CN114961690A - 一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，主要解决现有技术中存在的如何实现双层连续管开采水合物和不能高纯度的分离处理储层中细小粒径砂颗粒等问题。该装置包括外管，套置在外管两端的顶部接头和底部接头，设置在外管内部并与外管形成环空管道的内管，串联安装在内管内部且呈多级分离的螺旋分离器，以及设置在外管内并同时连通相邻两个螺旋分离器和相邻两段内管的中部接头。通过上述方案，本发明达到了利用双层管连续开采水合物混合浆体获的高纯度分离除砂的水合物的目的，具有很高的实用和推广价值。

Description

一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，具体地讲，是涉及一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置。

背景技术

天然气水合物又称“可燃冰”，是一种高密度、高热值的非常规清洁能源(1m³天然气水合物可以释放出164m³甲烷气体和0.8m³水)，据估算，全球总的天然气水合物资源量转换成甲烷气体约为(1.8～2.1)×10¹⁶m³，其碳含量是全世界已知全部天然气、石油和煤炭等能源储量的两倍，已成为当今最具潜力且储量巨大的清洁无污染能源。高效开发天然气水合物能保障我国能源安全，实现经济可持续发展。

天然气水合物广泛分布于海底砂岩储层，我国水合物大部分属于泥质粉砂岩型储层，其沉积物颗粒粒径在1～100μm范围。钻探试采结果表明，这样的储层特性导致开采过程中大量出砂，且已严重阻碍了天然气水合物开采进程。针对出砂问题，传统的降压、热激、二氧化碳开采法主要采用经典的防砂筛管、砾石充填等，但针对细小颗粒的防砂精度效果不好，且设备灵活性较差。而“固态流化”开采法中提出一种新型的井下原位分离除砂法，是一种潜力巨大的海洋水合物除砂技术。中国专利申请号为201710796364.9的一种海底浅层非成岩天然气水合物领眼回拖射流开采方法及开采装置中公布基于“固态流化”的双层管开采法，其中公布采用井下分离器进行除砂回填，但具体的井下原位分离装置没有具体报道。中国专利申请号为201710796364.9的一种偏置对称并联式海底浅层天然气水合物原位分离装置、中国专利申请号为201910200179.8的一种大处理量的一体式水合物井下原位分离并联装置和专利中国专利申请号为201910009430.2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，针对双层连续管水合物开采技术中井下原位分离器除砂处理量小的问题提出了一些解决方案。但针对水合物混合浆体中细小砂颗粒分离去除问题还几乎处于技术空白，中国专利申请号为201710965017.4的一种串联式海底浅层天然气水合物原位分离装置中公布了一种单层管式水合物井下原位分离装置，但此结构无法直接应用与双层管水合物开采中。

因此，如何解决现有技术中存在的如何实现双层连续管开采水合物和不能高纯度的分离处理储层中细小粒径砂颗粒等问题是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，主要解决现有技术中存在的如何实现双层连续管开采水合物和不能高纯度的分离处理储层中细小粒径砂颗粒等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，包括外管，套置在外管两端且同时具有射流通道和回收通道的顶部接头和底部接头，多段设置在外管内部并与外管形成环空管道的内管，多个串联安装在内管内部且呈多级分离的螺旋分离器，以及设置在外管内并用于同时连通相邻两个螺旋分离器和相邻两段内管的中部接头；所述螺旋分离器包括位于前端的螺旋分离入口，位于中部并与螺旋分离入口连通的螺旋分离腔，以及位于后端并与螺旋分离腔连通的分离器回收通道和排砂通道；

其中，第一级螺旋分离器的螺旋分离入口与底部接头的回收通道连通，最后一级螺旋分离器的分离器回收通道与顶部接头的回收通道连通，同时外管与内管和中部接头构成射流通道。

进一步地，还包括一端固定在外管上且另一端用于固定内管和中部接头的定位销，以及设置在内管内壁上并用于固定螺旋分离器的支撑板，其中，外管、内管和中部接头上均开设有用于安装定位销的销孔。

进一步地，所述底部接头包括设置在底部接头外部一侧并与外管连接的底部外管安装凸台，设置在底部接头外部另一侧并与内管连接的底部内管安装凸台，开设在底部接头上且与射流通道连通的底部射流通道，以及贯穿开设在底部接头中部并与第一级螺旋分离器的螺旋分离入口连通的水合物混合浆体回收通道。

进一步地，所述中部接头包括设置在其两端并用于与内管连接的中部内管安装凸台，多个间隔设置在中部接头外周并通过定位销固定且与外管实现密封的凸棱，贯穿开设在中部接头内部并用于连接相邻两个螺旋分离器出入口的串联通道，以及开设在中部接头上、且一端与前一级螺旋分离器的排砂通道连通、另一端与外管连通的中部排砂通道，其中，相邻凸棱之间的间隙与外管形成射流通道。

具体地，所述顶部接头包括设置在顶部接头外部一侧并与外管连接的顶部外管安装凸台，设置在顶部接头外部另一侧并与内管连接的顶部内管安装凸台，开设在顶部接头上并用于外接双层连续管的顶部连接端口，开设在顶部接头上且一端与顶部连接端口连通、另一端与射流通道连通的顶部射流通道，贯穿开设在顶部接头中部并与最后一级螺旋分离器的分离器回收通道连通的水合物回收通道，以及开设顶部接头上且一端与最后一级螺旋分离器的排砂通道连通、另一端与外管连通的顶部排砂通道。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明装置同时具有射流通道和回收通道，从而保证了在实际开采过程中射流破碎与水合物井下原位分离除砂通道互不干涉，并且本发明的顶部接头外接双层连续管，从而实现双层连续管开采水合物。同时本发明的螺旋分离器可以实现多级串联，前一级螺旋分离器排出的水合物浆体注入到后一级螺旋分离器中实现再次分离，并且经过多级分离，可以将从储层中混杂在水合物混合浆体中的细小粒径砂颗粒进行全分离，从而获到高纯度的水合物。

(2)本发明的螺旋分离器结构紧凑，采用轴向安装的方式进行串接，在不改变井下空间大小的情况下实现水合物混合浆体的高纯度分离除砂。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1俯视图。

图3为图2中A-A处的剖视图。

图4为图2中B-B处的剖视图。

图5为本发明底部接头的结构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为图6中A-A处的剖视图。

图8为本发明中部接头的结构示意图。

图9为图8中A-A处的剖视图。

图10为图8的俯视图。

图11为本发明顶部接头的结构示意图。

图12为图11中A-A处的剖视图。

图13为图11的俯视图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-外管，2-顶部接头，21-顶部外管安装凸台，22-顶部内管安装凸台，23-顶部连接端口，24-顶部射流通道，25-水合物回收通道，26-顶部排砂通道，3-底部接头，31-底部外管安装凸台，32-底部内管安装凸台，33-底部射流通道，34-水合物混合浆体回收通道，4-内管，5-螺旋分离器，51-螺旋分离入口，52-分离器回收通道，53-排砂通道，6-中部连接头，61-中部内管安装凸台，62-凸棱，63-串联通道，64-中部排砂通道，7-支撑板，8-销孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图13所示，一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，包括外管1，套置在外管1两端且同时具有射流通道和回收通道的顶部接头2和底部接头3，多段设置在外管1内部并与外管1形成环空管道的内管4，多个串联安装在内管4内部且呈多级分离的螺旋分离器5，以及设置在外管1内并用于同时连通相邻两个螺旋分离器和相邻两段内管的中部接头6；所述螺旋分离器5包括位于前端的螺旋分离入口51，位于中部并与螺旋分离入口51连通的螺旋分离腔，以及位于后端并与螺旋分离腔连通的分离器回收通道52和排砂通道53；还包括一端固定在外管1上且另一端用于固定内管4和中部接头6的定位销，以及设置在内管4内壁上并用于固定螺旋分离器的支撑板7，其中，外管1、内管4和中部接头6上均开设有用于安装定位销的销孔。其中，第一级螺旋分离器的螺旋分离入口51与底部接头3的回收通道连通，最后一级螺旋分离器的分离器回收通道52与顶部接头2的回收通道连通，同时外管1与内管4和中部接头6构成射流通道。

安装步骤：首先在底部接头3的水合物混合浆体回收通道34上连接第一级螺旋分离器的螺旋分离入口51，并在螺旋分离器5的外周间隔固定至少两片支撑板7，将内管4套在支撑板7的外周且一端位于底部内管安装凸台32上，然后将第一级螺旋分离器的分离器回收通道52与第一个中部接头6的串联通道63连通，同时位于第一级螺旋分离器外部的内管的另一端与中部接头下部的中部内管安装凸台61接触，然后根据需要添加后一级或者后面多级螺旋分离器，安装原则为从内到外，从下到上，如果需要继续安装，则下一级螺旋分离器的入口与该中部接头的串联通道63连通，然后重复上述步骤。最后将其放入外管1中，微调位置，使得定位销从外管1外部插入到内管4、中部连接头6中进行限位，最后在外管1的顶部套上顶部接头2，此时，外管1和内管4分别套置在顶部接头相应的外管安装凸台和内管安装凸台上，同时顶部接头2与最后一级螺旋分离器的分离器回收通道连通。所有的接头与内外管的连接采用定位销连接，且做密封防水处理，顶部接头和底部接头与双层管、其他井下工具采用自密封螺纹连接，并且本申请中提到的“内”、“外”、“上”、“下”的方位词语是根据本申请装置的具体的安装位置(如图3、图4)进行描述的，并且排砂通道口设有内螺纹，可以在组装完成后外接管道，并且采用螺纹连接，既具有稳固性，同时也可以放置砂泄露。

工作过程：底部接头3外接喷嘴、钻头、泵等所需井下工具，在顶部接头2的顶部连接端口23外接双层连续管，双层连续管与船或钻井平台上的泵组出口连接，由海面船上泵组提供动力。首先启动泵，射流浆体由双层连续管内外管环空泵入，通过顶部射流通道、射流通道和底部射流通道到达到射流破碎喷嘴和导向钻头等井下工具处，为射流破碎喷嘴提供破碎动力，达到对水合物储层的射流破碎，让其形成水合物混合浆体。

从储层中开采出来的水合物混合浆体通过水合物混合浆体回收通道34进入到第一级螺旋分离器5的螺旋分离入口51后进行水合物浆体和砂分离，分离出来的砂等杂质通过螺旋分离器中的排砂通道53经中部排砂通道64向外排出，经过初级分离的水合物浆体通过串联通道63进入到下一级螺旋分离器中，根据实际需要确定需要添加的螺旋分离器数量，然后重复上述步骤，当最后一级螺旋分离器中的水合物浆体在螺旋分离器中进行分离时，分离出的砂通过排砂通道53从顶部排砂通道26排出，然后获取到的高纯度水合物从水合物回收通道25经外接的双层连续管内管排至地面，其中，回收通道为图3中箭头向上指引的通道，射流通道为图3中两侧箭头向下指引的通道。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，其特征在于，包括外管(1)，套置在外管(1)两端且同时具有射流通道和回收通道的顶部接头(2)和底部接头(3)，多段设置在外管(1)内部并与外管(1)形成环空管道的内管(4)，多个串联安装在内管(4)内部且呈多级分离的螺旋分离器(5)，以及设置在外管(1)内并用于同时连通相邻两个螺旋分离器和相邻两段内管的中部接头(6)；所述螺旋分离器(5)包括位于前端的螺旋分离入口(51)，位于中部并与螺旋分离入口(51)连通的螺旋分离腔，以及位于后端并与螺旋分离腔连通的分离器回收通道(52)和排砂通道(53)；

其中，第一级螺旋分离器的螺旋分离入口(51)与底部接头(3)的回收通道连通，最后一级螺旋分离器的分离器回收通道(52)与顶部接头(2)的回收通道连通，同时外管(1)与内管(4)和中部接头(6)构成射流通道。

2.根据权利要求1所述的一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，其特征在于，还包括一端固定在外管(1)上且另一端用于固定内管(4)和中部接头(6)的定位销，以及设置在内管(4)内壁上并用于固定螺旋分离器的支撑板(7)，其中，外管(1)、内管(4)和中部接头(6)上均开设有用于安装定位销的销孔(8)。

3.根据权利要求2所述的一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，其特征在于，所述底部接头(3)包括设置在底部接头(3)外部一侧并与外管(1)连接的底部外管安装凸台(31)，设置在底部接头(3)外部另一侧并与内管(4)连接的底部内管安装凸台(32)，开设在底部接头(3)上且与射流通道连通的底部射流通道(33)，以及贯穿开设在底部接头(3)中部并与第一级螺旋分离器(5)的螺旋分离入口(51)连通的水合物混合浆体回收通道(34)。

4.根据权利要求3所述的一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，其特征在于，所述中部接头(6)包括设置在其两端并用于与内管(4)连接的中部内管安装凸台(61)，多个间隔设置在中部接头(6)外周并通过定位销固定且与外管实现密封的凸棱(62)，贯穿开设在中部接头(6)内部并用于连接相邻两个螺旋分离器(5)出入口的串联通道(63)，以及开设在中部接头(6)上、且一端与前一级螺旋分离器的排砂通道(53)连通、另一端与外管(1)连通的中部排砂通道(64)，其中，相邻凸棱之间的间隙与外管(1)形成射流通道。

5.根据权利要求4所述的一种双层管式串联螺旋水合物原位分离除砂装置，其特征在于，所述顶部接头(2)包括设置在顶部接头(2)外部一侧并与外管(1)连接的顶部外管安装凸台(21)，设置在顶部接头(2)外部另一侧并与内管(4)连接的顶部内管安装凸台(22)，开设在顶部接头(2)上并用于外接双层连续管的顶部连接端口(23)，开设在顶部接头(2)上且一端与顶部连接端口(23)连通、另一端与射流通道连通的顶部射流通道(24)，贯穿开设在顶部接头(2)中部并与最后一级螺旋分离器的分离器回收通道(52)连通的水合物回收通道(25)，以及开设顶部接头(2)上且一端与最后一级螺旋分离器的排砂通道(53)连通、另一端与外管(1)连通的顶部排砂通道(26)。

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