一种重力式气液分离器、降压开采装置、系统及应用的制作方法

本发明涉及海域天然气水合物开采，特别涉及一种重力式气液分离器、降压开采装置、系统及应用。

背景技术：

1、随着煤炭和石油资源的日益减少，以及人们环境保护意识的逐渐增强，开发利用清洁能源、新能源以及可再生能源愈发受到人们的重视。作为一种新型、高效、洁净的能源载体，天然气水合物对于解决人类现在所面临的能源耗尽危机具有十分重要的作用。天然气水合物又称可燃冰，是天然气(主要成分是甲烷)和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物。水合物沉积物广泛分布于陆地冻土环境与海洋、湖泊等深水地层环境。

2、天然气水合物开采的主要思路是基于原位破坏水合物的相平衡条件，驱使固态水合物发生分解形成可流动的甲烷气体和水，从而利用井筒回收甲烷气体。实际操作的方法包括：降压法、热刺激法、注入化学抑制剂法、气体置换法(如co2、n2)以及他们之间的联合作用方法。

3、降压法是通过利用水泵等措施抽取地层中的水或气体，通过降低水合物层压力，即将水合物储层压力降低到当前地层温度条件对应的水合物平衡压力之下，以使水合物发生分解，从而源源不断从地层中回收甲烷气体的方法，其优点为经济适用性强，开采工艺简单。降压法开采井的设计与常规油气开采相近，渗透性较好的水合物藏内压力传播很快，因此，被认为是最经济、有效、简单的开采方式。

技术实现思路

1、发明人发现，现有的降压开采海域天然气水合物的装置面临着气液分离效率低、举升能力不足，开采效率低，水合物二次生成堵塞管线等问题。鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种重力式气液分离器、降压开采装置、系统及应用。

2、第一方面，本发明实施例提供一种重力式气液分离器，可以包括：分离器本体、排液管和密封罩；

3、其中，所述分离器本体包括有中空状的腔室，所述腔室的上部分至少部分区域的内径大于所述腔室的下部分至少部分区域的内径；所述分离器本体的上部开设有与所述腔室连通的排气口；所述分离器本体的下部开设有与所述腔室连通的流体入口；

4、所述排液管一端延伸至所述腔室的底部，另一端从所述分离器本体的顶部延伸出所述腔室；

5、所述密封罩位于所述分离器本体的下部，所述密封罩一端开口且开口的一端延伸至所述腔室中，所述排液管至少部分区域位于所述密封罩中。

6、可选的，所述腔室包括第一腔室和位于所述第一腔室下方的第二腔室；

7、所述第一腔室的内径大于所述第二腔室的内径。

8、可选的，所述密封罩开口的一端延伸至所述第一腔室中。

9、可选的，所述密封罩的直径小于所述腔室的内径。

10、可选的，所述排液管延伸至所述密封罩密封的一端，且与所述密封罩密封的一端存在间隙。

11、第二方面，本发明实施例提供一种海域天然气水合物降压开采装置，可以包括：气液分离罐、封隔器、防喷器、气液混输管路、储气罐、储液罐、电潜泵和如第一方面所述的重力式气液分离器；

12、其中，所述气液分离罐的下部与所述封隔器连接，上部与防喷器连接；

13、所述气液混输管路通过所述封隔器延伸出所述气液分离罐；所述储气罐通过采气管路与所述气液分离罐的上端连通；所述重力式气液分离器位于所述气液分离罐内部的下端，所述重力式气液分离器的排液管与所述电潜泵连接，所述电潜泵通过采液管路与所述储液罐连接。

14、可选的，该装置还可以包括：螺旋式气液分离器，所述螺旋式气液分离器位于所述气液分离罐内部的上端，其出气管与所述储气罐通过采气管路连接。

15、可选的，所述螺旋式气液分离器可以包括：出气管、螺旋导流管和挡流板；

16、所述出气管一端延伸至所述螺旋导流管中，所述挡流板套设在所述出气管外侧，并位于所述螺旋导流管的上方；

17、所述螺旋导流管内设置有螺旋导流板。

18、可选的，所述气液分离罐的上部分至少部分区域的内径大于所述气液分离罐的下部分至少部分区域的内径。

19、可选的，该装置还可以包括：隔水管；所述隔水管连接在所述防喷器的上方，套设在所述采气管路和所述采液管路的外侧。

20、可选的，该装置还可以包括：水合物抑制剂储罐、抑制剂注入泵和注入接头；

21、所述注入接头连接在所述采气管路上；

22、所述水合物抑制剂储罐通过所述抑制剂注入泵和抑制剂注入管路与所述注入接头连通。

23、可选的，该装置还可以包括：服务器、第一数据处理器、第二数据处理器、温压传感器、液面高度传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一阀门控制器、第二阀门控制器、第三阀门控制器、第一流量计、第二流量计、第一压力表、第二压力表；

24、所述温压传感器位于所述气液分离罐的内部上方，通过所述第一数据处理器与所述服务器连接；

25、所述液面高度传感器位于所述气液分离罐的内部，且位于所述重力式气液分离器的排气口下方，通过所述第二数据处理器与所述服务器连接；

26、所述第一阀门、所述第一流量计和所述第一压力表分别安装在所述采气管路上，且所述第一阀门通过所述第一阀门控制器与所述服务器连接；

27、所述第二阀门、所述第二流量计和所述第二压力表分别安装在所述采液管路上，且所述第二阀门通过所述第二阀门控制器与所述服务器连接；

28、所述第三阀门安装在所述抑制剂注入管路上，通过所述第三阀门控制器与所述服务器连接。

29、第三方面，本发明实施例提供一种第二方面所述的天然气水合物降压开采装置在海域天然气水合物开采系统中的应用。

30、第四方面，本发明实施例提供一种海域天然气水合物开采系统，可以包括第二方面所述的海域天然气水合物降压开采装置。

31、第五方面，本发明实施例提供一种天然气水合物开采控制方法，可以包括：

32、基于液面高度传感器检测到的气液分离罐内的液面高度，与预设的高度阈值进行比较；

33、若所述液面高度高于预设的高度阈值，则通过第一阀门控制器调控第一阀门的大小，以提高套管内气柱压力使得液面高度下降；或通过第二阀门控制器调控第二阀门的大小，以提高电潜泵排量使得液面高度下降；

34、若所述液面高度低于预设的高度阈值，则通过第一阀门控制器调控第一阀门的大小，以降低套管内气柱压力使得液面高度上升；或通过第二阀门控制器调控第二阀门的大小，以降低电潜泵排量使得液面高度上升。

35、可选的，该方法还可以包括：

36、基于温压传感器获取所述气液分离罐内的温压数据；

37、基于所述温压数据与预先构建的水合物相平衡曲线，确定水合物抑制剂的注入量，以通过抑制剂注入泵和抑制剂注入管路向采气管路中注入水合物抑制剂。

38、本发明实施例中提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

39、本发明实施例中提供了一种重力式气液分离器、降压开采装置、系统及应用，该重力式气液分离器首先通过腔室内径变化以改变流体的流速进而加速气液分离，然后通过流入流体对密封罩内的流体冲击以在重力作用下产生湍流效应使得气液进一步分离，通过多次多段分离增加了气液分离效率。

40、进一步的，海域天然气水合物降压开采装置整体具备以下优点：

41、(1)气液分离罐分为上腔室和下腔室，内径变化提高了气液分离效率；

42、(2)在生产井底部具有一个气液混合腔，气液混合腔的深度低于水平段的深度，水平段产出的流体携带的固体会在重力作用下沉降到气液混合腔底部，减少了气体携液装置产出的流体中的固相组分；

43、(3)将反罩式的重力气液分离器安装在电潜泵的上游，减少了产出液中的含气率，防止电潜泵出现气锁效应，保证生产能够顺利进行；

44、(4)采用的气液混输管路提高了气体的携液能力，同时防止段塞流的生成，保证开采作业顺利进行；

45、(5)该装置气体、液体分别经过了多次气液分离过程，最大程度地保证了纯度，减轻了后续处理工作的难度，有利于节约成本；

46、(6)该装置设置了温度压力传感器以及液面高度传感器，对水合物生产井井内的温度压力以及液面高度进行实时监控，当有水合物二次生成的危险时，通过注入水合物抑制剂来降低水合物二次生成危险，防治堵塞井筒管线，当液面高度超过预设高度时，可以调节生产制度，保证生产作业安全进行；

47、(7)通过调节采气管路上阀门和采液管路上阀门可以控制井底压力，改变生产压差，确保天然气水合物稳定分解；

48、(8)与水平井相结合，可以提高井壁与天然气水合物储层的接触面积，扩大泄流面积，提高甲烷气体的产量，有利于天然气水合物的经济性开采。

49、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

50、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。