【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用于天然气水合物固态流化法开采后多相介质分离装置及方法。
技术介绍
1、化石能源的大量消耗对生态环境及人类的可持续发展带来了极大的挑战。其中天然气水合物(俗称“可燃冰”)因具备储量巨大、能量密度大、分布广泛、燃烧清洁等优点成为能源领域的关注焦点。截止目前天然气水合物开采的方法是限制其发展的关键点。
2、天然气水合物固态流化开采法，是将固态水合物先机械破碎化、后流化为水合物浆体，进入封闭管道初步分解，然后举升到海平面平台进行深度分解和气液固分离，获得天然气。因此对举升至海平面平台的水合物浆体进行气液固分离是固态流化天然气水合物开采方法获取天然气的一个重要步骤。
3、cn112523738a公开一种天然气水合物分离设备及工艺，分离设备包括一个或多个旋流分离管和上下筒体。上下筒体通过隔板形成进料腔、溢流腔和集沙腔。旋流分离管的溢流出口与溢流腔相通，进料口位于进料腔，底流口与集沙腔相通。天然气水合物采出泥浆通过进料管口进入进料腔，经过旋流分离管的分离，天然气和天然气水合物连同部分水从溢流管排入溢流腔，天然气经排气管口进入天然气收集管；天然气水合物浆料经排出管口进入天然气水合物浆料收集管；泥沙连同部分水通过底流口排入集沙腔，经排沙管口排入水体。
4、cn113107434a公开了一种海洋天然气水合物固态流化管式分离器，包括：第一分离器，所述第一分离器包括：第一分离套管、动力液管、旋流挡板、回收机构以及排砂机构。水合物被吸入第一分离套管后产生周向速度，使密度较大的泥砂分离到第一分离套管
5、但以上设计及专利技术均致力于对水合物矿藏开发过程中进行除砂研究，并未实现对天然气水合物浆体中固液气三相介质的精细分离。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种运行可靠、操作简单的天然气水合物固态流化开采后期分离装置，主要解决现阶段天然气水合物矿藏通过固态流化开采方法形成的水合物浆体运移到海上平台无法及时进行多相介质分离的问题。
2、本专利技术的天然气水合物固态流化开采后期分离装置，采用以下技术方案。
3、该分离装置，包括依次连接的气相分离部、连接部和水砂分离部，气相分离部和水砂分离部之间连接增压部；
4、气相分离部为一级气相分离器，一级气相分离器上设置有顶端气相出口，顶部外侧设置有切向混合相入口，底部设置有一级水相出口，底部外侧设置有一级砂相出口，一级气相分离器内部设置有顶气内锥，顶气内锥的内部固定有无锥螺旋导流器，顶气内锥的底端设置有内锥水相出口；
5、连接部为导流管，导流管的两端分别连接一级气相分离器的顶气内锥和二级水砂分离器的二级水砂轴向入口；
6、水砂分离部为二级水砂分离器，二级水砂分离器的顶端设置有二级水砂轴向入口，顶部外侧设置有二级水砂切向入口，底端设置有水相出口，底端外侧设置有砂相出口，二级水砂分离器的内部设置有带锥螺旋导流器和水砂分隔管；
7、增压部为砂相连接管，砂相连接管的两端分别连接一级气相分离器的一级砂相出口和二级水砂分离器的二级水砂切向入口。
8、进一步地，上述装置中：
9、所述气相分离部中的切向混合相入口包括第一切向混合相入口和第二切向混合相入口。
10、所述一级气相分离器底部设置有内锥固定环槽，内锥固定环槽内插有内锥固定插台，将顶气内锥固定在一级气相分离器底端，并使内锥水相出口与一级水相出口重合连接。
11、所述顶气内锥底部外壁面设置有等径环形台，所述等径环形台直径与一级气相分离器腔室内径相同，使顶气内锥与一级气相分离器同轴。
12、所述无锥螺旋流道固定在顶气内锥的圆柱腔室段内，其上设置有螺旋流道。
13、所述导流管呈喇叭形，顶端设置入口。
14、所述导流管与一级气相分离器之间为螺纹连接，且两者之间设置密封圆环；所述导流管与二级水砂分离器通过法兰连接。
15、所述水砂分隔管的底部设置有分隔管等径环形台和分隔管固定插台，分隔管固定插台插接在设置于二级水砂分离器内的分隔管固定环槽中，使水砂分隔管固定在二级水砂分离器底部轴心处。
16、所述砂相连接管为螺旋管。
17、上述装置根据水合物浆体的物质特性对混合物进行多级精细分离，水合物浆体由外界动力源泵入装置腔室内部并在装置内部沿腔室内壁做圆周运动，根据不同介质之间存在密度差而形成的离心力差，首先将气相分离，水相和砂相通过螺旋增压进入二级分离装置，同样依靠圆周运动产生的离心力差实现分离，最终完成气水砂三相介质的分离。
18、利用上述装置分离天然气水合物固态流化开采后期水合物泥浆气.水.砂的方法，包括以下步骤：
19、(1)将水合物浆体由第一切向混合相入口和第二切向混合相入口泵入一级气相分离器的腔室内；
20、(2)水合物浆体在一级气相分离器腔室内沿腔室内壁做圆周运动，气相分布在一级气相分离器腔室轴心处，砂相分布在一级气相分离器腔室边壁处，水相分布位置位于气相和砂相两者之间；
21、(3)在顶气内锥的作用下，气相由一级气相分离器顶端气相出口排出，砂相和水相继续向一级气相分离器腔室内下方运移；
22、(4)大部分水相和部分砂相进入顶气内锥腔室内，在无锥螺旋导流器的作用下增强圆周运动的切向速度，大部分砂相和部分水相进入砂相连接管，在砂相连接管的作用下增强圆周运动的切向速度；
23、(5)砂相和水相进入二级水砂分离器，经过带锥螺旋导流器再次增加圆周运动的切向速度，从而增大两相介质之间的离心力差；
24、(6)由于砂相密度较大，分布在二级水砂分离器边壁处，最终由砂相出口排出；水相密度较小，分布在二级水砂分离器轴心处，最终进入水砂分隔管由水相出口排出。
25、用天然气水合物浆体模拟固态流化法开采实际工况下的天然气水合物浆体，天然气水合物浆体为气.水.砂三相混合物，可通过改变气.水.砂的比例模拟不同水合物藏开采出的天然气水合物浆体。水相可采用天然海水模拟实际工况下的海水，砂相可通过混合不同粒径砂模拟天然气水合物浆体中的砂相，气相可由甲烷气体模拟水合物矿体分解产生的天然气。
26、本专利技术根据旋流分离原理，对固态流化开采后的水合物浆体中的气水砂三相介质进行精细高效分离，具备分离效率高，运行成本低，对环境无污染等特点，能够有效降低天然气水合物开采后期处理的生产成本。
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1.一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：包括依次连接的气相分离部、连接部和水砂分离部，气相分离部和水砂分离部之间连接增压部；
2.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述气相分离部中的切向混合相入口包括第一切向混合相入口和第二切向混合相入口。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述一级气相分离器底部设置有内锥固定环槽，内锥固定环槽内插有内锥固定插台，将顶气内锥固定在一级气相分离器底端，并使内锥水相出口与一级水相出口重合连接。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述顶气内锥底部外壁面设置有等径环形台，所述等径环形台直径与一级气相分离器腔室内径相同，使顶气内锥与一级气相分离器同轴。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述无锥螺旋流道固定在顶气内锥的圆柱腔室段内，其上设置有螺旋流道。
6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征
7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述导流管与一级气相分离器之间为螺纹连接，且两者之间设置密封圆环；所述导流管与二级水砂分离器通过法兰连接。
8.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述水砂分隔管的底部设置有分隔管等径环形台和分隔管固定插台，分隔管固定插台插接在设置于二级水砂分离器内的分隔管固定环槽中，使水砂分隔管固定在二级水砂分离器底部轴心处。
9.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述砂相连接管为螺旋管。
10.一种权利要求1所述天然气水合物固态流化开采后期分离装置的分离水合物泥浆中气水砂的方法，其特征是：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：包括依次连接的气相分离部、连接部和水砂分离部，气相分离部和水砂分离部之间连接增压部；
2.根据权利要求1所述的天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述气相分离部中的切向混合相入口包括第一切向混合相入口和第二切向混合相入口。
3.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述一级气相分离器底部设置有内锥固定环槽，内锥固定环槽内插有内锥固定插台，将顶气内锥固定在一级气相分离器底端，并使内锥水相出口与一级水相出口重合连接。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述顶气内锥底部外壁面设置有等径环形台，所述等径环形台直径与一级气相分离器腔室内径相同，使顶气内锥与一级气相分离器同轴。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物固态流化开采后期分离装置，其特征是：所述无锥螺旋流道固定在...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵小龙，王增林，张雷，赵益忠，左家强，李鹏，任家敏，杨军，梁伟，贾维霞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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