CN114135267A - 一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置 - Google Patents

一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114135267A
CN114135267A CN202111448020.1A CN202111448020A CN114135267A CN 114135267 A CN114135267 A CN 114135267A CN 202111448020 A CN202111448020 A CN 202111448020A CN 114135267 A CN114135267 A CN 114135267A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
bin
hydrate
solid
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111448020.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114135267B (zh
Inventor
魏纳
谯意
李海涛
赵金洲
周守为
张耀
薛瑾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN202111448020.1A priority Critical patent/CN114135267B/zh
Publication of CN114135267A publication Critical patent/CN114135267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114135267B publication Critical patent/CN114135267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34Arrangements for separating materials produced by the well
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0042Degasification of liquids modifying the liquid flow
    • B01D19/0052Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused
    • B01D19/0057Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused the centrifugal movement being caused by a vortex, e.g. using a cyclone, or by a tangential inlet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/26Separation of sediment aided by centrifugal force or centripetal force
    • B01D21/267Separation of sediment aided by centrifugal force or centripetal force by using a cyclone
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34Arrangements for separating materials produced by the well
    • E21B43/35Arrangements for separating materials produced by the well specially adapted for separating solids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F04F5/10Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing liquids, e.g. containing solids, or liquids and elastic fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46Arrangements of nozzles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置,解决了现有技术中天然气水合物在固态流化开采过程中无法及时对固液气混合介质及时进行分离并将分离所得气体进行收集的技术问题。它包括两端开口的保护外壳以及与分别与保护外壳两端开口相匹配的前保护盖和后保护盖;所述前保护盖上设置有水合物收集口;所述保护外壳上设有供水口、固相出口、水相出口和气相出口;所述保护外壳的内部通过隔板将其分隔为矿藏破碎收集仓、动力及控制仓、三相旋流分离仓和气相存储仓。本发明能够实现将水合物开采同时对混合相介质进行分离,并将固液两相直接排出,将气相进行收集。

Description

一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置
技术领域
本发明涉及天然气水合物矿藏开采领域,具体涉及一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置。
背景技术
随着化石能源的消耗以及人类对能源的需求量日益加大,能源紧缺问题一直困扰着我国经济社会的发展。伴随着我国石油与天然气行业的发展,天然气水合物成为能够解决能源紧缺问题的新答案。目前我国天然气水合物开采方式主要有降压法、注热法、降压注热联合法以及固态流化法。其中天然气水合物的固态流化开采方法已成功进行试采,但天然气水合物的商业化开采仍然是一个亟待解决的问题。
在申请号为“CN202110867343.8”、专利名称为“一种模块化天然气水合物固态流化开采装置”中公开的装置是将现有天然气固态流化开采装置进行模块化设计,大幅提高了相关机械部件的通用性并降低了使用成本。在申请号为“CN202110555050.6”、专利名称为“一种天然气水合物固态流化开采装置”中公开的装置实现了天然气水合物的钻进-破碎-回收举升的一体化开采,提高了开采效率。但截至目前天然气水合物开采装置中对于天然气水合物开采后的及时分离及回收鲜有报道。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题:
现有技术中天然气水合物在固态流化开采过程中无法及时对固液气混合介质及时进行分离并将分离所得气体进行收集的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置,以解决现有技术中天然气水合物在固态流化开采过程中无法及时对固液气混合介质及时进行分离并将分离所得气体进行收集的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供的一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置,包括两端开口的保护外壳以及与分别与保护外壳两端开口相匹配的前保护盖和后保护盖;其中,
所述前保护盖上设置有水合物收集口;
所述保护外壳上设有供水口、固相出口、水相出口和气相出口;
所述保护外壳的内部通过隔板将其分隔为矿藏破碎收集仓、动力及控制仓、三相旋流分离仓和气相存储仓; 所述水合物收集口设于所述矿藏破碎收集仓的水合物入口处;所述保护外壳上的气相出口与气相存储仓相通;所述保护外壳上的固相出口和水相出口均与三相旋流分离仓的位置相对应;
所述矿藏破碎收集仓内设有射流喷管、套设在射流喷管外侧的螺旋导流管、套设在螺旋导流管外侧的保护筒;所述螺旋导流管转动连接在射流喷管的外侧,所述保护筒固定安装在保护外壳内;所述射流喷管一端具有高压射流喷嘴,所述高压射流喷嘴的位置与水合物收集口的位置相对应,所述射流喷管的另一端通过水相传送管线与供水口连接,所述水相传送管线上连接有海水吸注螺杆泵;所述矿藏破碎收集仓与三相旋流分离仓间通过水合物传送管线连接,所述水合物传送管线与矿藏破碎收集仓的连接位置与螺旋导流管出口的位置相对应,所述水合物传送管线上设有水合物吸注螺杆泵;
所述动力及控制仓内设有为海水吸注螺杆泵和水合物吸注螺杆泵提供动能的传动电机,且螺旋导流器通过传动电机带动旋转;所述海水吸注螺杆泵和水合物吸注螺杆泵均设置在动力及控制仓内;
所述三相旋流分离仓内设有三相旋流分离器,所述三相旋流分离仓内从上到下还依次设有气相排出仓、混合相入口仓、分离仓、固相排出仓、水相排出仓;所述三相旋流分离上设有混合相入口、旋流器气相出口、旋流器固相出口和旋流器液相出口;所述混合相入口位于混合相入口仓内,所述旋流器气相出口位于气相排出仓内,所述旋流器固相出口位于固相排出仓内,所述旋流器液相出口位于水相排出仓内;所述气相排出仓与气相存储仓相通。
进一步的,所述动力及控制仓内还设有控泵变频器和控轴变频器;所述控泵变频器分别与海水吸注螺杆泵、水合物吸注螺杆泵电连接,所述控轴变频器和传动电机电连接。
进一步的,所述螺旋导流器包括中空管和设置在中空管外侧的螺旋导流片,所述螺旋导流器通过传动装置连接在传动电机的输出轴上。
进一步的,所述保护筒的前端具有高压射流出口,所述高压射流出口的外径与前保护盖上的水合物收集口的内径相同,所述高压射流出口卡接在水合物收集口处。
进一步的,所述高压射流出口的前端还设置有环形气囊保护圈。
进一步的,还包括用于保护高压射流喷嘴的锥形喷嘴保护帽,所述锥形喷嘴保护帽设置在高压射流喷嘴的外侧,且所述锥形喷嘴保护帽焊接在螺旋导流器中空管的端面上。
进一步的,所述动力及控制仓与三相旋流分离仓间设有中层仓室通孔,所述中层仓室通孔上设置有止逆漏斗;所述止逆漏斗呈圆锥状,在其出口端的锥尖部分设置有多个伸缩条幅;所述止逆漏斗的入口端与水合物传送管线连接,所述止逆漏斗的出口端与混合相入口仓相通。
进一步的,所述气相存储仓内设置有气压传感器。
进一步的,所述后保护盖上开设有维修通道口,所述维修通道口上安装有维修通道门。
进一步的,所述保护筒通过其外壁的十字固定架固定在矿藏破碎收集仓的内壁上。
基于上述技术方案,本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
本发明提供的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,结合天然气水合物固态流化开采方法及旋流分离技术,能够实现将水合物开采同时对混合相介质进行分离,并将固液两相直接排出,将气相进行收集;实现了将开采后的天然气水合物及时进行输送、分离、收集。该装置整体密封,并将天然气水合物开采、输运、分离综合一体极大的减小了天然气水合物在开采到输送过程中由于压力变化造成水合物分解而产生的损耗,同时可以设置多个固液气三相旋流旋流分离器以大幅提高单位时间内水合物分离处理量及处理精细程度,可以有效提高开采效率。
附图说明
图1是本发明实施例的外形结构示意图;
图2是本发明实施例中前保护盖与后保护盖拆开时的状态示意图;
图3是本发明实施例中保护外壳的剖面图;
图4是本发明实施例中保护外壳各仓室的内部结构及零件分布图;
图5是本发明实施例中动力及控制仓的内部结构示意图;
图6是本发明实施例中传动装置的主要结构示意图;
图7是本发明实施例中矿藏破碎收集仓和动力及控制仓内部结构分布图;
图8是本发明实施例中保护筒的安装示意图;
图9是本发明实施例中保护筒的内部零件爆炸视图;
图10是本发明实施例中保护筒与保护筒后端密封盖,射流喷管与螺旋导流器的装配关系图;
图11是本发明实施例中矿藏破碎收集仓内主要结构剖视图;
图12为本发明实施例中破碎后水合物藏的运动流程图;
图13为本发明实施例中止逆漏斗的结构示意图;
图14为本发明实施例中破碎后水合物藏在三相旋流分离仓内的分离过程示意图;
图15为本发明实施例中三相旋流分离器的外部结构示意图;
图16为本发明实施例中三相旋流分离器的剖视图;
图17为本发明实施例中螺旋式流道的结构示意图;
图18为本发明实施例中三相旋流分离仓内各部件位置关系图;
图19为本发明实施例中气相存储仓的内部结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置,整体外观如图1所示,其外观呈圆柱形;主要由圆筒形状的保护外壳1、前保护盖101和后保护盖102组成。在前保护盖101上设置有水合物收集口103,以实现对水合物藏开采过程中的收集。在保护外壳1的上侧设置有供水口104,在保护外壳1侧面还设置有固相出口105,在其下侧分别设置有水相出口106和气相出口107。
如图2所示,前保护盖101与后保护盖102可直接扣在保护外壳1的两端,前保护盖101与后保护盖102和保护外壳1间均采用活动连接,具体可以采用扣合连接或者卡扣连接等等,从而实现对装置内部结构的保护。并且,前保护盖101与后保护盖102和保护外壳1间均采用密封连接,在前保护盖101与后保护盖102上对应于保护外壳1接触的位置设置密封圈即可完成密封。同时为了方便对该装置进行维护,在后保护盖102上开设有维修通道口,在维修通道口上安装有维修通道门108。
如图3所示,为保护外壳1的剖面图,保护外壳1内部通过隔板将其主要分隔为矿藏破碎收集仓2、动力及控制仓3、三相旋流分离仓4和气相存储仓5。其中上层仓室通孔201将矿藏破碎收集仓2和动力及控制仓3相连通,中层仓室通孔301将动力及控制仓3和三相旋流分离仓4相连通。在三相旋流分离仓4内分为气相排出仓401、混合相入口仓402、分离仓403、固相排出仓404、水相排出仓405。
如图4所示,各仓室内部结构及零件分布,其中矿藏破碎收集仓2的主要功能是通过高压射流对水合物藏进行破碎,并对破碎后的水合物藏进行收集和运输。动力及控制仓3的主要作用是对整套装置提供动力并实现对整套装置的控制。三相旋流分离仓4的主要功能是根据不同介质之间存在的密度差实现对矿藏破碎收集仓2收集的水合物藏进行分离,并将分离后的不同介质输送至相应仓室。气相存储仓5的主要功能是将三相旋流分离仓4分离后得到的气相进行收集存储。
如图5所示,动力及控制仓3内的主要结构,动力及控制仓3的主要作用是实现对整套装置的动力供应以及对各个部件的控制。在动力及控制仓3内设置有将海水由供水口104吸入的海水吸注螺杆泵305、将矿藏破碎收集仓2收集的破碎后的水合物藏吸入的水合物吸注螺杆泵306以及传动电机304。为了实现装置能适应不同流量条件的工况,在动力及控制仓3内还设置有控泵变频器302和控轴变频器303,进而对海水吸注螺杆泵305和水合物吸注螺杆泵306的流量以及对传动电机304输出轴的转动速率进行控制。当装置处于工作状态时,由动力及控制仓3内的传动电机304对海水吸注螺杆泵305和水合物吸注螺杆泵306进行供能,同时海水吸注螺杆泵305将海水由供水口104吸入,然后通过上层仓室通孔201注入矿藏破碎收集仓2内。同时由传动电机304提供动能,并在控轴变频器303调控下,通过齿轮传动方式带动动力传动轴309转动并带动传动带310运动,并带动螺旋导流器219转动,进而实现对水合物矿藏的运输。然后水合物吸注螺杆泵306则可将矿藏破碎收集仓2收集的破碎后的水合物藏吸入,最后通过中层仓室通孔301注入三相旋流分离仓4内。
如图6所示,传动装置主要结构,当装置处于工作状态时,传动电机304的输出轴转动,通过固定在其顶端的水平锥齿轮311与垂直锥齿轮312的配合,驱动动力传动轴309转动,进而带动连接在传动盘315和传动带固定槽223上的传动带310运动,并最终带动螺旋导流器219的转动。同时在整套传动装置中,设置了支承轴承313和传动盘315,使动力传动轴309从支承轴承313中心穿过,进而起到对传动装置的支撑作用。
如图7所示,矿藏破碎收集仓2和动力及控制仓3内部结构分布,在矿藏破碎收集仓2中间部分仓室为射流装置固定仓202用以固定保护筒205及其内部的其他部件,其中保护筒205通过焊接在其外壁上的十字固定架206固定在射流装置固定仓202内壁上,并通过上层仓室通孔201与动力及控制仓3相连通。矿藏破碎收集仓2左右两侧分别为左侧工具仓203和右侧工具仓204,其作用是方便对装置进行检修以及存放装置的替换零件。
如图8所示,矿藏破碎收集仓2中射流装置固定仓202内部装置,其中保护筒205通过焊接在其外壁上的十字固定架206固定在射流装置固定仓202内壁上。同时在保护筒205后端设置有水相法兰接口207和混合相螺纹接口208,分别用于连接用于水相和破碎后水合物藏传送的水相传送管线和水合物传送管线,并分别实现对水相和破碎后水合物藏的传送,所述海水吸注螺杆泵305和水合物吸注螺杆泵306分别连接在水相传送管线和水合物传送管线上。保护筒205前端有高压射流出口210,高压射流出口210外径与前保护盖101上的水合物收集口103内径相同,两者卡接装配。同时为了保护高压射流出口210,在高压射流出口210前端设置有环形气囊保护圈211,防止装置碰撞到坚硬矿藏时造成损坏。
如图9所示,为保护筒205内部零件爆炸视图,保护筒205内部主要部件有射流喷管212和螺旋导流器219。射流喷管212后端设置有水相法兰连接口207,前端设置有高压射流喷嘴217,水相法兰连接口207通过后盖通孔226渗入动力及控制仓3内,并通过水相传送管线与海水吸注螺杆泵305连接。当水相由位于动力及控制仓3内的海水吸注螺杆泵305通过水相法兰连接口207泵入射流喷管212,然后由高压射流喷嘴217射出形成高压射流。同时在射流喷管212外壁上开有前轴承卡位213和后轴承卡位214,分别用于安装前固定轴承215和后固定轴承216,并实现对射流喷管212的固定。螺旋导流器219环套固定在射流喷管212外侧,并可随前固定轴承215和后固定轴承216转动,将收集到的破碎后的水合物藏进行输送最终通过混合相螺纹接口208输送至下一仓室。所述螺旋导流器219包括中空管和设置在中空管外侧的螺旋导流片220,所述射流喷管212安装在所述中空管内;锥形喷嘴保护帽218焊接在螺旋导流器219中空管的端面上,并将高压射流喷嘴217包含在其内侧防止高压射流喷嘴217工作过程中受到坚硬物质碰撞造成损坏。
如图10所示,保护筒205与保护筒后端密封盖209,射流喷管212与螺旋导流器219装配关系,保护筒205后端设置有外钩225,保护筒后端密封盖209外沿设置有内钩224,内钩224与外钩225相互勾连将保护筒后端密封盖209固定在保护筒205后端。射流喷管212外壁上设置有前轴承卡位213和后轴承卡位214,螺旋导流器219内壁上设置有导流器内壁前轴承卡位221和导流器内壁后轴承卡位222。前固定轴承215和后固定轴承216的内壁分别与前轴承卡位213和后轴承卡位214固定,前固定轴承215和后固定轴承216的外壁分别与导流器内壁前轴承卡位221和导流器内壁后轴承卡位222固定。从而使得射流喷管212固定的同时实现螺旋导流器219的转动。其中螺旋导流器219转动由传动电机304提供动能,并通过水平锥齿轮311和垂直锥齿轮312的啮合将动力传递至动力传动轴309,动力传动轴309转动带动传动带310运动,即通过带传动的方式带动螺旋导流器219转动。
如图11所示,矿藏破碎收集仓2内主要结构剖视图,该三相分离装置处于工作状态时,首先由位于动力及控制仓3内的传动电机304为海水吸注螺杆泵305和水合物吸注螺杆泵306供电,并由控泵变频器302根据现实工况控制抽入海水流量,由控轴变频器302控制螺旋导流器219转动。抽入的海水由海水吸注螺杆泵305通过水相法兰连接口207泵入射流喷管212内,再经过高压射流喷嘴217形成高压射流,从而将固态的水合物藏射散为流体状态。同时包含固态、液态和气态的经高压射流射散后的水合物藏经高压射流出口210落入保护筒205内,并在螺旋导流器219旋转下由螺旋导流片220向动力及控制仓3的方向传送,最终由混合相螺纹接口208排出,经由水合物传送管线传送至下一个仓室。
保护筒205前端略长于射流喷管212,可以将射散后的水合物藏充分收集的同时起到保护高压射流喷嘴217的作用。同时,在保护筒205前端设置环形气囊保护圈211,从而避免装置与矿藏硬接触早晨装置损坏。在保护筒205后端加装固定保护筒后端密封盖209,其作用是对收集的矿藏所在空间进行密封和保护,防止气体泄漏。
如图12所示,破碎后的水合物藏的流动方向,破碎后的水合物藏由位于动力及控制仓3内的水合物吸注螺杆泵306经混合相螺纹接口208抽出后经中层仓室通孔301泵入下一仓室。
为了防止破碎后的水合物藏回流至动力及控制仓3内,在中层仓室通孔301上设置了止逆漏斗307。如图13所示,止逆漏斗307呈圆锥状,在锥尖部分设置有6个伸缩条幅308。当流量增大时,伸缩条幅308被撑开,当流量减小时,伸缩条幅307自动收缩。没有破碎后水合物藏通过止逆漏斗307时,伸缩条幅308闭合,从而防止破碎后水合物藏的回流。
如图14所示,水合物藏在三相旋流分离仓4内分离过程,水合物藏由水合物吸注螺杆泵306经中层仓室通孔301直接进入混合相入口仓402,然后进入固液气三相旋流分离器409进行不同介质之间分离。分离后的气相被举升至气相排出仓401内并通过气相传递口408进入下一仓室。分离后的固相被排出至固相排出仓404,然后由固相出口406排出装置。水相则被排出至水相排出仓405,然后由液相出口407排出装置。
如图15所示,固液气三相旋流分离器409外观,固液气三相旋流分离器409包括一个入口和三个出口,其中入口为混合相入口410,出口分别为旋流器气相出口411、旋流器固相出口412和旋流器液相出口413。破碎后的水合物藏为包括固相、气相和液相的混合相;当破碎后的水合物藏由混合相入口410进入固液气三相旋流分离器409后,由于混合相入口410入口方向沿固液气三相旋流分离器409内壁切向设置,因此固液气混合相以切向方向进入固液气三相旋流分离器409腔内,由于其横截面内腔壁的形状为圆形,因此固液气三相沿内壁做圆周运动。由于不同介质之间存在密度差,因此会产生离心力差,进而实现不同介质之间的分离。在分离过程中由于气相密度小于液相和固相,则在旋流分离过程中气相受到的离心力小于固液两相,因此气相向固液气三相旋流分离器409轴心处聚集,并分布在固液气三相旋流分离器409轴心位置处,并逐渐向旋流器气相出口411移动,最终由旋流器气相出口411排出。
如图16所示,固液气三相旋流分离器409剖视图,为更好的分离固液两相,将底部旋流器液相出口413加长形成固液分隔管414,并在其腔室内设置螺旋式流道415。破碎后水合物藏由混合相入口410以切向速度进入固液气三相旋流分离器409内部后,经过螺旋式流道415进一步增强其切向速度。由于固液气三相存在密度差,在圆周运动过程中会产生离心力差,其中气相密度较小则分布在固液气三相旋流分离器409内腔轴心处并向上运动,最终由旋流器气相出口411排出。而固相和液相密度相对气相较大,固液两相向下运动。其中固相密度大于液相密度,在旋流分离过程中,由于固液气混合相以切向速度进入固液气三项旋流分离器409腔室内,并沿腔室内壁做圆周运动,固相受到的离心力大于液相,则固相分布在固液气三相旋流分离器409内腔边壁处,最终由旋流器固相出口412排出。而液相则分布在固液气三相旋流分离器409内腔轴心处并向下运动进入固液分隔管414内,并最终由液相出口排出。从而实现固液气三相介质的分离。
如图17所示,螺旋式流道415外观,当破碎后的水合物藏经过螺旋式流道415时会沿着其螺旋状的流道流动,进一步增大了破碎后水合物藏的切向速度,从而增大不同介质之间的离心力差,以实现更好的分离。在螺旋式流道415中心设置有气相中心通孔416,当固液气三相分离后,气相向固液气三相旋流分离器409轴心移动,并经过气相中心通孔416最终由旋流器气相出口411排出。
如图18所示,三相旋流分离仓4内各部件位置关系,为增大处理量,在三相旋流分离仓4内设置6个固液气三相旋流分离器409,并可根据实际工况增加或减少固液气三相旋流分离器409。混合相入口410、旋流器气相出口411、旋流器固相出口412及旋流器液相出口413分别位于混合相入口仓402、气相排除仓401、固相排出仓404和水相排出仓405内。混合相介质进入固液气三相旋流分离器409内经过分离后,固相由旋流器固相出口412排入固相排出仓404内,并由固相出口406排出装置。经固液气三相旋流分离器409分离后得到的液相由旋流器液相出口413排入水相排出仓405,并由液相出口407排出装置。分离后所得到的气相由旋流器气相出口412排入气相排出仓401,然后经气相传送口408进入下一仓室。
如图19所示,气相存储仓5内部结构,气相存储仓5截面大致呈半圆形,内部通过气相传送口408与三相旋流分离仓4连通,内部设置有气压传感器501,外部设置有气相收集口502。经固液气三相旋流分离器409分离后得到的气体经气相传送口408进入气相存储仓5内,当气体充满气相存储仓5时,气压传感器501发出警报,此时打开气相收集口502,完成对气相的收集。

Claims (10)

1.一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:包括两端开口的保护外壳以及与分别与保护外壳两端开口相匹配的前保护盖和后保护盖;其中,
所述前保护盖上设置有水合物收集口;
所述保护外壳上设有供水口、固相出口、水相出口和气相出口;
所述保护外壳的内部通过隔板将其分隔为矿藏破碎收集仓、动力及控制仓、三相旋流分离仓和气相存储仓; 所述水合物收集口设于所述矿藏破碎收集仓的水合物入口处;所述保护外壳上的气相出口与气相存储仓相通;所述保护外壳上的固相出口和水相出口均与三相旋流分离仓的位置相对应;
所述矿藏破碎收集仓内设有射流喷管、套设在射流喷管外侧的螺旋导流管、套设在螺旋导流管外侧的保护筒;所述螺旋导流管转动连接在射流喷管的外侧,所述保护筒固定安装在保护外壳内;所述射流喷管一端具有高压射流喷嘴,所述高压射流喷嘴的位置与水合物收集口的位置相对应,所述射流喷管的另一端通过水相传送管线与供水口连接,所述水相传送管线上连接有海水吸注螺杆泵;所述矿藏破碎收集仓与三相旋流分离仓间通过水合物传送管线连接,所述水合物传送管线与矿藏破碎收集仓的连接位置与螺旋导流管出口的位置相对应,所述水合物传送管线上设有水合物吸注螺杆泵;
所述动力及控制仓内设有为海水吸注螺杆泵和水合物吸注螺杆泵提供动能的传动电机,且螺旋导流器通过传动电机带动旋转;所述海水吸注螺杆泵和水合物吸注螺杆泵均设置在动力及控制仓内;
所述三相旋流分离仓内设有三相旋流分离器,所述三相旋流分离仓内从上到下还依次设有气相排出仓、混合相入口仓、分离仓、固相排出仓、水相排出仓;所述三相旋流分离上设有混合相入口、旋流器气相出口、旋流器固相出口和旋流器液相出口;所述混合相入口位于混合相入口仓内,所述旋流器气相出口位于气相排出仓内,所述旋流器固相出口位于固相排出仓内,所述旋流器液相出口位于水相排出仓内;所述气相排出仓与气相存储仓相通。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述动力及控制仓内还设有控泵变频器和控轴变频器;所述控泵变频器分别与海水吸注螺杆泵、水合物吸注螺杆泵电连接,所述控轴变频器和传动电机电连接。
3.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述螺旋导流器包括中空管和设置在中空管外侧的螺旋导流片,所述螺旋导流器通过传动装置连接在传动电机的输出轴上。
4.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述保护筒的前端具有高压射流出口,所述高压射流出口的外径与前保护盖上的水合物收集口的内径相同,所述高压射流出口卡接在水合物收集口处。
5.根据权利要求4所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述高压射流出口的前端还设置有环形气囊保护圈。
6.根据权利要求3所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:还包括用于保护高压射流喷嘴的锥形喷嘴保护帽,所述锥形喷嘴保护帽设置在高压射流喷嘴的外侧,且所述锥形喷嘴保护帽焊接在螺旋导流器中空管的端面上。
7.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述动力及控制仓与三相旋流分离仓间设有中层仓室通孔,所述中层仓室通孔上设置有止逆漏斗;所述止逆漏斗呈圆锥状,在其出口端的锥尖部分设置有多个伸缩条幅;所述止逆漏斗的入口端与水合物传送管线连接,所述止逆漏斗的出口端与混合相入口仓相通。
8.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述气相存储仓内设置有气压传感器。
9.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述后保护盖上开设有维修通道口,所述维修通道口上安装有维修通道门。
10.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采三相分离装置,其特征在于:所述保护筒通过其外壁的十字固定架固定在矿藏破碎收集仓的内壁上。
CN202111448020.1A 2021-11-29 2021-11-29 一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置 Active CN114135267B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111448020.1A CN114135267B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111448020.1A CN114135267B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114135267A true CN114135267A (zh) 2022-03-04
CN114135267B CN114135267B (zh) 2023-05-05

Family

ID=80386557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111448020.1A Active CN114135267B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114135267B (zh)

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103628844A (zh) * 2013-11-21 2014-03-12 中国海洋石油总公司 深海海底浅层非成岩地层天然气水合物的绿色开采方法
CN105258917A (zh) * 2015-10-22 2016-01-20 西南石油大学 一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法
CN105665097A (zh) * 2016-03-08 2016-06-15 西南石油大学 一种天然气水合物的旋转式二次破碎装置及破碎方法
CN105717271A (zh) * 2016-03-11 2016-06-29 西南石油大学 一种海洋天然气水合物固态流化开采实验回路系统
CN105822266A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 西南石油大学 海底天然气水合物浆体分解分离与除泥沙模块化开采系统
US20160251940A1 (en) * 2008-08-20 2016-09-01 Foro Energy, Inc. High power laser flow assurance systems, tools and methods
CN107656033A (zh) * 2017-10-12 2018-02-02 西南石油大学 一种天然气水合物流化分解与分离实验装置及实验方法
CN108222892A (zh) * 2018-01-10 2018-06-29 吉林大学 一种连续开采海洋天然气水合物的开采装置及方法
CN108468534A (zh) * 2018-04-03 2018-08-31 西南石油大学 一种海底天然气水合物二级破碎与流化的模拟实验装置及方法
CN108825175A (zh) * 2018-05-15 2018-11-16 西南石油大学 一种天然气水合物固态流化采掘破碎实验装置及实验方法
CN110439529A (zh) * 2019-08-20 2019-11-12 华东理工大学 一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置及方法
US20200072028A1 (en) * 2017-04-17 2020-03-05 Southwest Petroleum University Device and method for solid-state fluidization mining of seabed shallow layer non-diagenetic natural gas hydrates
US20200182055A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Qingdao Institute Of Marine Geology Submarine shallow hydrate exploitation device and exploitation method thereof
US20200291754A1 (en) * 2018-05-25 2020-09-17 Southwest Petroleum University Hydrate solid-state fluidization mining method and system under underbalanced reverse circulation condition
CN112127820A (zh) * 2020-09-27 2020-12-25 西南石油大学 一种天然气水合物管输压力损失的测量装置及方法
US20210140243A1 (en) * 2019-11-08 2021-05-13 Southwest Petroleum University Automatic jet breaking tool for solid fluidization exploitation of natural gas hydrate
CN113090244A (zh) * 2021-04-19 2021-07-09 华东理工大学 一种天然气水合物旋流自转破胶分离方法及分离装置
CN113279730A (zh) * 2021-05-21 2021-08-20 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 一种天然气水合物固态流化开采装置
CN113417610A (zh) * 2021-07-30 2021-09-21 东北石油大学 一种模块化天然气水合物固态流化开采装置

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160251940A1 (en) * 2008-08-20 2016-09-01 Foro Energy, Inc. High power laser flow assurance systems, tools and methods
CN103628844A (zh) * 2013-11-21 2014-03-12 中国海洋石油总公司 深海海底浅层非成岩地层天然气水合物的绿色开采方法
CN105258917A (zh) * 2015-10-22 2016-01-20 西南石油大学 一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法
CN105665097A (zh) * 2016-03-08 2016-06-15 西南石油大学 一种天然气水合物的旋转式二次破碎装置及破碎方法
CN105717271A (zh) * 2016-03-11 2016-06-29 西南石油大学 一种海洋天然气水合物固态流化开采实验回路系统
CN105822266A (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 西南石油大学 海底天然气水合物浆体分解分离与除泥沙模块化开采系统
US20200072028A1 (en) * 2017-04-17 2020-03-05 Southwest Petroleum University Device and method for solid-state fluidization mining of seabed shallow layer non-diagenetic natural gas hydrates
CN107656033A (zh) * 2017-10-12 2018-02-02 西南石油大学 一种天然气水合物流化分解与分离实验装置及实验方法
CN108222892A (zh) * 2018-01-10 2018-06-29 吉林大学 一种连续开采海洋天然气水合物的开采装置及方法
CN108468534A (zh) * 2018-04-03 2018-08-31 西南石油大学 一种海底天然气水合物二级破碎与流化的模拟实验装置及方法
CN108825175A (zh) * 2018-05-15 2018-11-16 西南石油大学 一种天然气水合物固态流化采掘破碎实验装置及实验方法
US20200291754A1 (en) * 2018-05-25 2020-09-17 Southwest Petroleum University Hydrate solid-state fluidization mining method and system under underbalanced reverse circulation condition
US20200182055A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Qingdao Institute Of Marine Geology Submarine shallow hydrate exploitation device and exploitation method thereof
CN110439529A (zh) * 2019-08-20 2019-11-12 华东理工大学 一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置及方法
US20210140243A1 (en) * 2019-11-08 2021-05-13 Southwest Petroleum University Automatic jet breaking tool for solid fluidization exploitation of natural gas hydrate
CN112127820A (zh) * 2020-09-27 2020-12-25 西南石油大学 一种天然气水合物管输压力损失的测量装置及方法
CN113090244A (zh) * 2021-04-19 2021-07-09 华东理工大学 一种天然气水合物旋流自转破胶分离方法及分离装置
CN113279730A (zh) * 2021-05-21 2021-08-20 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 一种天然气水合物固态流化开采装置
CN113417610A (zh) * 2021-07-30 2021-09-21 东北石油大学 一种模块化天然气水合物固态流化开采装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐洋等: "深海浅层非成岩天然气水合物喷射破碎压控滑套的研制", 天然气工业 *
杨浦等: "非成岩天然气水合物固态流化模拟实验装置的研制及应用", 岩石力学与工程学报 *
赵金洲等: "世界首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统", 天然气工业 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114135267B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN2911188Y (zh) 矿用湿式孔口除尘器
CN205164207U (zh) 一种高效污水旋流除砂装置
CN110604990A (zh) 一种粉尘气体治理装置
CN2260075Y (zh) 组合式负压吸送机
CN114135267B (zh) 一种天然气水合物固态流化开采三相分离装置
CN2431258Y (zh) 吸送粉粒状物料的组合式负压吸送装置
CN203842359U (zh) 一种旋流沉砂池除砂机
CN102913271B (zh) 喷浆机除尘系统
CN202531064U (zh) 水射流螺旋排渣孔口除尘器
CN211724989U (zh) 一种沙克龙除尘器下料防堵装置
CN201217006Y (zh) 容器内壁清洗机
CN202866864U (zh) 喷浆机除尘系统
CN210698923U (zh) 一种用于连续式油水分离设备中的物料分布器
CN210751403U (zh) 一种连续式油水分离设备
CN209630883U (zh) 一种静电除尘过滤箱
CN2522425Y (zh) 真菌孢子分离机
CN218742572U (zh) 一种泥水分离用旋流器分离装置
CN217682507U (zh) 一种带有可移动支架的渣浆泵
CN217028876U (zh) 一种井下煤层气开采及除砂装置
CN214050736U (zh) 一种煤层气开采井下水回收利用装置
CN113714092B (zh) 智能矿石分选机除尘装置
CN218306811U (zh) 一种岩石加工尾粉回收存放装置
CN217041767U (zh) 一种空气滤芯自动清灰装置
CN215277971U (zh) 一种集尘筒卸料的新型旋风除尘器
CN217613817U (zh) 一种旋风水膜除尘器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant