技术领域
[0001] 本公开涉及一种井下旋流分离器，具体涉及一种自转破胶结旋流分离器。更具体地说，本公开涉及一种
天然气水合物自转破胶结旋流器及其应用。
背景技术
[0002] 天然气水合物，又称可燃
冰，是在低温高压环境下甲烷等
烃类气体分子被水分子包裹而形成的笼形结晶化合物，因其分布范围广，储量规模大，
能量密度高，环境污染小，逐步成为一种重要的新兴清洁
能源，在未来能源战略中占有重要地位。
[0003] 目前开采天然气水合物主要采用降压、注热、注剂、置换等方法，以降压法为主，但均面临着水合物分解带来的一系列问题。中国
发明专利CN 105257261 B公开了一种针对海域非成岩和成岩天然气水合物流化试采方法，采用采掘设备以固态形式开发天然气水合物
矿体，将含天然气水合物的
沉积物粉碎成细小颗粒后，再与
海水混合，采用封闭管道输送至海洋平台，将其在海洋平台上进行后期处理和加工，从而保证开采过程中，天然气水合物不会大量分解，避免了水合物分解带来的工程地质灾害和
温室效应。
[0004] 对于流态化开采工艺来说，有一个开采难题是海底天然气水合物层中，天然气水合物与泥沙存在胶结状态，特别对于我国南海深水更是如此，目前取芯获得的天然气水合物大多是是弱胶结泥质水合物或粉砂质未成岩水合物，开采目的是获得天然气水合物，而将泥沙原位返回在开采
地层，从而保证开采过程中地层不会产生空穴现象而导致底层坍塌，进一步导致海洋灾难。
[0005] 因此，流态化开采急需一种能够将泥沙与天然气水合物分离的破胶结装置，使商业化开采安全高效的进行。
发明内容
[0006] 本公开提供了一种新颖的自转破胶结旋流分离器，从而解决了
现有技术中存在的问题。
[0007] 本公开提供了一种自转破胶结旋流分离器，包括：内管、外管、
锁紧
螺母和转接头，其中，
[0008] 外管套于内管外，一侧通过内管上的外
螺纹与外管上的外管内
螺纹连接，螺纹连接处密封；另一侧通过锁紧螺母经由内管上的内管
外螺纹与锁紧螺母上的锁紧螺母
内螺纹限位固定；
[0009] 内管与转接头通过内管上的内螺纹与转接头上的转接头外螺纹配合连接；
[0010] 所述内管外侧设有旋转导叶。
[0011] 在一个优选的实施方式中，所述外管上设有浆体入口孔、排砂孔和排液槽。
[0012] 在另一个优选的实施方式中，所述浆体入口孔沿周向均匀布置的个数为2-8个。
[0013] 在另一个优选的实施方式中，所述排砂孔沿周向布置的个数为2-8个，排砂孔直径为10-50mm，排砂孔法向与外管轴向方向夹
角为30-60度。
[0014] 在另一个优选的实施方式中，所述排液槽沿周向布置的个数为2-16个，排液槽布置于圆锥形面上，所述圆锥形面与外管轴向夹角为6-20度。
[0015] 在另一个优选的实施方式中，所述内管左侧与
喷嘴通过螺纹连接，内管右侧与转接头通过内管上的内螺纹与转接头左侧的转接头外螺纹配合连接，连接处设有内螺纹
密封圈和转接头密封圈。
[0016] 在另一个优选的实施方式中，所述旋转导叶导程为40-200mm,沿周向均匀布置的个数为2-8个，厚度为2-10mm。
[0017] 在另一个优选的实施方式中，所述锁紧螺母长度为100-300mm。
[0018] 在另一个优选的实施方式中，所述内管右侧与转接头通过内管上的内螺纹与转接头左侧的转接头外螺纹配合连接，转接头右侧端面与连续油管
焊接。
[0019] 在另一个优选的实施方式中，所述自转破胶结旋流分离器用于天然气水合物；螺纹连接处通过
密封胶密封；所述排砂孔沿周向布置的个数为4个，直径为25mm，法向与外管轴向方向夹角为45度；排液槽沿周向布置的个数为8个，布置于圆锥形面上，圆锥形面与外管轴向夹角为10度；旋转导叶导程为100mm，沿周向均匀布置的个数为4个，厚度为5mm；锁紧螺母长度为150mm。
[0020] 有益效果：
[0021] 本
申请的天然气水合物自转破胶结旋流分离器结构简单，处理量大，高效节能，安全性高，具有较大的实用和推广价值。
附图说明
[0022] 附图是用以提供对本发明的进一步理解的，它只是构成本
说明书的一部分以进一步解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0023] 图1是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器结构示意图。
[0024] 图2是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的内管结构示意图。
[0025] 图3是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的外管结构示意图。
[0026] 图4是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的锁紧螺母结构示意图。
[0027] 图5是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的转接头结构示意图。
具体实施方式
[0028] 本申请的
发明人经过广泛而深入的研究，针对现有技术的缺点，开发出了一种用于天然气水合物的自转破胶结旋流分离器，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。本申请利用特殊的导叶结构，将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，从而在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，进一步保证天然气水合物开采安全性与可靠性。
[0029] 本发明的技术构思如下：
[0030] 所述自转破胶结旋流器包括外管、内管、锁紧螺母和转接头；其中，内管与外管同轴布置，锁紧螺母和转接头依次同轴布置在内外管末端，所述外管上分布浆体入口孔、排砂孔和排液槽，能使天然气水合物与泥沙自转破胶结分离后通过排液槽开采获得，泥沙通过排砂孔返回海底；所述内管外侧布有螺旋导叶，提供浆体旋流动力，达到旋流自转破胶结的效果。
[0031] 本公开提供了一种用于天然气水合物的自转破胶结旋流分离器，包括：外管、内管、锁紧螺母和转接头，其中，外管套于内管外，一侧通过外螺纹与外管内螺纹连接，螺纹连接处通过密封胶密封；另一侧通过锁紧螺母的锁紧螺母内螺纹与内管外螺纹限位固定，以保证外管与内管两侧都固定。
[0032] 在本公开中，所述天然气水合物自转破胶结旋流分离器的工作原理为：海上开采平台将
钻井液从内管内部注入至海底，穿过旋流分离器后至喷嘴，经喷嘴喷出
破碎后将胶结态浆体从管串外侧返回至海上开采平台，在外侧经过旋流分离器过程中，浆体从外管的入口孔进入，在旋流场内实现破胶。
[0033] 在本公开中，所述外管包含浆体入口孔、排砂孔和排液槽，浆体从浆体入口孔进入旋流分离器内，在旋转导叶的作用下，浆体产生旋流运动，天然气水合物与泥沙胶结态混合物在旋流场内产生自转，通过自转
离心力作用，天然气水合物与泥沙剥离，由于在旋转流中所受离心力不同，泥沙在大的离心力作用下从排砂口排出，天然气水合物随钻井液从排液槽排出，返回地面，达到破胶结旋流分离效果。
[0034] 在本公开中，所述浆体入口孔沿周向均匀布置的个数为2-8个。
[0035] 在本公开中，所述排砂孔沿周向布置的个数为2-8个，优选4个；排砂孔直径为10-50mm，优选25mm；排砂孔法向与外管轴向方向的夹角为30-60度，优选45度。
[0036] 在本公开中，所述排液槽沿周向布置的个数为2-16个，优选8个；排液槽布置于圆锥形面上，所述圆锥形面与外管轴向夹角为6-20度，优选10度。
[0037] 在本公开中，所述内管包含旋转导叶，所述内管外侧与外管和锁紧螺母连接，所述内管左侧与喷嘴通过螺纹连接，内管右侧内部与转接头通过转接头外螺纹和内螺纹(9)配合连接，连接处设有密封圈。
[0038] 在本公开中，所述旋转导叶导程为40-200mm，优选100mm；沿周向均匀布置的旋转导叶个数为2-8个，优选4个；旋转导叶厚度为2-10mm，优选5mm。
[0039] 在本公开中，所述锁紧螺母长度为100-300mm，优选150mm。
[0040] 在本公开中，所述转接头左侧与内管连接，右侧端面与连续油管焊接，转接头便于更换不同规格的分离器。
[0041] 以下参看附图。
[0042] 图1是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器结构示意图。如图1所示，该分离器包括：内管1、外管2、锁紧螺母3和转接头4，其中，外管2套于内管1外，一侧通过内管1上的外螺纹与外管2上的外管内螺纹连接，螺纹连接处密封；另一侧通过锁紧螺母3经由内管1上的内管外螺纹与锁紧螺母3上的锁紧螺母内螺纹限位固定；内管1与转接头4通过内管1上的内螺纹与转接头4上的转接头外螺纹配合连接；所述自转破胶结旋流分离器的工作原理为：海上开采平台将钻井液从内管1内部注入至海底，穿过旋流分离器后至喷嘴，经喷嘴喷出破碎后将胶结态浆体从管串外侧返回至海上开采平台，在外侧经过旋流分离器过程中，浆体从外管2的入口孔进入，在旋流场内实现破胶。
[0043] 图2是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的内管结构示意图。如图2所示，该内管上有与喷嘴连接的螺纹5、与外管上的外管内螺纹连接的外螺纹6、旋转导叶7、与锁紧螺母上的锁紧螺母内螺纹连接的内管外螺纹8、与转接头上的转接头外螺纹连接的内螺纹9和内螺纹密封圈10；运行过程中，浆体从浆体入口孔进入旋流分离器内，在旋转导叶7的作用下，浆体产生旋流运动，天然气水合物与泥沙胶结态混合物在旋流场内产生自转，通过自转离心力作用天然气水合物与泥沙剥离，由于在旋转流中所受离心力不同，泥沙在大的离心力作用下从排砂口排出，天然气水合物随钻井液从排液槽排出，返回地面，达到破胶结旋流分离效果。
[0044] 图3是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的外管结构示意图。如图3所示，外管上设有外管内螺纹11、浆体入口孔12、排砂孔13,14和排液槽15；运行过程中，浆体从浆体入口孔12进入旋流分离器内，在旋转导叶的作用下，浆体产生旋流运动，天然气水合物与泥沙胶结态混合物在旋流场内产生自转，通过自转离心力作用天然气水合物与泥沙剥离，由于在旋转流中所受离心力不同，泥沙在大的离心力作用下从排砂口13,14排出，天然气水合物随钻井液从排液槽15排出，返回地面，达到破胶结旋流分离效果。
[0045] 图4是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的锁紧螺母结构示意图。如图4所示，该锁紧螺母上具有锁紧螺母内螺纹16，该锁紧螺母内螺纹16与内管的内管外螺纹限位固定。
[0046] 图5是根据本发明的一个优选实施方式的自转破胶结旋流分离器的转接头结构示意图。如图5所示，该转接头上具有转接头外螺纹17和转接头密封圈18，该转接头外螺纹17与内管的内螺纹配合连接。
[0048] 一、工艺流程
[0049] 某次天然气水合物流态化开采中，采用
单层连续油管钻井工艺。工具管串从海面到海底依次为连续油管、本发明的自转破胶结旋流分离器、喷嘴、压差滑套及螺杆钻具，开采原理为从海面开采船注入钻井液至连续油管内，经过自转破胶结旋流分离器内部管至喷嘴，在钻井管串回托过程中压差滑套工作，钻井液从喷嘴喷出。
[0050] 二、实施效果
[0051] 从喷嘴喷出的射流由于是高压流体，能够将地层里面的水合物及泥沙破碎为细小的颗粒物，钻井液与这些细小颗粒物混合成浆体，从连续油管与地层间环隙返回地面，在浆体经过本发明的自转破胶结旋流分离器过程中，浆体从外管的浆体入口孔进入，在旋转导叶的作用下，浆体产生旋流运动，天然气水合物与泥沙胶结态混合物在旋流场内产生自转，通过自转离心力作用天然气水合物与泥沙剥离，由于在旋转流中所受离心力不同，泥沙在大的离心力作用下从排砂孔排出，天然气水合物随钻井液从排液槽15排出，返回地面，达到破胶结旋流分离效果。其中，开采所用的本发明的自转破胶旋流器排砂孔沿周向布置的个数为4个，排沙砂直径为25mm，排砂孔法向与外管轴向方向夹角为45度；排液槽沿周向布置的个数为8个，排液槽布置于圆锥形面上，该圆锥形面与外管轴向夹角为10度；旋转导叶导程为100mm,沿周向均匀布置的导叶个数为4个，导叶厚度为5mm；锁紧螺母3长度为150mm；转接头左侧与内管连接，右侧端面与连续油管焊接，转接头便于更换不同规格的分离器。
[0052] 在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或
修改，这些等价形式同样落于本申请所附
权利要求书所限定的范围。
