一种海底浅层非成岩天然气水合物举升装置的制作方法

本发明涉及到天然气水合物开采技术领域，尤其涉及到海底浅层非成岩天然气水合物举升装置。

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。天然气水合物特别是海洋水合物是目前尚未开发的储量最大的一种新能源，其储量相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等能源储量的两倍，但要实现水合物有效可控的商业开采是目前全世界面临的难题。

水合物的主要存在形式有砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型，其中细粒裂隙型和分散型水合物占绝大多数。目前为止，在我国海域所取得的天然气水合物样品均为非成岩天然气水合物，全球成功获取的天然气水合物绝大多数也是非成岩天然气水合物。深水非成岩天然气水合物具有储量大、弱胶结、稳定性差的特点，一旦所在区域的温度、压力条件发生变化，就可能导致海底非成岩天然气水合物的大量分解、气化和自由释放，存在潜在的风险。水合物传统开采方法中的降压法、注热法、化学抑制剂法和CO2置换开采法等方法对极地砂岩和海域砂岩储层天然气水合物进行了短期试采技术示范验证，其安全性有待深入研究，并且单井测试产量距离商业开采门限还有很大距离。因此，对于储存在海底表层几米到200米之内深水浅层、弱胶结的天然气水合物的开发则需要考虑一种全新的开采模式。周守为等根据世界海域水合物取样和我国海域水合物取样情况，首次提出了深水浅层天然气水合物固态流化开采技术，减少浅层水合物分解可能带来的环境风险，达到绿色可控开采的目的。但针对浅层水合物固态流化之后，混合浆体的收集、水合物颗粒与砂粒的分离、水合物浆体的举升，目前还没有比较完善的装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种海底浅层非成岩天然气水合物举升装置，包括压力泵、固控系统、双层管、上桥式通道、螺杆马达、下桥式通道、万向轴、螺杆泵、喷嘴、扩口短节、收集口、二次破碎装置、螺旋管、分离器、溢流管、排砂眼、钻头。

高压泵与双层管的环空相连，固控系统与双层管的内管相连；上桥式通道上端联接双层管，下端联接螺杆马达；螺杆马达的转子下端穿过下桥式通道，并用万向轴联接螺杆泵的转子中心轴；下桥式通道上端联接螺杆马达，下端联接螺杆泵；螺杆泵的外筒布置有喷嘴，螺杆泵下端与扩口短节联接；二次破碎装置上端与扩口短节联接，下端与分离器联接，在二次破碎装置的外筒布置有收集口，并且通过螺旋管使混合浆体切向流入分离器；分离器上端与二次破碎装置联接，下端与钻头联接，钻头中心有排砂眼，与分离器的沉砂口相通，作为分离出的泥砂的回填通道；分离器中的溢流管穿过二次破碎装置中心与扩口短节联接，作为水合物浆体的溢流通道，使水合物浆体进入到螺杆泵，经过螺杆泵举升，最后泵送到固控系统进行后期处理。

本发明具有以下优点：（1）整个装置结构简单，能够有效地实现海底浅层非成岩水合物的破碎、分离和举升；（2）螺杆泵装置结构紧凑，体积小，自吸能力强，运转平稳，工作寿命长；（3）上桥式通道和下桥式通道巧妙地实现了海水和水合物浆体的泵送和举升，节省了井下空间。

附图说明

图1为海底浅层非成岩天然气水合物举升装置示意图；

图中，1-固控系统，2-压力泵，3-海洋平台，4-双层管，5-隔水导管，6-封隔器，7-上桥式通道，8-定子，9-转子，10-螺杆马达，11-万向轴，12-转子中心轴，13-定子，14-转子，15-扩口短节，16-收集口，17-螺旋管，18-下桥式通道，19-螺杆泵，20-喷嘴，21-二次破碎装置，22-溢流管，23-分离器，24-钻头，25-排砂眼，26-沉砂口。

图2为上桥式通道上端面示意图；

图中，27-流道口Ⅰ，28-流道口Ⅱ，29-流道口Ⅲ。

图3为上桥式通道A-A剖面示意图；

图中，28-流道口Ⅱ，30-流道口Ⅳ，31-流道口Ⅵ。

图4为上桥式通道下端面示意图；

图中，30-流道口Ⅳ，31-流道口Ⅵ，32-流道口Ⅴ。

图5为上桥式通道B-B剖面示意图；

图中，27-流道口Ⅰ，29-流道口Ⅲ，32-流道口Ⅴ。

图6为下桥式通道上端面示意图；

图中，33-流道口A，34-流道口B，35-流道口C，36-流道口D，37-螺杆马达转子伸长部分光杆。

图7为下桥式通道C-C剖面示意图；

图中，34-流道口B，35-流道口C，37-螺杆马达转子伸长部分光杆，38-流道口E，39-流道口H。

图8为下桥式通道下端面示意图；

图中，37-螺杆马达转子伸长部分光杆，38-流道口E，39-流道口H，40-流道口F，41-流道口G。

图9为下桥式通道D-D剖面示意图；

图中，33-流道口A，36-流道口D，37-螺杆马达转子伸长部分光杆，40-流道口F，41-流道口G。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种海底浅层非成岩天然气水合物举升装置，包括压力泵2、固控系统1、隔水导管5、封隔器6、双层管4、上桥式通道7、螺杆马达10、下桥式通道18、万向轴11、螺杆泵19、喷嘴20、扩口短节15、收集口16、二次破碎装置21、螺旋管17、分离器23、溢流管22、排砂眼25、钻头24。

如图1所示，隔水导管5放置在覆盖泥层中，在隔水导管5外部采用封隔器6，形成封闭空间，可以将双层管4与海水进行隔离。

如图1所示，海洋平台3上的压力泵2与双层管4的环空相连，将海水泵入到环空，提供举升工艺所需的压头，海洋平台3上的固控系统1与双层管4的内管相连，回收举升上来的水合物浆体。

如图2-5所示，上桥式通道7的上端联接双层管4，下端联接螺杆马达10，并且上桥式通道7的流道口Ⅰ27、流道口Ⅲ29与上端双层管4的环空相通，流道口Ⅱ28与上端双层管4的内管相通，流道口Ⅳ30、流道口Ⅵ31与下端螺杆马达10外的环空相通，流道口Ⅴ32与下端螺杆马达10的内腔相通。

如图1所示，螺杆马达10的上端与上桥式通道7联接，下端与下桥式通道18联接，螺杆马达10的定子8固定在内筒，转子9下端伸长出部分光杆37穿过下桥式通道18，并用万向轴11联接螺杆泵19的转子中心轴12，将扭矩和转速传递给螺杆泵19，作为螺杆泵19的动力来源。

如图6-9所示，下桥式通道18的上端联接螺杆马达10，下端联接螺杆泵19，并且下桥式通道18的流道口A33、流道口D36与上端螺杆马达10外的环空相通，流道口B34、流道口C35与上端螺杆马达10的内腔相通，流道口E38、流道口H39与下端螺杆泵19外的环空相通，流道口F40、流道口G41与下端螺杆泵19的内腔相通，螺杆泵19的外筒布置有喷嘴20，螺杆泵19的上端与下桥式通道18联接，下端与扩口短节15联接，螺杆泵19的转子中心轴12装配在螺杆泵19空心的转子14中，定子13固定在内筒。

如图1所示，二次破碎装置21的上端与扩口短节15联接，下端与分离器23联接，在二次破碎装置21的外筒布置有收集口16，收集破碎之后的混合浆体，二次破碎装置21将混合浆体中的大颗粒粉碎成细小颗粒，并且通过螺旋管17将混合浆体切向流入分离器23。

如图1所示，分离器23的上端与二次破碎装置21联接，下端与钻头24联接，分离器23的沉砂口26与钻头24中心的排砂眼25相通，作为分离出的泥砂的回填通道。

如图1所示，分离器23中的溢流管22穿过二次破碎装置21中心与扩口短节15联接，作为水合物浆体的溢流通道，使水合物浆体进入到螺杆泵19，再经螺杆泵19的举升作用泵送到海洋平台3上的固控系统1，做进一步的处理。

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。