本发明涉及到海底天然气水合物开采技术领域，尤其涉及一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置。
背景技术：
天然气水合物又称“可燃冰”，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“笼型化合物”，呈白色晶状结构。其含碳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。因此，天然气水合物特别是海洋天然气水合物被普遍认为将是21世纪替代煤炭、石油和天然气的新型的洁净的能源资源，同时也是目前尚未开发的储量大的一种新能源。海底天然气水合物藏储量巨大，海底水合物藏的开发利用将是实现我国能源可持续发展、保障国家能源安全的重要战略领域。
2017年5月中旬，全球首次针对海洋弱胶结、非成岩水合物的固态流化试采工程在南海神狐海域开始试采并成功点火。固态流化开采是在基本不改变储层的温度和压力条件下，通过射流破碎方式，破碎固态水合物层，同时收集流化后的混合浆体，再继续向上返输到井下分离装置进行水合物和泥砂的分离，水合物浆体通过连续双层管向上输送至海面，分离出的泥砂回填固化开采层，防止开采层垮塌。井下分离装置的分离效果，对开采过程中设备的使用寿命也具有重要的影响。因此井下分离装置对于海底天然气水合物的开采具有重要的工程意义。目前应用于水合物固态流化开采的井下分离装置没有设置泥砂回填通道，存在压降大、能耗高、分离效率低等问题。
针对现有技术存在的不足与空缺，本发明提出一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置。
技术实现要素：
本发明针对现有开采海底天然气水合物技术中井下分离装置的不足，提供了一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置。
一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置，其特征在于：包括上接头、分离器短节、涡流发生器、分离器、下接头；所述的上接头上端与其它工具螺纹连接，上接头下端与分离器短节的上端螺纹连接；所述的分离器短节分为内管和外管，内管中的上部设置用于分离器的直筒段轴向定位和扶正的上固定盘、上固定筒和上挂头，内管中的下部设置用于分离器的锥筒段轴向定位和扶正的下固定盘、下固定筒和下挂头，分离器短节上端与上接头下端螺纹连接，分离器短节下端与下接头上端螺纹连接；所述的下接头内设置排砂筒，排砂筒内有排砂通道，排砂通道内口连接分离器中的排砂管，外端的排出口用于连接泥砂回填的输砂装置，下接头上端与分离器短节的下端螺纹连接，下接头下端与其它工具螺纹连接；所述的涡流发生器设置在分离器短节的内管中，涡流发生器的入口与螺旋管螺旋切向连接，涡流发生器的上端与上挂头螺纹连接，涡流发生器的下端与分离器的上端通过螺栓螺母连接；所述的分离器设置在分离器短节的内管中，分离器中的溢流管设置外螺纹与端盖连接，分离器中的排砂管下端设置外螺纹与排砂通道内口连接；所述的上接头、分离器短节和下接头的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，分离器短节和下接头的内腔为混合浆体的返液通道，上接头的内腔为水合物浆体的返液通道。
进一步的技术方案中，所述的上接头为双层结构，包括内接头a和外接头a，内接头a和外接头a依靠肋板a连接，内接头a的上端设置外螺纹，外接头a的上端设置外螺纹，上接头上端与其它工具螺纹连接，内接头a的下端设置内螺纹，外接头a的下端设置内螺纹，上接头下端与分离器短节的上端螺纹连接；上接头的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，上接头的内腔为水合物浆体的返液通道。
进一步的技术方案中，所述的分离器短节包括内管和外管，内管的上端设置外螺纹与上接头的内接头a的下端连接，外管的上端设置外螺纹与上接头的外接头a的下端连接，内管的下端设置外螺纹与下接头的内接头b的上端连接，外管的下端设置外螺纹与下接头的外接头b的上端连接；分离器短节的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，内管的内腔为混合浆体的返液通道。
进一步的技术方案中，所述的内管为双头凹形孔结构，内管上部凹形孔内嵌上固定盘，上固定盘上端是用于轴向定位上固定盘的上固定筒，上固定筒上端是用于限制上固定筒轴向移动的上挂头；内管下部凹形孔内嵌下固定盘，下固定盘下端是用于轴向定位下固定盘的下固定筒，下固定筒下端是用于限制下固定筒轴向移动的下挂头。
进一步的技术方案中，所述的上固定盘中心设置用于套牢分离器直筒段的固定孔a，上固定盘有两个连接基座，在连接基座中设置进料口，在进料口周围设置四个连接孔，螺旋管管口正对进料口，螺旋管与连接基座采用螺栓螺母连接；上固定盘中固定孔a与外环a之间设置有四个辐条a连接，辐条a之间的通孔a为混合浆体的返液通道；所述的下固定盘中心设置用于套牢分离器的锥筒段的固定孔b，下固定盘中固定孔b与外环b之间设置有四个辐条b连接，辐条b之间的通孔b为混合浆体的返液通道；所述的上挂头中心设置螺纹孔a，上挂头螺纹孔a与涡流发生器的端盖上端螺纹连接，上挂头设置外螺纹与内管的上端内螺纹连接；所述的下挂头中心设置螺纹孔b，下挂头螺纹孔b与分离器中的排砂管上部的外螺纹连接，螺纹孔b四周设置四个用于混合浆体返液的通孔c，下挂头与内管的下端螺纹连接。
进一步的技术方案中，所述的涡流发生器设置在分离器短节的内管中，包括端盖、外筒和双头螺旋叶片，端盖下端与外筒上端设置螺钉连接，端盖上端设置外螺纹与上挂头连接，端盖中心设置一个用于连接分离器的溢流管的内螺纹孔，外筒下端与分离器的直筒段上端设置螺栓螺母连接，双头螺旋叶片设置在溢流管的外部，双头螺旋叶片的每一头的上部端口正对螺旋管的切向出口。
进一步的技术方案中，所述的分离器设置在分离器短节的内管中，分离器设置在涡流发生器的下端，分离器中的溢流管设置外螺纹与端盖连接，分离器中的排砂管下端设置外螺纹与排砂通道内口连接。
进一步的技术方案中，所述的下接头为双层结构，包括内接头b和外接头b，内接头b和外接头b依靠排砂筒和肋板b连接；内接头b的上端设置内螺纹与分离器短节内管的下端连接，外接头b的上端设置内螺纹与分离器短节外管的下端连接，内接头b的下端设置外螺纹，外接头b的下端设置外螺纹，下接头下端与其它工具螺纹连接；排砂筒内有排砂通道，排砂通道内口设置内螺纹连接排砂管，外端的排出口用于连接泥砂回填的输砂装置；下接头的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，下接头的内腔为混合浆体的返液通道。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明提出的带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置，有效地实现井下分离装置内的压降降低、短路流减少、能耗减少，提高了井下分离装置的处理能力；（2）本发明提出的带有涡流发生器的井下分离装置，涡流发生器中的双头螺旋叶片，每一头的螺旋叶片端口分别与一个螺旋管切向正对，减少了流体撞击产生的能量损失，同时双头螺旋叶片也使得流体流动状态更加稳定；（3）本发明提出的带有涡流发生器的井下分离装置布置有上接头和下接头，可与其他工具配合使用，安装方便，应用灵活。
附图说明
图1为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置的剖视图；
图2为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置的局部开口示意图；
图3为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置的a-a剖视图；
图4为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置的b-b剖视图；
图5为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的下挂头的结构示意图；
图6为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的下挂头的c-c剖视图；
图7为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的上固定盘的结构示意图；
图8为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的下固定盘的结构示意图；
图9为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的上接头的结构示意图；
图10为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的上接头的d-d剖视图；
图11为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的下接头的结构示意图；
图12为本发明一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置中的下接头的e-e剖视图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-上接头，2-分离器短节，3-涡流发生器，4-分离器，5-下接头，6-内管，7-外管，8-直筒段，9-上固定盘，10-上固定筒，11-上挂头，12-锥筒段，13-下固定盘，14-下固定筒，15-下挂头，16-排砂筒，17-排砂通道，18-内口，19-排砂管，20-排出口，21-螺旋管，22-螺栓，23-螺母，24-溢流管，25-外螺纹，26-端盖，27-外螺纹，28-内接头a，29-外接头a，30-肋板a，31-外螺纹，32-外螺纹，33-内螺纹，34-内螺纹，35-外螺纹，36-外螺纹，37-外螺纹，38-内接头b，39-外螺纹，40-外接头b，41-固定孔a，42-连接基座，43-外环a，44-辐条a，45-通孔a，46-固定孔b，47-外环b，48-辐条b，49-通孔b，50-螺纹孔a，51-外螺纹，52-内螺纹，53-螺纹孔b，54-外螺纹，55-通孔c，56-外筒，57-双头螺旋叶片，58-螺钉，59-外螺纹，60-内螺纹孔，61-肋板b，62-内螺纹，63-内螺纹，64-外螺纹，65-外螺纹，66-内螺纹，67-进料口，68-螺纹孔，69-螺栓，70-螺母，71-螺栓，72-螺母，73-螺栓，74-螺母。
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
本发明的一种带涡流发生器的天然气水合物井下分离装置结构如图1至图12所示，包括上接头1、分离器短节2、涡流发生器3、分离器4、下接头5；所述的上接头1上端与其它工具螺纹连接，上接头1下端与分离器短节2的上端螺纹连接；所述的分离器短节2分为内管6和外管7，内管6中的上部设置用于分离器4的直筒段8轴向定位和扶正的上固定盘9、上固定筒10和上挂头11，内管6中的下部设置用于分离器4的锥筒段12轴向定位和扶正的下固定盘13、下固定筒14和下挂头15，分离器短节2上端与上接头1下端螺纹连接，分离器短节2下端与下接头5上端螺纹连接；所述的下接头5内设置排砂筒16，排砂筒16内有排砂通道17，排砂通道17内口18连接分离器4中的排砂管19，外端的排出口20用于连接泥砂回填的输砂装置，下接头5上端与分离器短节2的下端螺纹连接，下接头5下端与其它工具螺纹连接；所述的涡流发生器3设置在分离器短节2的内管6中，涡流发生器3的入口与螺旋管21螺旋切向连接，涡流发生器3的上端与上挂头11螺纹连接，涡流发生器3的下端与分离器4的上端通过螺栓22螺母23连接；所述的分离器4设置在分离器短节2的内管6中，分离器4中的溢流管24设置外螺纹25与端盖26连接，分离器4中的排砂管19下端设置外螺纹27与排砂通道17内口18连接；所述的上接头1、分离器短节2和下接头5的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，分离器短节2和下接头5的内腔为混合浆体的返液通道，上接头1的内腔为水合物浆体的返液通道。
如图2、图9和图10所示，所述的上接头1为双层结构，包括内接头a28和外接头a29，内接头a28和外接头a29依靠肋板a30连接，内接头a28的上端设置外螺纹31，外接头a29的上端设置外螺纹32，上接头1上端与其它工具螺纹连接，内接头a28的下端设置内螺纹33，外接头a29的下端设置内螺纹34，上接头1下端与分离器短节2的上端螺纹连接；上接头1的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，上接头1的内腔为水合物浆体的返液通道。
如图1至图2所示，所述的分离器短节2包括内管6和外管7，内管6的上端设置外螺纹35与上接头1的内接头a28的下端连接，外管7的上端设置外螺纹36与上接头1的外接头a29的下端连接，内管6的下端设置外螺纹37与下接头5的内接头b38的上端连接，外管7的下端设置外螺纹39与下接头5的外接头b40的上端连接；分离器短节2的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，内管6的内腔为混合浆体的返液通道。
如图1所示，所述的内管6为双头凹形孔结构，内管6上部凹形孔内嵌上固定盘9，上固定盘9上端是用于轴向定位上固定盘9的上固定筒10，上固定筒10上端是用于限制上固定筒10轴向移动的上挂头11；内管6下部凹形孔内嵌下固定盘13，下固定盘13下端是用于轴向定位下固定盘13的下固定筒14，下固定筒14下端是用于限制下固定筒14轴向移动的下挂头15。
如图1、图5、图6、图7和图8所示，所述的上固定盘9中心设置用于套牢分离器4中直筒段8的固定孔a41，上固定盘9有两个连接基座42，在连接基座42中设置进料口67，在进料口67周围设置四个连接孔68，螺旋管21管口正对进料口67，螺旋管21与连接基座42采用螺栓69螺母70连接；上固定盘9中固定孔a41与外环a43之间设置有四个辐条a44连接，辐条a44之间的通孔a45为混合浆体的返液通道；所述的下固定盘13中心设置用于套牢分离器4的锥筒段12的固定孔b46，下固定盘13中固定孔b46与外环b47之间设置有四个辐条b48连接，辐条b48之间的通孔b49为混合浆体的返液通道；所述的上挂头11中心设置螺纹孔a50，上挂头11螺纹孔a50与涡流发生器3的端盖26上端螺纹连接，上挂头11设置外螺纹51与内管6的上端内螺纹52连接；所述的下挂头15中心设置螺纹孔b53，下挂头15螺纹孔b53与分离器4中的排砂管19上部的外螺纹54连接，螺纹孔b53四周设置四个用于混合浆体返液的通孔c55，下挂头15与内管6的下端螺纹连接。
如图1至图2所示，所述的涡流发生器3设置在分离器短节2的内管6中，包括端盖26、外筒56和双头螺旋叶片57，端盖26下端与外筒56上端设置螺钉58连接，端盖26上端设置外螺纹59与上挂头11连接，端盖26中心设置一个用于连接分离器4的溢流管24的内螺纹孔60，外筒56下端与分离器4的直筒段8上端设置螺栓22螺母23连接，双头螺旋叶片57设置在溢流管24的外部，双头螺旋叶片57的每一头的上部端口正对螺旋管21的切向出口，在双头螺旋叶片57的导流作用下由直线运动变为螺旋运动，减少了混合浆体进入分离器4内,撞击筒壁产生的能量损失，减少了短路流，同时双头螺旋叶片57也使得混合浆体流动状态更加稳定，降低了分离装置的压降。
如图1至图2所示，所述的分离器4设置在分离器短节2的内管6中，分离器4设置在涡流发生器3的下端，分离器4中的直筒段8与涡流发生器3中的外筒56通过螺栓22螺母23连接；分离器4中的直筒段8的下部设置锥筒段12，采用螺栓71螺母72连接；分离器4中的锥筒段12的下部设置排砂管19，采用螺栓73螺母74连接；分离器4中的排砂管19下端设置外螺纹27与排砂通道17内口18连接；分离器4中的溢流管24设置外螺纹25与端盖26连接。
如图1、图2、图11和图12所示，所述的下接头5为双层结构，包括内接头b38和外接头b40，内接头b38和外接头b40依靠排砂筒16和肋板b61连接；内接头b38的上端设置内螺纹62与分离器短节2内管6的下端连接，外接头b40的上端设置内螺纹63与分离器短节2外管7的下端连接，内接头b38的下端设置外螺纹64，外接头b40的下端设置外螺纹65，下接头5下端与其它工具螺纹连接；排砂筒16内有排砂通道17，排砂通道17内口18设置内螺纹66连接排砂管19，外端的排出口20用于连接泥砂回填的输砂装置；下接头5的环空为海底天然气水合物开采的进液通道，下接头5的内腔为混合浆体的返液通道。
本发明的工作原理：在海底天然气水合物进行固态流化开采时，需要引入高压海水进行射流破碎水合物层，上接头1环空、分离器短节2环空、下接头5环空组成的环空通道为高压海水的进液通道；在射流破碎之后，井下收集混合浆体，混合浆体在举升泵的作用下到达井下分离装置的下接头5，混合浆体从下接头5的内腔进入分离器短节2中内管6的内腔，然后依次通过下挂头15的通孔c55、下固定盘13的通孔b49、上固定盘9的通孔a45，最后混合浆体从进料口67进入螺旋管21内，混合浆体从螺旋管21流入到与螺旋管21切向正对的涡流发生器3中双头螺旋叶片57的端口，在双头螺旋叶片57的导流作用下由直线运动变为螺旋运动，减少了混合浆体进入分离器4内,撞击筒壁产生的能量损失，减少了短路流，同时双头螺旋叶片57也使得混合浆体流动状态更加稳定，降低了分离装置的压降；然后混合浆体在分离器4内进行旋流分离，分离出的泥砂向下运动通过排砂管19排到排砂通道17，然后从排出口20排出，进行泥砂回填；分离出的水合物浆体向上运动从溢流管24流入上接头1的内腔，然后继续被向上输送。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。