[发明专利]一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置及方法

权利要求书

1.一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置的分离方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）、在一定井口压力下，钻井液携带天然气水合物、泥砂由井上三相分离装置底部的下连通管（8）进入下部盲板（7）下方的分离罐体（2）的内腔，进行初步重力沉降；

2）、进入分离罐体底部内腔的天然气水合物在湍流作用下破胶结和分解，当液面升至并淹没液固旋流器（4）上端口处，三相混合物在旋流导流作用下以一定速度进入旋流器壳体（14）内；

3）、三相混合物经旋流叶片（16）进入至旋流器壳体（14）内的过程中；由于旋流叶片（16）呈倾斜状设置，三相混合物在旋流叶片（16）的引流作用下，在液固旋流器（4）的壳体与液固溢流管（15）之间形成的环形流动空间做三维螺旋旋转流动，其中，固体颗粒在液固旋流器（4）旋流分离过程中受到的径向力主要为惯性离心力、向心浮力和流体曳力且大小不同，受离心沉降作用，大部分泥砂随液体由底部的固相出口管（17）排出，液体及少量细泥砂随天然气由液固溢流管（15）排出进入顶部盲板（5）与中部盲板（6）之间的分离罐体（2）内；实现分级分离的目的；同时固体颗粒在液固旋流场中以1000rad/s至3000rad/s的速度高速自转，可进一步强化水合物的破胶结和分解；

4）、进入顶部盲板（5）与中部盲板（6）之间的分离罐体内的天然气与液体、少量细泥砂在气流拖拽下，由气液旋流进口（12）以一定压力切向进入锥形体的旋流管（14）内；并产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动；

5）、这一过程中，由于三维旋流场作用，细颗粒和液体经气液旋流器底流口排出，进入至中部盲板（6）和下部盲板（7）之间的分离罐体（2）内，然后经中部连通管（13）排出，同时固体颗粒在气固旋流场中以10000rad/s以上的速度高速自转，可进一步强化泥砂孔隙中天然气的有效脱附、分离；

6）、天然气由上连通管（9）排出并收集，从而达到天然气净化的目的，至此，一个工作循环完成。

2.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置的分离方法，其特征在于：步骤1）所述的井上三相分离装置，包括裙座（1）、分离罐体（2）、气液旋流器（3）和液固旋流器（4）；裙座（1）上固装有分离罐体（2），分离罐体（2）内由上至下间隔设置有顶部盲板（5）、中部盲板（6）和下部盲板（7），顶部盲板（5）和中部盲板（6）之间安装有多个气液旋流器（3），下部盲板（7）下方的分离罐体（2）内安装有液固旋流器（4），液固旋流器（4）的顶部延伸至中部盲板（6）上方，液固旋流器（4）的底部设置有固相出口管（17）；固相出口管（17）一端穿过分离罐体（2）延伸至裙座（1）外端，液固分离器（4）一侧的分离罐体（2）底部设置有下连通管（8），下连通管（8）的一端延伸至裙座（1）外端，所述的分离罐体（2）顶部设置有上连通管（9）。

3.根据权利要求2所述的一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置的分离方法，其特征在于：所述的气液旋流器（3）在顶部盲板（5）和中部盲板（6）上呈环形设置，其数量为2—8个。

4.根据权利要求3所述的一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置的分离方法，其特征在于：所述的气液旋流器（3）顶部与顶部盲板（5）上方的分离罐体内腔连通；气液旋流器（3）底部与中部盲板（6）和下部盲板（7）之间的分离罐体内腔连通。

5.根据权利要求4所述的一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置的分离方法，其特征在于：所述的中部盲板（6）和下部盲板（7）之间对应的分离罐体（2）上设置有中部连通管（13）。

6.根据权利要求4所述的一种用于天然气水合物固态流化开采的井上三相分离装置的分离方法，其特征在于：所述的气液旋流器（3）由旋流管（10）和溢流管（11）构成，旋流管（10）为锥形体，旋流管（10）的顶端设置有溢流管（11）。