[发明专利]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

说明书

本发明涉及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，属天然气水合物破胶除砂技术领域。本发明通过内筒与外筒组成双层管结构；工作过程中，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沙剥离，进而使天然气水合物返回至海上平台供人类使用的情况下将泥沙原位回填至地层，本发明在保证天然气水合物开采安全性与可靠性的同时；不仅为液固两相提供了分离条件，又自带颗粒排序及旋流破胶结的优点，解决了现有天然气水合物流态化开采中面临的泥沙与水合物胶结的问题，并具有可连续开采，实现泥砂原位回填、破胶除砂旋流分离效果好的特点。

技术领域

本发明涉及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，属天然气水合物破胶除砂技术领域。

背景技术

天然气水合物（Natural gas hydrate，NGH，又称可燃冰）是一种储量巨大的清洁能源，勘探结果表明全球NGH的资源总量换算成甲烷为(1.8~2.1)×1016 m³，相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等能源总量的2倍，其中海底天然气水合物的储量占总储量的99%以上。

现有海底天然气水合物分离技术主要有重力和旋流离心分离两种方式，主要用在常规海洋油气开采中。Statoil公司于2001年在挪威北海的Troll油田投产了世界上第一个水下分离与注水系统(SUBSI),该分离器属于常规的卧式液-液重力分离器，理论处理量为417 m3/h ，分离器分离效率要高于传统重力分离器。Petrobras公司于2011年在巴西里Marimba油田投入一种气液两相分离系统,该分离器在温度为20℃和压力为9.8×104 Pa的工况下，液相流量为62.5 m³/h，气相流量为7917 m3/h。以上装置都属于大型水下固定分离装备，无法跟随钻柱一起运动，因此需设计一种针对天然气水合物固态流化开采的井下分离器，可满足天然气水合物固态流化开采的在线原位分离需求。而旋流器结构简单易集成，分离强度远大于重力沉降，常规油气开采使用的井下旋流分离器就是进行油-水-固三相分离的典型，与天然气水合物固态流化开采中水合物-钻井液-泥砂的分离类似。同时旋流器内形成的三维旋转湍流场，具有强剪切流的特性，这一性质对于使用絮凝剂的微米级、亚微米级颗粒的团聚体具有一定的破碎作用。因此利用旋流场进行弱胶结水合物颗粒的破胶结，将旋流分离技术应用于深水浅层水合物开采过程的原位分离，具有极大的可行性。

CN104533367A公开了一种火驱开采天然气水合物的方法，在井底安装泵和点火装置完成开采过程。CN111550222A公开了注蒸汽开采天然气水合物的方法，使用有效的井网组合方式，改善注入的蒸汽热利用率，降低携砂产出的风险。CN207568572U公开了一种模拟注入二氧化碳和生石灰粉开采天然气的实验装置，但是缺乏工业应用。因此，为我国天然气水合物大规模安全开采所亟需的钻采装备提供技术储备。

发明内容

本发明的目的在于：提公一种用于天然气水合物自转破胶结旋流器，旨在解决天然气水合物流态化开采中面临的泥沙与水合物胶结问题的用于双层管钻井的天然气水合物井下原位除砂装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种用于双层管钻井的天然气水合物井下原位除砂装置，包括内筒和外筒，其特征在于：外筒内通过多个上安装块和多个下安装块固装有内筒，内筒内设置有锥套，锥套下方的内筒内固装有装配盘，装配盘的中心部位设置有旋流器，上安装块对应的内筒圆周上均布有排砂孔，排砂孔的一端穿过上安装块延伸至外筒外端。

所述的旋流器由装配柱和装配柱上螺旋安装的导叶旋流片构成，旋流器通过装配柱与装配盘固定连接。导叶旋流片夹角为20-40°。所述的装配柱外围的装配盘上均布有装配盘通孔。

所述的导叶旋流片的外沿与内筒内壁密封接触连接；导叶旋流片与内筒内壁，之间设置有由导叶旋流片配合内筒内壁形成的螺旋通道；螺旋通道与装配盘通孔连通。