一种水合物固态开采一体化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种水合物固态开采一体化装置及方法，属于天然气开采技术领域，它解决了现有水合物固态流化开采设备复杂，移动不便等问题。包括作业船和双辊掘进机，作业船上依次设有动力监控仓、海水注入系统、分离系统、压缩储存系统和吊车，吊车的端部设有多节伸缩杆，多节伸缩杆的末端设有双层串管，双层串管的上端设有串管连接头，串管连接头分别与与海水注入系统及分离系统连接，双层串管上依次设有泥沙分离器、第一涡轮马达、破碎机、应急解脱接头、第二涡轮马达和矿床钻辊，双辊掘进机上设有导流涡轮马达箱，导流涡轮马达箱和双层串管之间通过管道连接。本发明专利技术各部件一体化设置，集成度高，固态流化开采效率高，行走方便，生态环保。生态环保。生态环保。

【技术实现步骤摘要】
一种水合物固态开采一体化装置及方法


[0001]本专利技术属于天然气开采
，涉及一种水合物固态开采一体化装置，特别是一种水合物固态开采方法。

技术介绍

[0002]天然气水合物，俗称可燃冰，是一种极为高效清洁的能源。在我国南海海域，其资源量达到了85万亿立方米，是全国常规天然气储量的2.1倍以上。
[0003]目前，世界各国都高度重视可燃冰的商业化技术发展，正在加大投入和加紧研究其商业开发应用技术。2017年，西南石油大学的固态流化试采是世界首次成功实现资源量占全球90％以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。
[0004]我国海洋环境中赋存的天然气水合物具有弱胶结、无致密盖层、赋存位置比较浅的特点。这样的地质环境赋予了固态流化开采方法合适的施展空间。先利用海底的机械装置将赋存有天然气水合物的储层进行碎化处理，使其成为水合物浆液；而后将其输送至海平面的开采平台上进行深加工。在水合物浆液被举升的过程中，伴随着外界温度压力的变化，水合物逐渐分解，气体得以回收，从而获得天然气。整个过程的核心步骤是储层碎化，该步骤利用了海底自身的工况条件使天然气水合物在碎化的过程中基本保持稳定。固态流化的开采方法既可以做到碎化过程中水合物的基本稳定，同时能够实现抬升过程中水合物的连续化可控分解，避免潜在大量分解引起的灾难性生产事故，储层区域同时可以进行沉积物分离和就地回填。
[0005]但是现有的固态流化开采设备复杂，结构配合繁琐，而且在固态流化开采时，设备要在泥沙层和水合物床的行走时，阻力大，移动不便，而且过滤后的泥沙回填难，影响生态环境。
[0006]经检索，如中国专利文献公开了一种模块化天然气水合物固态流化开采装置【申请号：202110867343；公开号：CN113417610A】。这开采装置包括钻头模块、射流模块、前移动模块、伸缩模块、后移动模块、举升模块以及海水注入模块；钻头模块、射流模块、前移动模块、伸缩模块、后移动模块、举升模块以及海水注入模块之间由锥螺纹连接；伸缩模块、钻头模块、射流模块、前移动模块和后移动模块相互配合，虽然可用于实现装置在天然气水合物层的移动，但是开采设备复杂，移动不便。
[0007]基于此，我们提出一种水合物固态开采一体化装置及方法，各部件一体化设置，集成度高，固态流化开采效率高，行走方便，生态环保。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种水合物固态开采一体化装置及方法，该专利技术要解决的技术问题是：如何实现稳定地本装置在海底行走，稳定高效地进行水合物固态开采。
[0009]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0010]一种水合物固态开采一体化装置，包括作业船和双辊掘进机，所述作业船上依次设有动力监控仓、海水注入系统、分离系统、压缩储存系统和吊车，吊车的端部设有多节伸缩杆，多节伸缩杆的末端设有双层串管，双层串管的上端设有串管连接头，串管连接头分别与与海水注入系统及分离系统连接，双层串管上依次设有泥沙分离器、第一涡轮马达、破碎机、应急解脱接头、第二涡轮马达和矿床钻辊，双辊掘进机设置在双层串管的外侧，双辊掘进机上设有导流涡轮马达箱，导流涡轮马达箱和双层串管之间通过管道连接，双辊掘进机的下部设有挡料板，挡料板位于矿床钻辊的后侧。
[0011]本专利技术的工作原理：多节伸缩杆、双层串管、双辊掘进机、矿床钻辊的长度，以及矿床钻辊的直径(扫过水合物矿床的宽度)，根据海底泥沙层的深度以及水合物矿床的位置来设计，更换对应的型号，双辊掘进机与海底泥沙层深度一致或长于海底泥沙层深度，用于破碎海底泥沙层；
[0012]海水注入系统将海水注入多通连接头，进而进入双层串管，依次经过或进入泥沙分离器、第一涡轮马达、破碎机、应急解脱接头和第二涡轮马达，最后喷淋在矿床钻辊上，与矿床钻辊钻出的矿道配合，形成涡流，将水合物固态流体快速冲入矿床钻辊的底部；
[0013]海水经过第一涡轮马达时，带动第一涡轮马达转动，第一涡轮马达为破碎机提供动力；进入导流涡轮马达箱，导流涡轮马达箱带动双辊掘进机工作；
[0014]海水经由第二涡轮马达时，带动第一涡轮马达转动，第一涡轮马达为矿床钻辊提供动力，破碎水合物矿床，得到水合物固态流体；
[0015]分离系统负压吸入水合物固态流体，水合物固态流体依次经过矿床钻辊、第二涡轮马达、应急解脱接头、破碎机、第一涡轮马达、泥沙分离器和多通连接头的内部；
[0016]经过破碎机时，对水合物固态流体进行进一步细碎，得到水合物细碎液，经由泥沙分离器将细碎的泥沙过滤掉，回填至水合物矿床，而水合物浆液被举升的过程中，伴随着外界温度压力的变化，水合物逐渐分解，气体得以回收，从而获得天然气混合液，收集到分离系统，进行细致的气、液、固分离，最后通过压缩储存系统，对天然气进行储存。
[0017]作业船带动本装置向前移动，双辊掘进机前移，快速破碎海底泥沙层，泥沙也回填至水合物矿床，便于双层串管向前行走，泥沙可以回填矿床，矿床钻辊前移，破碎水合物矿床，得到水合物固态流体。
[0018]所述串管连接头包括进料弯管和出料直管，出料直管贯穿伸出进料弯管，出料直管的下端设有外螺管，进料弯管的下端设有安装法兰，进料弯管上端连接有海水进料软管，海水进料软管与海水注入系统连接，出料直管上端连接有水合物出料软管，水合物出料软管与分离系统连接。
[0019]采用以上结构，海水注入系统将海水通过海水进料软管注入进料弯管，进入双层串管，分离系统将水合物固态流体从双层串管抽出，经由水合物出料软管抽入分离系统，进行细致的气、液、固分离，分离后的天然气，收集在压缩储存系统，进行压缩储存。
[0020]所述双层串管包括内管和外管，内管和外管之间固定连接，外管的上端固定有固定法兰，双层串管分为两段，泥沙分离器、第一涡轮马达和破碎机位于上段双层串管上，双辊掘进机和第二涡轮马达位于下段双层串管上，应急解脱接头连接在两段双层串管之间，内管内部为水合物出料通道，内管和外管之间形成海水进料通道，外螺管螺接在内管上端，外螺管和内管之间设有密封垫，固定法兰与安装法兰之间固定连接，导流涡轮马达箱的进
水端与出水端分别与外管之间通过水管连接，进水端与外管之间的水管上设有电控阀。
[0021]采用以上结构，海水通过外管，进入海水进料通道，通过海水进料通道流动，再进入第一涡轮马达、第二涡轮马达和导流涡轮马达箱，提供动力，设置电控阀控制进入导流涡轮马达箱的海水流速，导流涡轮马达箱带动掘进辊机构工作，即也控制掘进辊机构工作转速，水合物固态流体通过水合物出料通道进行收集；当发生故障时，应急解脱接头可快速解脱，将导流涡轮马达箱、双辊掘进机、第二涡轮马达和矿床钻辊脱离，保护各部件。
[0022]所述泥沙分离器包括内过滤管和外隔管，内过滤管固定在外隔管的内部，外隔管的上下两端均设有连接法兰，连接法兰与内管连接，内过滤管内部设有若干过滤网，外隔管的上部设有进水口，进水口伸入海水进料通道内部，外隔管的下部设有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水合物固态开采一体化装置，包括作业船(1)和双辊掘进机(15)，其特征在于，所述作业船(1)上依次设有动力监控仓(2)、海水注入系统(3)、分离系统(4)、压缩储存系统(5)和吊车(6)，吊车(6)的端部设有多节伸缩杆(7)，多节伸缩杆(7)的末端设有双层串管(9)，双层串管(9)的上端设有串管连接头(8)，串管连接头(8)分别与与海水注入系统(3)及分离系统(4)连接，双层串管(9)上依次设有泥沙分离器(10)、第一涡轮马达(11)、破碎机(12)、应急解脱接头(13)、第二涡轮马达(16)和矿床钻辊(18)，双辊掘进机(15)设置在双层串管(9)的外侧，双辊掘进机(15)上设有导流涡轮马达箱(14)，导流涡轮马达箱(14)和双层串管(9)之间通过管道连接，双辊掘进机(15)的下部设有挡料板(17)，挡料板(17)位于矿床钻辊(18)的后侧。2.根据权利要求1所述的一种水合物固态开采一体化装置，其特征在于，所述串管连接头(8)包括进料弯管(19)和出料直管(20)，出料直管(20)贯穿伸出进料弯管(19)，出料直管(20)的下端设有外螺管(22)，进料弯管(19)的下端设有安装法兰(21)，进料弯管(19)上端连接有海水进料软管，海水进料软管与海水注入系统(3)连接，出料直管(20)上端连接有水合物出料软管，水合物出料软管与分离系统(4)连接。3.根据权利要求2所述的一种水合物固态开采一体化装置，其特征在于，所述双层串管(9)包括内管(49)和外管(51)，内管(49)和外管(51)之间固定连接，外管(51)的上端固定有固定法兰(50)，双层串管(9)分为两段，泥沙分离器(10)、第一涡轮马达(11)和破碎机(12)位于上段双层串管(9)上，双辊掘进机(15)和第二涡轮马达(16)位于下段双层串管(9)上，应急解脱接头(13)连接在两段双层串管(9)之间，内管(49)内部为水合物出料通道，内管(49)和外管(51)之间形成海水进料通道，外螺管(22)螺接在内管(49)上端，外螺管(22)和内管(49)之间设有密封垫，固定法兰(50)与安装法兰(21)之间固定连接，导流涡轮马达箱(14)的进水端与出水端分别与外管(51)之间通过水管连接，进水端与外管(51)之间的水管上设有电控阀。4.根据权利要求6所述的一种水合物固态开采一体化装置，其特征在于，所述泥沙分离器(10)包括内过滤管(24)和外隔管(26)，内过滤管(24)固定在外隔管(26)的内部，外隔管(26)的上下两端均设有连接法兰(23)，连接法兰(23)与内管(49)连接，内过滤管(24)内部设有若干过滤网，外隔管(26)的上部设有进水口(25)，进水口(25)伸入海水进料通道内部，外隔管(26)的下部设有出水口(27)，出水口(27)伸出外管(51)。5.根据权利要求4所述的一种水合物固态开采一体化装置，其特征在于，所述第一涡轮马达(11)和第二涡轮马达(16)的结构相同，第一涡轮马达(11)包括内通管(28)，内通管(28)的上端转动设置在内管(49)上，内通管(28)外部转动设有外通管(29)，外通管(29)固定在外管(51)上，外通管(29)和内通管(28)之间形成涡流通道，内通管(28)上设有第一涡轮叶片(30)和第二涡轮叶片(31)，外通管(29)的下端设有固定接头(32)，固定接头(32)连接在外管(51)上。6.根据权利要求5所述的一种水合物固态开采一体化装置，其特征在于，所述破碎机(12)包括固定外筒(35)，固定外筒(35)的上下两端固定在外管(51)上，固定外筒(35)内部设有旋转破碎筒，旋转破碎筒的内部设有内置通道(34)和外置通道(33)，内置通道(34)位于外置通道(33)内部，内置通道(34)的上端与第一涡轮马达(11)的内通管(28)的下端固定连接，内置通道(34)的下端与内管(49)转动连接，内置通道(34)内部设有若干破碎锤。
7.根据权利要求6所述的一种水合物固态开采一体化装置，其特征在于，所述双辊掘进机(15)包括安装架(36)，安装架(36)固定在外管(51)上方，安装架(36)上固定有两组轴承座(37)，每组轴承座(37)上转动设有转轴(38)，两个转轴(38)之间固定有齿轮副，齿轮副位于导流涡轮马达箱(14)内部，其中一个转轴(38)与导流涡轮马达箱(14)传动连接，转轴上均固定有掘进辊(40)，安装架(36)上设有两个排料板(39)、两个排料板(39)之间的距离小于两个掘进辊(40)的最外侧距离，两个排料板(39)位于掘进辊(40)的后侧，安装架(36)的下侧固定有挡料板(17)，挡料板(17)呈U型板，挡料板(17)的内侧设有若干喷头(41)，喷头(41)与海水进料通道通过水管连接，挡料板(17)位于矿床...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，冯明，蒋东雷，罗鸣，马传华，魏安超，曾春珉，吴艳辉，刁欢，朱志潜，王恒，刘正，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司海南分公司，
类型：发明
国别省市：