栗16位于氣液分離器的上半部分，容器上半部分的頂部開有回流口 17，供流體流入。ESP罐狀容器系統(tǒng)的工作原理是:天然氣水合物混合流體由系統(tǒng)的底部流入容器下半部分內(nèi)，經(jīng)由出氣孔10流出容器，流入ESP罐狀容器系統(tǒng)與隔水管之間的環(huán)形區(qū)域并繼續(xù)向上流動(dòng)。當(dāng)流體往上流經(jīng)罐體的上部時(shí)，此處流體受到栗的作用減弱，天然氣水合物混合流體中的天然氣氣體由于密度小繼續(xù)向上流動(dòng)，而溶有天然氣的液體在重力作用下由回流口 17流入系統(tǒng)內(nèi)部上半部分空間，最終通過氣液分離器13分離出溶于水中的天然氣。天然氣借由氣液分離器13上方的氣液分離器排氣孔15排出，與混合流體一起往上流動(dòng)。而水則通過栗的作用繼續(xù)往上流動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了天然氣水合物的分離。在ESP罐狀容器系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的井底套管6管段內(nèi)設(shè)加熱電纜，在天然氣水合物輸送的過程中產(chǎn)生一定的熱量防止其二次結(jié)晶，同時(shí)在全部井底套管6管段內(nèi)設(shè)有動(dòng)力電纜，為排液栗16、加熱電纜、水力旋流器入口栗及其他動(dòng)力設(shè)備提供電源。
[0027]圖3是管道線路交換裝置系統(tǒng)示意圖，該裝置主要包括流體輸入管道18、封隔器21、管道線路交換裝置20、氣體輸送管道22、流體輸送管道23。該裝置能將在環(huán)空二 19中流動(dòng)的氣體收集并通過氣體輸送管道22向海面上傳輸，而水流則通過流體輸送管道23想上輸送，流入節(jié)流匯管并最終排入海中。采用同軸管線設(shè)計(jì)氣體輸送管道22和流體輸送管道23的初始出口，其目的是方便在管道線路交換裝置20上設(shè)置電源適配器的線纜，避免因初始出口采用兩條線路分別排出而占用更多空間，且采用多條線纜需要分別進(jìn)行密封包裝和固定，井下空間狹小、環(huán)境惡劣，不利于施工到位。為確保系統(tǒng)工作穩(wěn)定，應(yīng)盡量避免線路排布過于分散。
[0028]實(shí)施例:
[0029]本發(fā)明所述方法的一種實(shí)例流程是:海底的天然氣水合物在海底環(huán)境下處于穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，天然氣水合物會(huì)由固態(tài)分解為液態(tài)和氣態(tài)。海底采集的天然氣水合物通常是氣液混合物，混合物中一般混有一定量泥沙。本發(fā)明所述的一種天然氣水合物的管輸裝置將天然氣水合物混合物在水下進(jìn)行固液氣分離，然后將分離的天然氣和水輸送到海面。
[0030]首先通過減壓法改變天然氣的穩(wěn)態(tài)，將含泥沙的天然氣水合物混合物收集并輸送到水力旋流器，通過離心力分離除去混合物中的泥沙，待處理的天然氣水合物混合液從旋流器進(jìn)液口 I高速進(jìn)入水力旋流器內(nèi)，產(chǎn)生很高的角速度。在同一角速度下，固體與液體因密度差而產(chǎn)生不同的離心慣性力，密度較大的泥沙因?yàn)楸凰ο蛐髌髯刁w4壁面內(nèi)側(cè)，而密度小的天然氣水合物混合物液體和氣體則靠近水力旋流器中心。泥沙被甩向旋流器椎體4壁面內(nèi)側(cè)的同時(shí)，還沿著旋流器椎體4壁面內(nèi)側(cè)螺旋式向下運(yùn)動(dòng)，最后由底流口 5排到海底。水力旋流器中心處因液體的高速旋轉(zhuǎn)而形成的低壓螺旋上升流，大部分液體和氣體隨著上升流通過旋流器溢流口 2向上輸送。
[0031]天然氣水合物混合物通過管道以及ESP的作用向上流動(dòng)。天然氣水合物混合物流體通過管道由ESP罐狀容器系統(tǒng)下方的入口 7進(jìn)入容器的下半部分，該流體在容器內(nèi)的環(huán)空一 8繼續(xù)往上流動(dòng)，期間流體經(jīng)過ESP系統(tǒng)的排液栗馬達(dá)9嚴(yán)格密封以防止進(jìn)水，流動(dòng)到容器的中部封隔器11的下方，借由容器壁所開的小孔10流出容器外，在容器外壁與套管之間的環(huán)形空間區(qū)域繼續(xù)往上流動(dòng)。其中馬達(dá)區(qū)域9在工作過程中產(chǎn)生一定量的熱，能有效的防止天然氣水合物的二次結(jié)晶。容器的上下部分由封隔器11隔開。當(dāng)氣液混合物流動(dòng)到ESP罐狀容器系統(tǒng)的頂部時(shí)，混合流體中的氣體繼續(xù)向上流動(dòng)，而液體由于重力的作用經(jīng)罐容器上方的回流口 17流入ESP罐狀容器系統(tǒng)上半部分內(nèi)部，在容器上半部分內(nèi)部往下流動(dòng)，到達(dá)位于容器上半部分的底部，進(jìn)入底部的氣液分離器13。經(jīng)氣液分離器的作用將液體中溶解的氣體分離出來，氣體借由管壁上的排氣口 14排出容器外，排氣口 14設(shè)有單向閥門，防止外部液體流入，排出后的氣體與從下半部分容器的流體匯合一起往上流動(dòng)，在混合流經(jīng)過容器頂部時(shí)，氣體往上流動(dòng)，而液體照先前所述流入容器的上半部分。經(jīng)過氣液分離器13分離的液體主要成分是水，經(jīng)由容器的流體管道18向上傳輸，而天然氣則在流體管道18和井底套管6之間的環(huán)形區(qū)域間向上流動(dòng)。此外在隔水管壁的加熱電纜也會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，避免了其二次結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]經(jīng)過氣液分離之后的水流在流體管道18中向上流動(dòng)，而天然氣則經(jīng)過處理進(jìn)入流體管道18外與對(duì)應(yīng)的井底套管6管段形成的環(huán)空二 19，流體管道18與一個(gè)管道線路交換裝置20相連。在該裝置中經(jīng)過管道線路交換，通過一個(gè)二元流頭將分離出的氣體從環(huán)空二 19收集并使它流入氣體輸送管道22，最終通過氣體輸送管道22輸送到海面甲板上進(jìn)行收集。而水流通過該裝置流入流體輸送管道23向上流動(dòng)最終通過節(jié)流匯管排入海中。其中裝置上的封隔器21能防止流體在運(yùn)輸過程中的溢出，同時(shí)提供壓力差，便于液體向上流動(dòng)。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明并不局限于上述方式，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還能進(jìn)一步改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，包括井底套管(6)、水力旋流器、ESP罐狀容器系統(tǒng)、管道線路交換系統(tǒng);所述水力旋流器、ESP罐狀容器系統(tǒng)、管道線路交換裝置從下到上依次連接，固定于井底套管(6)中；所述水力旋流器包括旋流器進(jìn)液口(I)、旋流器溢流口(2)、旋流器圓筒體(3)、旋流器椎體(4)、底流口(5);所述ESP罐狀容器系統(tǒng)被隔斷板(11)分為上下兩部分，ESP罐狀容器系統(tǒng)下半部分包括容器入口(7)、排液栗馬達(dá)(9)，ESP罐狀容器系統(tǒng)上半部分包括氣液分離器(13)、排液栗(16)，所述氣液分離器(13)下方設(shè)有氣液分離器入口(12)，上方設(shè)有氣液分離器排氣孔(15)，ESP罐狀容器系統(tǒng)壁在隔斷板(11)下方壁面上部開有出氣孔(10)，ESP罐狀容器系統(tǒng)上方壁面開有排氣口(14)并與氣液分離器排氣孔(15)連通，ESP罐狀容器系統(tǒng)頂部開有回流口(17)，ESP罐狀容器系統(tǒng)壁面與排液栗馬達(dá)(9)之間形成環(huán)空一 (8);所述的線路交換系統(tǒng)包括流體輸入管道(18)、封隔器(21)、管道線路交換裝置(20)、氣體輸送管道(22)、流體輸送管道(23)，其中井底套管(6)與流體輸入管道(18)形成環(huán)空二(19);所述的ESP罐狀容器系統(tǒng)下端容器入口(7)通過導(dǎo)管與水力旋流器上端的旋流器溢流口(2)相連接，ESP罐狀容器系統(tǒng)上端通過氣液分離器(13)管與管道線路交換裝置的流體輸入管道(18)連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，所述ESP罐狀容器系統(tǒng)在隔斷板(11)下方壁面上部開有的出氣孔(10)數(shù)量為3排，位于隔斷板下方2?5cm處，3排出氣孔(10)之間間隔5cm，每排出氣孔為4個(gè)，出氣孔直徑為2cm，沿ESP罐狀容器系統(tǒng)軸心呈圓周分布;ESP罐狀容器系統(tǒng)上方壁面開有的排氣口(14)為2個(gè)軸對(duì)稱孔，分別與氣液分離器(13)上方設(shè)置的左右2個(gè)氣液分離器排氣孔(15)連通;ESP罐狀容器系統(tǒng)頂部開有回流口(17)，沿ESP罐狀容器系統(tǒng)軸心呈圓周分布，回流口邊緣距離壁面邊緣為0.5cm，回流口數(shù)量為8個(gè)，回流口直徑為2cm。3.如權(quán)利要求2所述的一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，所述排氣口(14)上設(shè)有開口朝外的單向閥，確保釋放內(nèi)部氣體，隔絕外界液體。4.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，所述管道線路交換裝置(20)上的封隔器(21)上下端均設(shè)有膠筒，膠筒在封隔器(21)的壓縮下膨脹，與井底套管(6)緊密接觸壓實(shí)；以防天然氣或水溢出，同時(shí)隔絕壓力促使封隔器(21)下方壓力大于上方壓力從而使天然氣和水向上輸送。5.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，所述氣體輸送管道(22)和流體輸送管道(23)連接管道線路交換裝置(20)中軸，流體輸送管道(23)有一段長度為20cm的管道安裝在氣體輸送管道(22)中，安裝在氣體輸送管道(22)中的流體輸送管道(23)的管徑為本段氣體輸送管道(22)的一半，然后氣體輸送管道(22)和流體輸送管道(23)分離，分離后氣體輸送管道(22)縮小為之前管徑的60%，流體輸送管道(23)管徑保持不變。6.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，所述井底套管(6)管壁中埋設(shè)有動(dòng)力電纜。7.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣水合物的管輸裝置，其特征在于，所述ESP罐狀容器系統(tǒng)所在的井底套管(6)段井壁中埋設(shè)有加熱電纜，對(duì)天然氣水合物進(jìn)行加熱。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣水合物的管輸裝置，包括井底套管、水力旋流器、ESP罐狀容器系統(tǒng)、管道線路交換系統(tǒng)；所述水力旋流器、ESP罐狀容器系統(tǒng)、管道線路交換裝置從下到上依次連接，固定于井底套管中；所述水力旋流器包括旋流器進(jìn)液口、旋流器溢流口、旋流器圓筒體、旋流器椎體、底流口；所述ESP罐狀容器系統(tǒng)被隔斷板分為上下兩部分，包括容器入口、排液泵馬達(dá)、氣液分離器、排液泵；所述的線路交換系統(tǒng)包括流體輸入管道、封隔器、管道線路交換裝置、氣體輸送管道、流體輸送管道。本發(fā)明通過水力旋流器、ESP罐狀容器系統(tǒng)、管道線路交換裝置實(shí)現(xiàn)了天然氣水合物的固液氣三相分離，將天然氣采集輸送到海面，同時(shí)排出固相和液相，提高開采效率。
【IPC分類】E21B43/36, E21B43/01
【公開號(hào)】CN105545279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610064722
【發(fā)明人】王川, 黎俊, 王國榮, 謝真強(qiáng), 周旭
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日