CN110206527A - 一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，主要解决了水合物开采过程中，出砂严重，不能回填，现有分离系统效率低下和处理量不足的问题，包括依次连接的顶部短节、并联总成、底部总成和一体式外管，其中并联总成包括依次连接的并联短节、回填管、螺旋分离器和内管，底部总成包括依次连接的底部短节、螺旋分离器和底部内管。该装置通过在管串内并联多个螺旋分离器，保证分离精度的同时极大提高处理量。本发明在水合物开采管串内实现了多个螺旋分离器的并联，极大提高了整个分离系统的工作能力，解决了开采水合物的中出砂量大的问题，保证砂的回填，防止储层坍塌，降低设备磨损和水合物开采的成本。
Description
技术领域
本发明涉及海底天然气水合物开采技术领域，涉及一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置。
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。
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，这些方法只适用于具有良好的盖层的天然气水合物储层，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、砂进行分离、分解气化等处理。
在应用“固态流化”方法开采海底浅层水合物时，开采井筒空间有限，井筒径向空间小，单个螺旋分离器处理量小，往往达不到开采处理量的要求。现有并联螺旋分离器装置安装困难，且安全性能得不到保障。
公布号为CN102225385A，公告日为2011年10月26日的中国专利公开了一种并联了两个旋流水沙螺旋分离器的装置，但这种装置只能固定并联两个螺旋分离器，且体积庞大，不能应用于水合物开采管串。
公布号为CN103835694A，公告日为2014年6月4日的中国专利公开了一种旋流器并联式海上用大流量井下油水螺旋分离器，该装置将五个螺旋分离器分成三级并联安装在一起，达到并联的效果，但这种并联方式为了缩小体积使用了小流量螺旋分离器，装置处理量有限，并且依然不能调整并联螺旋分离器数量。
综上所述，提出一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置对于解决了开采水合物的中出砂量大，保证砂的回填，防止储层坍塌，降低管输效率和设备磨损，降低水合物开采的成本是非常必要的。
发明内容
本发明的内容在于提供一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，解决现有技术中水合物开采管串中单个分离器的处理能力不足，不能有效分离水合物原浆中泥砂的问题。
为了实现上述目的，本发明专利采用的技术方案如下：
一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，包括依次连接的顶部短节、回填管、堵头、并联总成(可同时安装多个或不安装)、底部总成和外管，其中并联总成包括依次连接的并联短节、螺旋分离器、内管回填管，底部总成包括依次连接的底部短节、螺旋分离器和内管。其中所述顶部短节与并联总成间、多个并联总成间、并联总成与底部短节间都相互固定，同时外管同时与顶部短节与底部总成相互连接，并与并联总成相互固定。
进一步的，所述并联总成中，并联短节内设有回填通道、水合物原浆通道、水合物并联通道，回填管固定在回填通道的端部，并联短节的上下端均设有与内管及底部内管相连接的台阶，内管安装在并联短节的上端，并与并联短节相互固定，螺旋分离器底部的水合物原浆入口与并联短节的水合物原浆通道相连接，内管内侧设有隔板，螺旋分离器外部设有隔板安装槽，二者相互连接，将整个环空分隔成水合物原浆环空与水合物环空。
所述底部总成中，底部短节内设有海水通道和水合物原浆通道，并联短节的上端设有与内管相连接的台阶，内管安装在底部短节的上端，并与并联短节相互固定，底部短节的下端留有与其他部件连接的结构。
所述装置可以通过安装不同数量的并联总成或不安装并联总成来实现调整螺旋分离器并联数量的目的。
当水合物原浆进入底部短节时，通过底部短节和所有并联短节内部的水合物原浆通道分别进入底部总成和所有并联总成的水合物原浆环空中，然后从螺旋分离器的轴向入口进入螺旋分离器，并分离成水合物和泥砂。
分离出的水合物从每个螺旋分离器的水合物出口进入上一层短节的水合物并联通道中，所有进入并联短节中的水合物均从内部的水合物并联通道进入上层的水合物环空，再进入上一层并联短节或顶部短节的水合物并联通道并与其他的水合物汇合，直到到达顶部短节并共同上排。
分离出的泥砂从每个螺旋分离器上部的泥砂出口进入上方短节的泥砂通道，并最终通过回填管排至外环境。
海水从顶部短节、并联短节和底部短节与外管间的间隙以及内管与外管间预留的海水通道通过，实现输送海水的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将传统的螺旋分离器与并联的方法结合起来，克服了单个螺旋分离器处理量有限的问题，极大的提高了螺旋分离器的工作能力，并优化了螺旋分离器并联方式，使其可以调整并联螺旋分离器的数量，整个分离的过程可以在井下完成，降低了水合物开采的时间和经济成本，拓宽了适用范围，有利于工具的推广应用。
(2)本发明同时实现了输送水合物原浆、水合物、海水、排出泥砂的功能，拓宽了适用范围。
(3)本发明对水合物并联的管道进行了优化，减少了了占用空间，使其能安装在空间狭小的水合物开采管串内，拓宽了本发明的应用范围，为海底水合物开采打下了良好的基础。
(4)本发明结构紧凑，安装使用方便，有利于工具的推广应用。
附图说明
图1为本发明中实施例1的并联通道、水合物原浆通道和回填通道的展开结构示意图
图2为本发明中实施例1的水合物原浆通道、水合物并联通道、回填通道和海水通道的展开结构示意图
图3为本发明中实施例2的水合物原浆通道、水合物并联通道和海水通道的展开结构示意图
图4为本发明中实施例2的水合物原浆通道、水合物并联通道和回填通道的展开结构示意图
图5为顶部短节的水合物并联通道和回填通道的展开结构示意图
图6为顶部短节的水合物并联通道和海水通道的展开结构示意图
图7为并联总成的水合物原浆通道、水合物并联通道和海水通道的展开结构示意图
图8为并联总成的水合物原浆通道、水合物并联通道和回填通道的展开结构示意图
图9为底部总成的水合物原浆通道和海水通道的展开结构示意图
图10为螺旋分离器的结构展示图
图11为本发明中实施例2的结构示意图
其中：
1-顶部短节，2-外管，3-内管，4-螺旋分离器，5-并联短节，6-回填管，7-堵头，8-底部短节。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
当需要安装的螺旋分离器4数量为一个时，不安装并联总成，将堵头7安装在底部短节8的水合物原浆通道顶部和顶部短节1的水合物并联通道底部，隔离环空与水合物原浆通道，将外管2与底部总成连接，将底部总成的螺旋分离器4和内管3与顶部短节1相连接，同时外管2与顶部总成连接。
当水合物原浆通过底部短节8的水合物原浆通道进入螺旋分离器4后，分离成水合物和泥砂，水合物通过螺旋分离器4顶部水合物出口进入顶部短节1的水合物并联通道上排，泥砂通过螺旋分离器4顶部泥砂出口进入顶部短节1的泥砂通道，并最终从回填管6排出，同时海水通过顶部短节1、底部短节8以及内管3与外管2间的海水通道向下流动，并可以达到为下方钻头射流破碎提供动力等效果。
实施例2
当需要安装的螺旋分离器4数量为两个或以上时，安装所需螺旋分离器4总数减一个并联总成，将第一个并联总成的螺旋分离器4顶部和外管2顶部与顶部短节1连接，并固定内管3 的位置，将每个其他并联总成的螺旋分离器4顶部和外管2顶部与前一个并联短节5连接，并固定内管3的位置，将堵头7安装在与底部总成相连接的并联短节5的水合物并联通道底部以及与顶部短节1相连接的并联短节5的水合物原浆通道顶部，隔离内管3的环空与水合物并联通道，将外管2穿过并联短节5安装在顶部短节1上，将底部总成的螺旋分离器4和内管3与最后一个并联短节5相连接，同时外管2与顶部总成连接，并固定外管2与并联短节5。
当水合物原浆进入底部短节8后，可分别进入底部总成的螺旋分离器4和底部总成环空，并进入各个并联总成的水合物原浆通道，然后分别进入各并联总成的螺旋分离器4，分离成水合物和泥砂，各螺旋分离器4分离出的水合物通过各并联短节5的水合物并联通道进入各并联总成的水合物环空，并通过顶部短节1的水合物并联通道与顶部并联短节5螺旋分离器4 分离出的水合物汇合上排，所有螺旋分离器4分离出的泥砂都从顶部泥砂出口进入上方短节的泥砂通道，并最终从回填管6排出，同时海水通过顶部短节1、内管3、并联短节5、内管 3和底部短节8与外管2的环空向下流动，并可以达到为下方钻头射流破碎提供动力等效果。本发明不仅实现了螺旋分离器的并联，极大的增加了其工作能力，同时将结构优化使其能安装在空间狭小水合物开采管串中，并能适应恶劣的工况，从而提高了水合物开采管串中螺旋分离器的处理能力，更加高效的分离水合物原浆中泥砂。
Claims (4)
1.一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，其特征在于，包括依次连接的顶部短节(1)，一体式外管(2)，并联总成，底部总成和堵头(7)组成，其中并联总成主要由并联短节(5)，回填管(6)，内管(3)和螺旋分离器(4)组成，底部总成主要由底部短节(8)，回填管(6)，内管(3)和螺旋分离器(4)组成，可并联多组螺旋分离器(4)，其每个螺旋分离器(4)的水合物原浆入口都通过并联总成的水合物原浆并联通道与底部总成的水合物原浆入口连接，每个螺旋分离器(4)的水合物出口都通过并联总成的水合物并联通道与顶部总成的水合物并联通道连接，每个螺旋分离器(4)的泥砂出口都通过并联总成和顶部短节的泥砂通道与各回填管口连接，其顶部短节(1)的海水入口和底部短节(8)的海水出口间通过一体式外管(2)，并联总成和底部总成间的海水通道连接。
2.根据权利要求1所述的一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，其特征在于，所述底部总成主要与一体式外管(2)以及上端的并联短节(5)以及顶部短节(1)连接，其中底部短节(8)内设有连接下端管道与上端环空的水合物原浆通道，连接内管(3)与一体式外管(2)间环空与下端管道的海水通道，内管(3)与螺旋分离器(4)之间的环空分别和底部短节(8)，上端的并联短节(5)，顶部短节(1)的水合物原浆通道连接。
3.根据权利要求1所述的一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，其特征在于，所述并联总成主要与外管(2)，上端的并联短节(5)，顶部短节(1)连接，其中并联短节(5)内设有连接下方环空与上方水合物原浆环空的通道，连接下方螺旋分离器(4)，下方水合物环空与上方水合物环空的水合物并联通道，连接螺旋分离器(4)与回填管(6)的回填通道，并联短节(5)外部与一体式外管(2)间留有海水通道，底部总成上方的第一个并联短节(5)的水合物并联通道下端用堵头(7)封堵住，顶部总成下方第一个并联短节(5)的水合物原浆通道上端用堵头(7)堵住，内管(3)与螺旋分离器(4)之间的环空用内管(3)内侧的隔板分隔成水合物原浆环空与水合物环空，水合物原浆环空和上下端底部短节(8)，顶部短节(1)，并联短节(5)的水合物原浆通道连接，水合物环空和上下端顶部短节(1)，底部短节(8)，并联短节(5)的水合物并联通道连接。
4.根据权利要求1所述的一种使用螺旋分离器的大处理量水合物井下分离并联装置，其特征在于，所述顶部短节(1)主要与一体式外管(2)，下端的并联总成，底部总成连接，其内部设有连接下端并联总成水合物环空，螺旋分离器(4)与上端管串的水合物并联通道，连接内管(3)与外管(2)间环空和上端管串的海水通道，连接螺旋分离器(4)与回填管(6)的回填通道，顶部短节(1)下端可安装底部总成。
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