一种天然气水合物气固液三相分离装置及方法与流程

本发明涉及天然气水合物模拟开采多相分离技术领域，具体涉及一种天然气水合物气固液三相分离装置及方法。

背景技术：

目前天然气水合物已成功进行试开采，然而距离商业化仍有许多问题待解决。因此在天然气水合物开采研究中采用模拟开采仍是研究主要手段，模拟开采过程中的气液固三相流分离计量是研究的重要指标。

现有方案不能实时对产气液固分离收集，没有固液相沉砂筒对出砂实时收集，装置清洗不方便，甚至是不能清洗的，导致实验有误差。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供一种天然气水合物气固液三相分离装置及方法，实现对模拟天然气水合物开采产气液固三相流分离，装置易拆分和清洗，循环使用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种天然气水合物气固液三相分离装置，其包括支架、液位变送器、安装在所述支架上的分离筒、以及连接在所述分离筒下端的沉降筒；

所述分离筒具有中空腔体，所述分离筒上端封闭且设有气体排放接口，所述气体排放接口的气体入口设有上滤网且所述气体排放接口用于排放气固液三相分离后的气体，所述分离筒的中空腔体开设有排水接口；

所述沉降筒具有中空腔体，所述沉降筒的中空腔体与所述分离筒的中空腔体通过微孔金属滤管连通，所述微孔金属滤管通过过滤器安装座安装在所述沉降筒与所述分离筒的连接处的腔体内，所述微孔金属滤管用于过滤固体颗粒，所述沉降筒的中空腔体开设有气液固混合物接口，所述沉降筒的底端封闭；

所述液位变送器用于监测所述分离筒的液位是否在一直维持在下临界液位之上，所述下临界液位在所述排水接口的上方。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述分离筒上端通过上盖法兰盖合在所述分离筒上端并通过六角头螺栓、六角螺母和平垫圈锁定，所述上盖法兰与所述分离筒上端接触面设置有第一橡胶o形密封圈。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述分离筒为两端具有法兰连接面的圆筒体，所述沉降筒为一端具有法兰连接面的圆筒体，所述分离筒和所述沉降筒的法兰连接面连接并通过六角头螺栓、六角螺母和平垫圈锁定。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述沉降筒的底端通过沉降筒堵头封闭并经堵头压套固定，所述沉降筒堵头的外周面与所述沉降筒的内腔之间设置有第三橡胶o形密封圈。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述底水排放口的入水口为一沉头槽，所述沉头槽内设置有下滤网，所述下滤网与所述沉头槽的底部之间设置有滤网压垫，所述下滤网被滤网压头固定在所述沉头槽内。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述分离筒的中空腔体设有排液接管，所述排液接管设置在所述分离筒的上临界液位之上。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述沉降筒的底端开设有底水排放口，所述底水排放口设有双卡套和空心螺栓，双卡套将外接排水管接入到所述底水排放口，并通过空心螺栓固定。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离装置，进一步地，所述排水接口设有气动阀，所述气动阀用于控制所述排水接口开闭且所述气动阀与所述液位变送器控制信号连接，当分离筒内液位经液位变送器检测到达开启排水接口的上临界液位时，气动阀动作排水接口进行排水；当分离筒内液位经液位变送器检测到达排水下限液面时，气动阀动作排水接口停止排水。

一种天然气水合物气固液三相分离方法，利用如上任一所述的天然气水合物气固液三相分离装置进行，其包括以下步骤：

步骤1：在沉降筒内注入液体直到液位到达排水定位面，其中，排水定位面在气液固混合物接口的下方；

步骤2：天然气水合物的气液固混合物经气液固混合物接口流入装置，其中，气体经过微孔金属滤管和上滤网从分离筒顶部气体排放口排出，固体沉降至沉降筒的底部，液体到达上临界液位从排水接口排出。

如上所述的天然气水合物气固液三相分离方法，进一步地，在步骤2之后，对经过天然气水合物气固液三相分离装置初步分离产物进行二次分离计量，其中，

从分离筒顶部气体排放口排出的气体经y型过滤器、气体过滤器进行过滤，得到的气相经气体流量计计量；

计量后再经气液分离器分离出气体中的水蒸气，水蒸气干燥后液化后经计量电子天平计量产出液质量；

通过底水排放口排尽沉降筒内的水，拆卸沉降筒取砂进行称重计量。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：气体产出后可以利用釜内外压差驱动甲烷气体主动释放，实现天然气的开采；三相分离装置筒选择管式过滤器，增加过滤面积，提高气液透过率，同时沉降固体至下方沉降筒；三相分离方式为上微管过滤加下沉降筒二合一方式进行有效快速过滤分离；排水口安装程控气动阀，由液位变送器进行传送液位信号控制气动阀的关闭与开启，气动阀为常闭状态，液位达到设置高度上限时开启，达到下限时关闭，排水口始终在液面层，确保气体从上端排气口排出；底水排放口为实验产出工艺结束后排尽沉降水，再拆卸沉降筒取砂进行称重计量；整个气液固三相分离装置下方放置称重天平实时监测装置重量变化进而得出出砂重量变化。

附图说明

图1为本发明的三相分离装置的结构示意图。

其中：1、上滤网；2、上盖法兰；3、第一橡胶o形密封圈；4、六角螺母；5、平垫圈；6、六角头螺栓；7、分离筒；8、微孔金属滤管；9、第二橡胶o形密封圈；10、过滤器安装座；11、支架；12、沉降筒；13、滤网压头；14、滤网压垫；15、下滤网；16、第三橡胶o形密封圈；17、沉降筒堵头；18、堵头压套；19、双卡套；20、空心螺栓；21、法兰；22、气液固混合物接口；23、排水接口；24、排水下限液面；25、开启排水液面；26、气体排放接口；27、排液接管；28、液位变送器接口；29、底水排放口；30、排水定位面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参见图1，气固液三相分离装置包括支架11、液位变送器、安装在支架11上的分离筒7、以及连接在分离筒7下端的沉降筒12，分离筒7具有中空腔体，分离筒7上端封闭且设有气体排放接口26，气体排放接口26的气体入口设有上滤网1且气体排放接口26用于排放气固液三相分离后的气体，分离筒7的中空腔体开设有排水接口23；沉降筒12具有中空腔体，沉降筒12的中空腔体与分离筒7的中空腔体通过微孔金属滤管8连通，微孔金属滤管8通过过滤器安装座10安装在沉降筒12与分离筒7的连接处的腔体内，过滤器安装座10与分离筒7之间设有第二橡胶o形密封圈9，微孔金属滤管8用于过滤固体颗粒，沉降筒12的中空腔体开设有气液固混合物接口22，沉降筒12的底端封闭；液位变送器(通过液位变送器接口28安装在分离筒7上)用于监测分离筒7的液位是否在一直维持在下临界液位之上，下临界液位在排水接口23的上方。分离筒7上端通过上盖法兰2盖合在分离筒7上端并通过六角头螺栓6、六角螺母4和平垫圈5锁定，上盖法兰2与分离筒7上端接触面设置有第一橡胶o形密封圈3。分离筒7为两端具有法兰连接面的圆筒体，沉降筒12为一端具有法兰连接面的圆筒体，分离筒7和沉降筒12的法兰连接面连接并通过六角头螺栓6、六角螺母4和平垫圈5锁定。沉降筒12的底端通过沉降筒堵头17封闭并经堵头压套18固定，沉降筒堵头17的外周面与沉降筒12的内腔之间设置有第三橡胶o形密封圈16。底水排放口29的入水口为一沉头槽，沉头槽内设置有下滤网15，下滤网15与沉头槽的底部之间设置有滤网压垫14，下滤网15被滤网压头13固定在沉头槽内。分离筒7的中空腔体设有排液接管27，排液接管27设置在分离筒7的上临界液位之上，分离筒7筒壁的上排液接口和液位变送器接口均用法兰21连接。沉降筒12的底端开设有底水排放口29，底水排放口29设有双卡套19和空心螺栓20，双卡套19将外接排水管接入到底水排放口29，并通过空心螺栓20固定。排水接口23设有气动阀，气动阀用于控制排水接口23开闭且气动阀与液位变送器控制信号连接，当分离筒7内液位经液位变送器检测到达开启排水接口23的上临界液位时，气动阀动作排水接口23进行排水；当分离筒7内液位经液位变送器检测到达排水下限液面24时，气动阀动作排水接口23停止排水。

本装置的工作原理：沉降筒12预注水至排水定位面30高度；模拟天然气水合物开采产出混合流体经气液固混合物接口22流入沉降筒12；三相流体较重固体沉降至沉降筒12，小粒径固体经微孔金属滤管8阻挡仅允许液体和气体流出，固体最终沉降至沉降筒12；气动阀与排水接口23相连，当筒内液体经液位变送器检测到达开启排水液面25时，开启气动阀排水接口23进行排水；当筒内液体排水经液位变送器检测到达排水下限液面24停止排水；液位变送器和上排液接管27保证排水口始终在液面层，确保气体从上端排气口排出，及时排出液体；产出气体经微孔金属滤管8和上滤网1，通过气体排放接口26分离出气固液三相分离装置；底水排放口29为实验产出工艺结束后排尽沉降水，再拆卸沉降筒12取砂进行称重计量；这样，实验产出工艺的气液固多相流体分离气相，液相和固相进行计量。

一种天然气水合物气固液三相分离方法，利用如上任一所述的天然气水合物气固液三相分离装置进行，其包括以下步骤：步骤1：在沉降筒内注入液体直到液位到达排水定位面，其中，排水定位面在气液固混合物接口的下方；步骤2：天然气水合物的气液固混合物经气液固混合物接口流入装置，其中，气体经过微孔金属滤管和滤网从分离筒顶部气体排放口排出，固体沉降至沉降筒的底部，液体到达上临界液位从排水接口排出。在步骤2之后，对经过天然气水合物气固液三相分离装置初步分离产物进行二次分离计量，其中，从分离筒顶部气体排放口排出的气体经y型过滤器、气体过滤器进行过滤，得到的气相经气体流量计计量；计量后再经气液分离器分离出气体中的水蒸气，水蒸气干燥后液化后经计量电子天平计量产出液质量；通过底水排放口排尽沉降筒内的水，拆卸沉降筒取砂进行称重计量。

本实施例中：

(1)连接安装：固定本装置支架于稳固平台，支架上部夹持分离筒；分离筒上方安放好滤网和橡胶o形圈，再将上盖法兰压在分离筒顶部，用依次放入六角头螺栓，平垫圈和六角螺母至法兰孔拧紧固定上盖法兰；沉降筒中央安装过滤器安装座，并将微孔金属滤管安于座上，上好橡胶o形密封圈后将滤管塞入分离筒中，并依次放入六角头螺栓，平垫圈和六角螺目至连接孔拧紧固定；沉降筒堵头中央依次放入滤网，滤网压垫和滤网压头；将沉降筒堵头中央底部安好双卡套和空心螺栓；此时将沉降筒堵头圆周安上橡胶o形密封圈，将中央滤网朝上一面塞入沉降筒底部，并用堵头压套固定；装配完成后分别将混合流接口和气液固流出接口接入模拟天然气水合物开采装置内，并将沉降筒内注液体至排水定位面。

(2)气体分离计量：模拟天然气水合物开采后，气液固三相经气液固混合物接口流入装置内部，气体经过微孔金属滤管和滤网，最后由分离筒顶部气体排放口流出，气体由气体流量计实时监测。

(3)液体分离计量：模拟天然气水合物开采产出混合流体经气液固混合物接口流入沉降筒；气动阀与排水接口相连，当筒内液体经液位变送器检测到达开启排水液面时，传信号开启气动阀排水接口进行排水；当筒内液体排水经液位变送器检测到达排水下限液面停止排水；液位变送器和上排液接管保证排水口始终在液面层，确保气体从上端排气口排出，及时排出液体，液体由天平实时监测；

(4)固体分离计量：模拟天然气水合物开采产出混合流体经气液固混合物接口流入沉降筒；三相流体较重固体沉降至沉降筒，小粒径固体经微孔金属滤管8阻挡仅允许液体和气体流出，固体最终沉降至沉降筒，整个气液固三相分离装置下方放置称重天平实时监测装置重量变化进而得出出砂重量变化。

(5)精细分离计量：

步骤一：使用降压开采，采用稳压降压开采方式，控制电动背压阀，调节井口回压，产出物通过气液固三相分离器进行分离，气体经y型过滤器、气体过滤器进行过滤得到产出的气相经气体流量计计量；

步骤二：通过本装置分离后的气体再经气液分离器，分离出气体中的水蒸气，干燥后分离出的水蒸气液化后经计量电子天平计量产出液。

步骤三：底水排放口为实验产出工艺结束后排尽沉降水，再拆卸沉降筒取砂进行称重计量；试验结束后使用电子天平(固相)测量和分析仪分别测量井筒内出砂量及粒径分布。

开采方法可根据需要选择降压开采或注热开采，其中，降压开采是目前主要的天然气水合物开采方法之一，是通过降低水合物层压力，使其低于水合物在该区域温度条件下相平衡压力，从而使水合物从固体分解相变产生甲烷气体的过程。降压法开采井的设计与常规油气开采相近，渗透性较好的水合物藏内压力传播很快，因此，降压法是最有潜力的经济、有效的开采方式。注热开采，又称热激发开采法，是直接对天然气水合物层进行注热或加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。