[發(fā)明專利]一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置及除砂方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110420308.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN113090246B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪華林;吳霽薇;李詩(shī)豪;黃淵;杜軍俏;郝明勛;常玉龍;周守為;付強(qiáng);魏納;王國(guó)榮;李海濤;鐘林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/40
• 分類號(hào): E21B43/40
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務(wù)所(普通合伙) 42216
• 代理人: 蔡昌偉

1.一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置，包括內(nèi)筒（1）和外筒（2），其特征在于：外筒（2）內(nèi)通過(guò)多個(gè)上安裝塊（3）和多個(gè)下安裝塊（4）固裝有內(nèi)筒（1），內(nèi)筒（1）內(nèi)設(shè)置有錐套（5），錐套（5）下方的內(nèi)筒（1）內(nèi)固裝有裝配盤（6），裝配盤（6）的中心部位設(shè)置有旋流器，旋流器由裝配柱（7）和裝配柱（7）上螺旋安裝的導(dǎo)葉旋流片（8）構(gòu)成，旋流器通過(guò)裝配柱（7）與裝配盤（6）固定連接；導(dǎo)葉旋流片（8）的夾角為20-40°；裝配柱（7）為錐形圓柱體，裝配柱（7）的錐角為5-20°；所述的裝配柱（7）外圍的裝配盤（6）上均布有裝配盤通孔（9）；所述的導(dǎo)葉旋流片（8）的外沿與內(nèi)筒（1）內(nèi)壁密封接觸連接；導(dǎo)葉旋流片（8）與內(nèi)筒（1）內(nèi)壁，之間設(shè)置有由導(dǎo)葉旋流片（8）配合內(nèi)筒（1）內(nèi)壁形成的螺旋通道；螺旋通道與裝配盤通孔（9）連通；上安裝塊（3）對(duì)應(yīng)的內(nèi)筒（1）圓周上均布有排砂孔（10），排砂孔（10）的一端穿過(guò)上安裝塊（3）延伸至外筒（2）外端；

該除砂裝置的除砂方法包括以下步驟：

1）、首先將該除砂裝置與油管和螺桿鉆具組裝成工具管串，然后下入至井內(nèi)；下入至井內(nèi)后，通過(guò)油管注入鉆井液；

2）、注入的鉆井液在內(nèi)筒（1）和外筒（2）之間的環(huán)空內(nèi)穿過(guò)上安裝塊（3）和下安裝塊（4）由環(huán)空下端口噴出，從而將海底的天然氣水合物和泥沙噴射破碎；

3）、高壓高速噴出的鉆井液將海底的天然氣水合物和泥沙噴射破碎后，形成包含天然氣水合物和泥沙的混合漿料，然后經(jīng)內(nèi)筒（1）的下端口進(jìn)入至該裝置的內(nèi)筒（1）內(nèi)；

4）、進(jìn)入內(nèi)筒（1）內(nèi)的混合漿料通過(guò)裝配盤通孔（9）進(jìn)入到導(dǎo)葉旋流片（8）配合內(nèi)筒（1）內(nèi)壁構(gòu)成的螺旋通道；由于裝配盤通孔（9）相加的過(guò)流面積遠(yuǎn)大于螺旋通道的過(guò)流量，因此，進(jìn)入螺旋通道的混合漿料形成憋壓，并以射流的形態(tài)在螺旋通道內(nèi)螺旋上行；由此將進(jìn)入至內(nèi)筒（1）內(nèi)的混合漿料由軸向流動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)流動(dòng)；

5）、由于進(jìn)入螺旋通道的混合漿料沿通道螺旋上行，混合漿料由螺旋通道的上端口噴出后，以切向的方式在旋流器上方的內(nèi)筒（1）內(nèi)形成旋流，從而利用密度差對(duì)混合漿料中的天然氣水合物和泥沙進(jìn)行離心分離；

6）、對(duì)混合漿料離心分離過(guò)程中，混合漿料在旋流器上方的內(nèi)筒（1）內(nèi)形成旋流自轉(zhuǎn)，通過(guò)自轉(zhuǎn)旋流產(chǎn)生的離心力作用對(duì)混合漿料中的天然氣水合物與泥沙剝離，

7）、由于在旋流自轉(zhuǎn)中，混合漿料中的天然氣水合物與泥沙所受離心力不同，密度大的泥砂被甩到內(nèi)筒（1）邊壁，并在離心力作用下從排沙口排出回填，密度小的天然氣水合物遷移至內(nèi)旋流中，并從錐套的通孔內(nèi)排出返回地面進(jìn)行后續(xù)處理，由此實(shí)現(xiàn)混合漿料破膠除砂旋流分離目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置，其特征在于：所述的多個(gè)上安裝塊（3）和多個(gè)下安裝塊（4）之間呈上下狀設(shè)置，多個(gè)上安裝塊（3）和多個(gè)下安裝塊（4）分別在內(nèi)筒（1）的圓周上均布設(shè)置，上安裝塊（3）和下安裝塊（4）的一端與內(nèi)筒（1）外壁 固定連接，上安裝塊（3）和下安裝塊（4）的另一端與外筒（4）內(nèi)壁固定連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置，其特征在于：所述的排砂孔數(shù)量（10）與上安裝塊（3）數(shù)量對(duì)應(yīng)，以將排砂孔（10）延伸至外筒（2）外端，使分離出的泥沙順利排出。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置，其特征在于：所述的排砂孔（10）直徑為5-50mm，排砂孔（10）法向與外筒（2）軸向方向夾角為45-60度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置，其特征在于：所述的錐套（5）的底端直徑為內(nèi)筒（1）直徑的20-80%，錐套（5）的錐段與水平面的夾角為10-40°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于雙層管鉆井的天然氣水合物井下原位除砂裝置，其特征在于：所述的內(nèi)筒（1）直徑為50-500 mm，外筒（2）的直徑為內(nèi)筒（1）直徑的110-130%。