

清理头（1）上开设有贯穿其前后端面的气道，还包括：

设置在第一筒体后端的天然气自配重（16），所述天然气自配重（16）上开设有天然气进口（18）：

高压管线（10），所述高压管线（10）包括相互连通的进气管（101）和出气管（102），所述出气管（102）的出气口连接有高压喷嘴（8），用于向附着在管壁上的水合物沉积物喷吹天然气；

依次连接设置在第一筒体内部的水仓（13）和生石灰仓（12），所述水仓（13）通过进气管（101）与天然气进口（18）连接，所述生石灰仓（12）与出气管（102）远离高压喷嘴的一端连接。

2.根据权利要求1所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述清理头（1）为十字形，所述摩擦面由锯齿纹路构成且齿距为2.30mm-0.83mm，所述清理头（1）的外侧与管道内壁之间的间距为管道内径的0.1倍，所述倒角角度为30°。

3.根据权利要求1所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述进气管（101）和出气管（102）上均设有直流单向阀。

4.根据权利要求1所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述第一筒体内还设有用于定位其在管道中位置的第一电磁波发射装置（3）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述天然气自配重（16）的后端面沿轴向设有安装孔，所述安装孔（17）内设有内螺纹；所述清管器还包括备用动力装置，所述备用动力装置包括：第二筒体、设置在第二筒体外部的第二皮碗（21）、沿轴向转动设置在第二筒体前端且与安装孔（17）的内螺纹相配合的外螺纹接口（19），以及安装在第二筒体内部的第二马达（23），所述第二马达（23）的输出端与外螺纹接口（19）动力连接。

6.根据权利要求5所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述水仓（13）和生石灰仓（12）之间还设有安全仓（14），所述安全仓（14）的一端与水仓（13）连接，其另一端与生石灰仓（12）连接。

7.根据权利要求5所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述第二筒体内还设有用于定位其在管道中位置的第二电磁波发射装置（22）。

8.根据权利要求5所述的专用于清除天然气管道水合物堵塞的清管器，其特征在于：所述第一筒体内设有第一电池仓（6）和/或第二筒体内设有第二电池仓（25），所述第一电池仓（6）内装有用于向第一马达（4）供电的高效电池，和/或第二电池仓（25）内设有用于向第二马达（23）供电的高效电池。

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