CN208310745U - 一种天然气水合物开采装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种天然气水合物开采装置，该天然气水合物开采装置包括车体、2个推力臂、破碎装置、泵取装置、姿态液缸、电机和水下液压站，推力臂与车体活动连接，破碎装置与推力臂固定连接，泵取装置与车体固定连接，姿态液缸分别与车体和推力臂活动连接，电机与推力臂固定连接，水下液压站与车体固定连接，天然气水合物开采装置采用文丘里管的结构，无活动部件，作为磨损件可方便更换，该开采装置可以直接采取海床表面的天然气水合物矿藏，整个开采过程仅有机械切割和泵送过程，对天然气水合物矿藏所处地的压力及温度均未产生影响，不会对天然气水合物矿藏所处地的地质情况产生影响。

Description

一种天然气水合物开采装置

技术领域

本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种天然气水合物开采装置。

背景技术

天然气水合物，俗称“可燃冰”，是以甲烷为主体的烃类气体在特定温度压力下结晶而成的“笼型化合物”，呈冰块状，“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，相比煤、石油、天然气更洁净，目前普遍认为天然气水合物的碳含量相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等能源总储量的两倍，是目前尚未开发的一种新能源。

海底天然气水合物矿层可分为成岩型与非成岩型两类，分布在海床面上以及海床面以下几百米范围内，目前主流意见认为绝大多数是松软胶作状非成岩型，国内外考虑用于开采水合物的主要方法有注热法、降压法、二氧化碳置换法、注化学试剂法等，这些开采方式要求水合物上层具有良好的封闭盖层，都只能处理海床面以下的水合物，对海床面上的天然气水合物还没有较好的办法

针对深海海床面的天然气水合物，一些学者提出了“固态流化”的开采方法，该方法是在不主动改变海底水合物矿层温度和压力的情况下，即避免水合物发生分解，以及由此引起的环境、地质灾害，直接将天然气水合物破碎成固体颗粒，通过密闭管道将天然气水合物颗粒与海水的混合物泵送至海面，而后再进行分离、分解气化等处理，但是目前还无深海海床面天然气水合物开采装置的成熟方案。

现有技术存在以下问题：

1、只能处理海床面以下的水合物。

为解决上述问题，需要发明一种针对海床面表层天然气说何物进行开采的天然气水合物开采装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够开采海床表面天然气水合物的开采装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案。

一种天然气水合物开采装置，其包括：

车体，所述车体包括底盘，与所述底盘固定连接的安装架，所述底盘由履带总成和支撑主梁组成，所述支撑主梁与所述履带总成固定连接，所述安装架与所述支撑主梁固定连接，所述履带总成与地面的控制系统和动力系统通过线缆连接，所述动力系统为所述履带总成提供动力，所述控制系统控制所述履带总成的运行，采用履带总成结构是因为履带总成结构的相关技术比较成熟，制造维护方便，地形适应力强，可以有效的满足海床面水合物开采机构的行走和承载需求；

推力臂，所述推力臂与所述安装架活动连接，所述推力臂是整个开采装备的重要部件之一，所述推力臂的一端与所述安装架通过销轴进行活动连接，所述推力臂的另一端；

破碎装置，所述破碎装置由后盖、滚筒组成，所述后盖与所述推力臂固定连接，所述后盖由上后盖和下后盖组成，所述上后盖和下后盖分别与所述推力臂通过销轴进行固定连接，所述下后盖中部加工有一个水合物吸入口；

泵取装置，所述泵取装置包括水泵、与水泵固定连接的水泵吸入管、与所述水泵固定连接的喷嘴，与所述喷嘴固定连接的文丘里管、与所述文丘里管固定连接的水泵排出口和水合物吸入管，所述水泵吸入管的一端与所述水泵固定连接，所述水泵吸入管的另一端与所述安装架固定连接，所述水合物吸入管与所述水合物吸入口柔性连接，所述文丘里管与所述安装架固定连接，所述喷嘴伸入文丘里管内部并密封连接；

姿态液缸，所述姿态液缸一端与所述安装架活动连接，所述姿态液缸的另一端与所述推力臂活动连接，所述姿态液缸的数量≥1；

电机，所述电机与所述破碎装置固定连接；

水下液压站，所述水下液压站与所述安装架固定连接，所述水下液压站为所述姿态液缸和底盘运行提供动力。

作为本实用新型的优选方案，所述水合物吸入口安装过滤格栅，所述过滤格栅用于过滤天然气水合物，将过大的天然气水合物颗粒和岩石阻拦下来。

作为本实用新型的优选方案，所述滚筒由转轴、与所述转轴固定连接的旋转驱动装置、与所述旋转驱动装置固定连接的电机安装座、与所述转轴固定连接的螺旋凸缘、与所述螺旋凸缘固定连接的截齿组成，所述电机与所述电机安装座固定连接，所述电机安装座与所述推力臂固定连接。

作为本实用新型的优选方案，所述转轴分为三个部分套接在所述旋转驱动装置上，分别为左转轴、中转轴和右转轴，所述旋转驱动装置驱动所述左转轴、中转轴和右转轴转动。

作为本实用新型的优选方案，所述螺旋凸缘在所述左转轴、中转轴和右转轴表面上均匀分布成螺旋形，且左转轴与右转轴上的螺旋形相对于整个滚筒的中分线对称分布，所述中转轴上的螺旋形相对于整个滚筒的中分线对称分布，且靠近所述左转轴一边的螺旋形与所述左转轴上的螺旋形一样，靠近所述右转轴一边的螺旋形与所述右转轴上的螺旋形一样，所述螺旋线方向向所述滚筒中部集中，即螺旋线均向所述滚筒中部倾斜。

作为本实用新型的优选方案，所述水泵吸入管的管口安装有海水过滤器，所述海水过滤器用于过滤海中的杂质，以免混有杂质的海水损坏水泵，降低水泵的使用寿命。

作为本实用新型的优选方案，所述推力臂的数量为2个，2个所述推力臂之间通过金属杆件进行连接，所述金属杆件用于增加所述推力臂的强度，提高所述推力臂的结构强度。

作为本实用新型的优选方案，所述水泵排出口布置在所述安装架上方，所述水泵排出口与外部的处理装置固定连接，所述水泵吸入口设置在所述安装架后方，所述水泵吸入口用于吸取海水供所述泵体使用。

本实用新型开采装置的工作过程：

地面的动力系统启动后为开采装置提供动力，控制系统控制开采装置的移动，控制系统控制姿态液缸调整破碎装置的高度使其与海面的天然气水合物接触，电机驱动所述破碎装置运行，在运行的过程中，螺旋凸缘带动截齿转动，在螺旋线作用下，可完全覆盖切削面，有效破碎天然气水合物矿藏，切屑成细小碎块的天然气水合物矿藏在螺旋线的作用下向滚筒中间集中后被吸入泵送装置中泵出。

开采装置采用文丘里管和高压水泵，由伯努利公式和连续性方程推导，流速变快后压力会降低而产生吸力，并且达到强混合的作用，利用该原理设计出本实用新型的文丘里管结构，高压水泵就地抽取海水喷射出水流，通过文丘里结构管道后产生吸力吸入破碎后的天然气水合物矿藏，经过文丘里管道自有强混合的特性，合成矿浆泵送出车体用于下步处理。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、采用文丘里管的结构可以有效产生均匀的天然气水合物矿浆；

2、采用文丘里管的结构后无活动部件，作为磨损件可方便更换；

3、不用采取任何物理或者化学的方法，可以直接采取海床表面的天然气水合物矿藏；

4、整个开采过程仅有机械切割和泵送过程，对天然气水合物矿藏所处地的压力及温度均未产生影响，不会对天然气水合物矿藏所处地的地质情况产生影响。

附图说明

图1为本实用新型立体图一；

图2为本实用新型立体图二；

图3为本实用新型正视图

图4为本实用新型破碎装置去除滚筒后立体图；

图5为本实用新型破碎装置去除左转轴后立体图；

图6为本实用新型底盘立体图；

图7为本实用新型文丘里管立体图。

图中标记：1-车体，11-底盘，111-履带总成，112-支撑主梁，12-安装架，2-推力臂，3-破碎装置，31-后盖，311-上后盖，312-下后盖，32-滚筒，321-转轴，3211-左转轴，3212-中转轴，3213-右转轴，322-旋转驱动装置，323-电机安装座，334-螺旋凸缘，335-截齿，4-泵取装置，41-水泵，42-水泵吸入管，43-喷嘴，44-文丘里管，45-水泵排出管，46-水合物吸入管，5-姿态液缸，6-电机，7-水下液压站，8-海水过滤器。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述，但不应将此理解为本实用新型上述主体的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型包括车体1、2个推力臂2、破碎装置3、泵取装置4、姿态液缸5、电机6和水下液压站7，推力臂2与车体1活动连接，破碎装置3与推力臂2固定连接，泵取装置4与车体1固定连接，姿态液缸5分别与车体1和推力臂2活动连接，电机6与推力臂2固定连接，水下液压站7与车体1固定连接。

如图1-7所示，车体1由底盘11和安装架12组成，底盘11由2个履带总成111和支撑主梁112组成，支撑主梁112与2个履带总成固定连接，安装架12与支撑主梁112固定连接；破碎装置3由后盖31和滚筒32组成，后盖31由上后盖311和下后盖312构成，上后盖311和下后盖312分别与推力臂2活动连接，下后盖312中部加工有水合物吸入口，水合物吸入口安装有过滤格栅，滚筒32由转轴321、旋转驱动装置322、电机安装座323、螺旋凸缘324和截齿325组成，电机安装座323分别与推力臂2和旋转驱动装置322固定连接，转轴321由左转轴3211、中转轴3212和右转轴3213组成，左转轴3211、中转轴3212和右转轴3213套接在旋转驱动装置322外，旋转驱动装置驱动左转轴3211、中转轴3212和右转轴3213转动，转轴321表面固定连接有螺旋凸缘324，螺旋凸缘324顶部固定连接有截齿325，螺旋凸缘324在左转轴3211、中转轴3212和右转轴3213表面上均匀分布成螺旋形，且左转轴3211与右转轴3213上的螺旋形相对于整个滚筒32的中分线对称分布，中转轴3212上的螺旋形相对于整个滚筒32的中分线对称分布，且靠近左转轴3211一边的螺旋形与左转轴3211上的螺旋形一样，靠近右转轴3213一边的螺旋形与右转轴3213上的螺旋形一样，且螺旋线方向向滚筒32中部集中，即螺旋线均向滚筒32中部倾斜；泵取装置4由水泵41、水泵吸入管42，喷嘴43，文丘里管44、水泵排出管45和水合物吸入管46组成，水泵吸入管42和喷嘴43分别与水泵41固定连接，喷嘴43、水泵排出管45和水合物吸入管46分别与文丘里管44固定连接，喷嘴43为异形，可伸入文丘里管44内部，并与文丘里管44进行密封连接，水泵吸入管42的管口设置在整个车体1的后部，水泵吸入管42的管口安装有海水过滤器8用于过滤海水中的杂质，水泵吸入管42的管口与安装架12的尾部固定连接，文丘里管44与安装架12固定连接，水合物吸入管46的一端与文丘里管44固定连接，水合物吸入管46的另一端与水合物吸入口柔性连接；本实施例中姿态液缸5的数量为2个，2个姿态液缸5的一端与推力臂2与破碎装置2连接的一端通过销轴活动连接，2个姿态液缸5的另一端与安装架12通过销轴活动连接；电机安装座323中安装有锥齿轮与旋转驱动装置322中的相匹配的锥齿轮连接，电机6与电机安装座323固定连接并通过电机安装座323中的锥齿轮来驱动旋转驱动装置322运行；水下液压站7与安装架12固定连接，为姿态液缸5提供动力。

Claims (8)

1.一种天然气水合物开采装置，其特征在于包括：

车体，所述车体包括底盘，与所述底盘固定连接的安装架，所述底盘由履带总成和支撑主梁组成，所述支撑主梁与所述履带总成固定连接，所述安装架与所述支撑主梁固定连接；

推力臂，所述推力臂与所述安装架活动连接；

破碎装置，所述破碎装置由后盖及滚筒组成，所述后盖与所述推力臂固定连接，所述后盖由上后盖和下后盖组成，所述下后盖中部加工有一个水合物吸入口；

泵取装置，所述泵取装置包括水泵、与水泵固定连接的水泵吸入管、与所述水泵固定连接的喷嘴，与所述喷嘴固定连接的文丘里管、与所述文丘里管固定连接的水泵排出口和水合物吸入管，所述水泵吸入管的一端与所述水泵固定连接，所述水泵吸入管的另一端与所述安装架固定连接，所述文丘里管与所述安装架固定连接，所述水合物吸入管与所述水合物吸入口柔性连接；

姿态液缸，所述姿态液缸一端与所述安装架活动连接，所述姿态液缸的另一端与所述推力臂活动连接，所述姿态液缸的数量≥1；

电机，所述电机与所述破碎装置固定连接；

水下液压站，所述水下液压站与所述安装架固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述水合物吸入口安装过滤格栅。

3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述滚筒由转轴、与所述转轴固定连接的旋转驱动装置、与所述旋转驱动装置固定连接的电机安装座、与所述转轴固定连接的螺旋凸缘、与所述螺旋凸缘固定连接的截齿组成，所述电机与所述电机安装座固定连接，所述电机安装座与所述推力臂固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述转轴分为三个部分套接在所述旋转驱动装置上，分别为左转轴、中转轴和右转轴。

5.根据权利要求4所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述螺旋凸缘在所述左转轴、中转轴和右转轴表面上均匀分布成螺旋形，且左转轴与右转轴上的螺旋形相对于整个滚筒的中分线对称分布，所述中转轴上的螺旋形相对于整个滚筒的中分线对称分布，且靠近所述左转轴一边的螺旋形与所述左转轴上的螺旋形一样，靠近所述右转轴一边的螺旋形与所述右转轴上的螺旋形一样，所述螺旋形方向向所述滚筒中部集中，即螺旋形均向所述滚筒中部倾斜。

6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述水泵吸入管的管口安装有海水过滤器。

7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述推力臂的数量为2个，2个所述推力臂之间通过金属杆件进行连接。

8.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采装置，其特征在于：所述水泵排出管的管口布置在所述安装架上方，所述水泵吸入口的管口设置在所述安装架后方。