一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置

1.本实用新型涉及天然气水合物开采领域，具体涉及一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置。


背景技术：

2.天然气水合物又称“可燃冰”，是一种由甲烷为主的烃类气体和水在低温高压的条件下，形成的类冰状固体。天然气水合物特别是海洋天然气水合物，是目前尚未规模化开发的储量最大的一种新型能源，其储量大约相当于全世界已知煤炭、石油等传统化石能源的两倍。海洋水合物钻探结果表明，我国南海天然气水合物绝大部分为泥质粉砂型水合物，这类水合物具有非成岩、弱胶结、稳定性差、无致密盖层等储层特性。根据上述海洋水合物储层特性，现有技术提出了固态流化开采的新方法，并于2017年6月在我国南海成功进行了天然气水合物试采。固态流化开采方法的核心思想是在不改变温压条件的基础上，利用水射流破碎水合物储层并流化成浆体，再经过回收、分离和举升将水合物采收至平台。水合物颗粒与砂颗粒高效分离对于降低管输举升的能耗、减轻井下管串设备的冲蚀磨损等具有非常重要的工程意义。因此，如何实现水合物和砂的高效分离是流化开采过程中的关键环节。
3.现有技术中，公布号为cn113090246b的中国发明专利公开了一种用于双层管钻井的天然气水合物井下原位除砂装置及除砂方法，通过旋流器将混合浆料轴向流动转化为旋转流动，从而使胶结态颗粒在旋流场内利用自转产生的离心力与流体剪切力，使天然气水合物与泥砂分离。但是这种装置只实现了水合物和砂的初级分离，并未将初级分离出的砂中夹带的水合物颗粒再次分离出来，导致水合物随着泥砂返排至井底，降低了水合物开采效率。公布号为cn207377551u的中国实用新型专利公开了一种串联式海底浅层天然气水合物原位分离装置，为了对初级分离出的产物再次进行精细分离，以提高水合物的分离精度、提高水合物开采效率，在井下有限径向空间范围内，将多个分离短节进行串联。虽然这种方法可以将水合物浆体进行多次分离，但是整个装置的流道设计很复杂且过流面积很小，很容易造成堵塞，导致分离器失效，不利于井下水合物开采作业的持续进行，会产生巨大的经济损失。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置，以解决现有技术旋流器分离出的砂夹带水合物颗粒，使得水合物返排至井底，造成水合物开采效率降低；另外分离装置结构简单，避免了井下复杂的流道设计，提高了分离装置的可靠性。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置，包括分离筒、螺旋导叶、稳流锥、排砂孔、隔离板、内锥、内流孔、水合物流道a、水合物流道b。本技术中，螺旋导叶、稳流锥、内锥、隔离板设置于分离筒内部；其中螺旋导叶位于分离筒内部下端，稳流锥位于螺旋导叶上部，内锥位于稳流锥上部，隔离板位于内锥上部。需要说明的是，本技术中的上/顶、
下/底等方向，是钻井工程中的惯用方向，即朝向井口方向为上/顶，朝向井底方向为下/底。
7.进一步的，所述的螺旋导叶与分离筒构成初级分离腔，流化回收后的水合物混合浆体从螺旋导叶下部进入初级分离腔，在旋转离心力作用下密度大的砂颗粒迁移到初级分离腔外侧，密度小的水合物颗粒聚集在初级分离腔内侧；水合物混合浆体沿着螺旋导叶螺旋向上流动。
8.进一步的，所述的稳流锥设置于螺旋导叶上部，以保证螺旋分离后的流场的稳定性，避免颗粒返混。
9.进一步的，所述的内锥是外部具有一定锥度的锥筒，设置于稳流锥的上端，并与稳流锥留有一定间距；内锥下端布置若干个内流孔；经过初级分离腔旋流分离出的水合物颗粒从内锥内部的水合物流道a向上流动。
10.进一步的，所述的内锥与分离筒构成二级分离腔，经过初级分离出的砂浆体混有少量水合物颗粒并进入二级分离腔，进行二级旋流分离；在二级分离腔中密度小的水合物颗粒在离心力作用下向内迁移，沿着内锥外壁向下运动到内流孔位置，并通过内流孔进入水合物流道a，在二级分离腔中密度大的砂颗粒在离心力作用下向外迁移，沿着分离筒的内壁向上运动到排砂孔位置，并通过排砂孔排出井筒，达到除砂回填的目的。
11.进一步的，所述的隔离板设置于内锥的上端，隔离板内部为水合物流道b，为水合物流动提供通道；隔离板封堵二级分离腔的上端，避免分离出的砂再次进入井筒。
12.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
13.1、本实用新型一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置，以解决现有技术旋流器分离出的砂夹带水合物颗粒，使得水合物返排至井底，造成水合物开采效率降低。
14.2、本实用新型一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置，分离效率高，结构简单，避免了井下复杂的流道设计，提高了分离装置的可靠性。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
16.图1为本实用新型具体实施例中一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型具体实施例中一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置的工作原理图。
18.附图中标记及对应的零部件名称：
19.1-分离筒，2-螺旋导叶，3-稳流锥，4-排砂孔，5-隔离板，6-内锥，7-内流孔，8-水合物流道a，9-初级分离腔，10-二级分离腔，11-水合物流道b。
具体实施方式
20.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
21.实施例：
22.一种带有内锥结构的天然气水合物浆体旋流分离装置，如图1所示，包括依次连接的分离筒1、螺旋导叶2、稳流锥3、内锥6、隔离板5；
23.分离筒1与螺旋导叶2的内部空间构成了初级分离腔9；分离筒1与内锥6的内部空间构成了二级分离腔10；分离筒1包括排砂孔4；
24.内锥6包括内流孔7、水合物流道a8；
25.隔离板5包括水合物流道b11；
26.初级分离腔9、二级分离腔10、内流孔7、水合物流道a8依次连通；
27.初级分离腔9、二级分离腔10、排砂孔4依次连通；
28.螺旋导叶2与分离筒1构成初级分离腔9，流化回收后的水合物混合浆体从螺旋导叶2下部进入初级分离腔9，在旋转离心力作用下密度大的砂颗粒迁移到初级分离腔9外侧，密度小的水合物颗粒聚集在初级分离腔9内侧；水合物混合浆体沿着螺旋导叶2螺旋向上流动；
29.稳流锥3设置于螺旋导叶2上部，以保证螺旋分离后的流场的稳定性，避免颗粒返混；
30.内锥6是外部具有一定锥度的锥筒，设置于稳流锥3的上端，并与稳流锥3留有一定间距；内锥6下端布置若干个内流孔7；经过初级分离腔9旋流分离出的水合物颗粒从内锥6内部的水合物流道a8向上流动；
31.内锥6与分离筒1构成二级分离腔10，经过初级分离出的砂浆体混有少量水合物颗粒并进入二级分离腔10，进行二级旋流分离；在二级分离腔10中密度小的水合物颗粒在离心力作用下向内迁移，沿着内锥6外壁向下运动到内流孔7位置，并通过内流孔7进入水合物通道a8，在二级分离腔10中密度大的砂颗粒在离心力作用下向外迁移，沿着分离筒1的内壁向上运动到排砂孔4位置，并通过排砂孔4排出井筒，达到除砂回填的目的；
32.隔离板5设置于内锥6的上端，隔离板5内部为水合物流道b11，为水合物流动提供通道；隔离板5封堵二级分离腔10的上端，避免分离出的砂再次进入井筒；
33.本实施例的工作原理：如图2所示，流化回收后的水合物混合浆体从螺旋导叶2下部进入初级分离腔9，在旋转离心力作用下密度大的砂颗粒迁移到初级分离腔9外侧，密度小的水合物颗粒聚集在初级分离腔9内侧，水合物混合浆体沿着螺旋导叶2螺旋向上流动；螺旋向上流动的水合物混合浆体到达稳流锥3，在稳流锥3的作用下稳定流场，避免颗粒返混；经过初级分离出的砂浆体混有少量水合物颗粒并进入二级分离腔10，进行二级旋流分离；在二级分离腔10中密度小的水合物颗粒在离心力作用下向内迁移，沿着内锥6外壁向下运动到内流孔7位置，并通过内流孔7进入水合物通道a8，在二级分离腔10中密度大的砂颗粒在离心力作用下向外迁移，沿着分离筒1的内壁向上运动到排砂孔4位置，并通过排砂孔4排出井筒，达到除砂回填的目的；分离出的水合物颗粒通过隔离板5内部的水合物流道b11向上流动至下一级进行处理。
34.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。