CN109763776A - 一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头，该接头与大直径双层结构管的内管为内螺纹连接，与大直径双层结构管的外管则为螺栓连接，以防止内部旋转时造成连接处松动；接头内部有两个桥式流道，分别接通两侧大直径双层结构管的外腔体与内腔体，接头内部由于存在传动轴，则在接头内部的桥式通道口之间设为挤压型的动密封结构，桥式通道为竖直直流通道，在接头内腔处的通道口截面形状为矩形，通道口变向处的受水流冲击端面设为斜面。本发明的优点在于可以有序分流高压海水与泥浆混合物，桥式通道过流面积增大，可以高效地输送高压海水与天然气水合物，且结构简单，体积小，连接稳定。
Description
技术领域
本发明涉及到天然气水合物开采技术领域，尤其涉及到一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头。
技术背景
天然气水合物是目前全球最为关注的能源之一，作为新型能源，在全球的储量巨大，且清洁高效，是未来能源战略中起到至关重要的作用。但是其开采方式尚未成熟，传统开采方法均耗资巨大，没有安全保证，无法真正用于商业化开采，在海洋方面则挑战更为巨大。周守为院士于是提出了深水浅层天然气海底天然气水合物固态流化开采技术，减少浅层水合物分解可能带来的环境风险，达到绿色可控开采的目的。
在海底浅层海底天然气水合物固态流化开采中，需采用双层连续管代替常规油气开采的单层管，达到在向下输送高压海水的同时，也可以向上输送天然气水合物的效果。天然气水合物的钻进和采掘过程中，首先需要高压海水冲击涡轮马达旋转，马达一方面控制钻头旋转钻进开采天然气水合物，另一方面带动泵旋转抽吸地下的泥浆与天然气水合物混合物，将天然气水合物分离出来后输送至地面。
而由于泵和涡轮马达体积较大，均位于双层结构管串的内腔，且之间由传动轴连接，为了实现基于双层结构管串的深水浅层天然气海底天然气水合物固态流化开采，需要保证泵与涡轮马达所在的双层结构管串之间的可靠连接；泵与涡轮马达之间由传动轴连接，需要保证高压海水与泥浆混合物的有效分流，且不会发生交叉混合；天然气水合物为固态颗粒，则需要保证通道的通径大小满足运输条件，不会造成通道堵塞；冲击涡轮马达的海水压力较高，则通过连接接头处还需要降低高压海水造成冲击振动。发明内容
本发明目的在于是提供一种用于海底天然气水合物固态流化开采时泵与涡轮马达所在的双层结构管的桥式接头，内部的桥式通道解决了泵与涡轮马达所在的双层结构管之间的连通问题，普通螺纹连接与螺栓连接解决了两个双层管间的连接问题，扩大流道通径解决了输送流体的大流量传输问题，流道出口的通径增大与受冲击斜面减小了高压液体变向流动造成的压降与振动问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该二通桥式接头中桥式通道位于接头外部(45)，平行于轴线，在进入接头内腔(46)时增大通道截面，变向的外侧面为向外倒斜角(43)，两条通道在接头径向截面面积分布各占一半，，保证过流面积最大；该桥式接头安装在涡轮马达所在的大直径双层结构管的上端，与外管(8)采用螺栓连接，与内管(9)采用普通螺纹连接；同时在泵所在大直径双层结构管的下端，与外管(1)采用螺栓连接(3)，与内管(2)采用普通螺纹连接；在与大直径双层结构管的连接处均设有O形密封圈(7)，接头内腔通有传动轴(6)，在接头内部的桥式通道口之间设为挤压型的动密封结构(5)，则在接头的动密封结构处设有台阶(405)，密封槽(404)位于台阶中部位置，在传动轴(6)上与接头内部密封处也设有倒圆角台阶。
本发明具有以下优点：
可以有序分流高压海水与泥浆混合物；径向桥式通道截面面积大，过流量大；在进入接头内腔时增大通道截面，变向的外侧为向外倒斜角，以减小压力并降低流体变向造成的冲击震动；接头与双层结构管的外管连接为螺栓连接，可靠稳定；接头内部动密封处设有台阶，保证传动轴的正常旋转以及流体的有序输送。
附图说明
图1为二通桥式接头与上下双层管连接的剖视图
图2为二通桥式接头的结构图
图3为二通桥式接头与传动轴的结构图
图4为二通桥式接头的俯视轴测图
图5为二通桥式接头的流道放大图
附图标记说明：
1-泵所在大直径双层结构管的外管；2-泵所在大直径双层结构管的内管；3-螺栓；4-二通桥式接头；5-挤压型动密封；6-传动轴；7-O型密封圈；8-涡轮马达所在大直径双层结构管的外管；9-涡轮马达所在大直径双层结构管的内管；401-高压海水的接头入口；402-天然气水合物的接头出口；403-螺纹孔；404-密封槽；405-传动轴的限位台阶；406-高压海水的接头出口；407-天然气水合物的接头入口；41-接头内螺纹；42-螺栓孔；43-内腔通道口的倾斜端面；44-密封延伸面；45-桥式通道；46-接头内腔的通道口；47-接头的外螺纹；61-传动轴动密封处的倒圆角台阶
具体实施方式
如图1～图4所示，一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头，其中桥式通道为竖直直流通道(45)，分布在接头外侧，在接头内腔处的通道口(46)截面形状为矩形，受冲击端设为倾斜端面(43)；该桥式接头安装在涡轮马达所在的大直径双层结构管的上端，与外管(8)采用螺栓连接(3)，与内管(9)采用普通螺纹连接；同时在泵所在大直径双层结构管的下端，与外管(1)采用螺栓连接(3)，与内管(2)采用普通螺纹连接；在与大直径双层结构管的连接处均设有O形密封圈(7)，在接头内部的桥式通道口之间设为挤压型的动密封结构(5)，则在接头的动密封结构处设有台阶(405)，密封槽(404)位于台阶中部位置，在传动轴(6)上与接头内部密封处也设有倒圆角台阶(61)。
采用上述结构，当固态流化开采时，高压海水经过泵所在的双层结构管外腔体下行，进入二通桥式接头的外侧通道(401)，转入二通桥式接头的内腔体(406)，随传动轴(6)的轴向下行到达涡轮马达所在位置，冲击马达旋转，马达旋转则通过传动轴(6)带动泵旋转进行抽吸作用；抽吸上来的天然气水合物经过涡轮马达所在的双层结构管外腔体上行，进入二通桥式接头的另一外侧通道(407)，转入二通桥式接头的上部内腔体(402)，随传动轴的轴向上行到达泵所在位置继续向上输送。
本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头，其特征在于：桥式通道为竖直直流通道(45)，分布在接头外侧，在接头内腔处的通道口(46)截面形状为矩形，通道口变向处的受水流冲击端面设为斜面(43)；桥式接头安装在涡轮马达所在的大直径双层结构管的上端，与外管(8)通过螺栓连接(3)，与内管(9)通过普通螺纹连接；接头位于泵所在大直径双层结构管的下端，与外管(1)通过螺栓连接(3)，与内管(2)通过普通螺纹连接；在与大直径双层结构管的连接处均设有O形密封圈(7)，在接头内部的桥式通道口之间设有挤压型的动密封结构(5)。
2.如权利要求1所述的一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头，其特征在于：接头内腔通有连接泵与涡轮马达的传动轴(6)，在接头内部的桥式通道口之间设有挤压型的动密封结构(5)，包括台阶(405)和密封槽(404)，在传动轴(6)上与接头内部密封处也设有倒圆角台阶(61)，以实现传动轴旋转时的有效密封，防止分流时发生交叉混合。
3.如权利要求1所述的一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头，其特征在于：桥式接头与大直径双层管的外管为螺栓连接(3)，连接处设有小型台阶(44)延伸作密封面，在台阶外侧设有螺栓孔(42)，接头与大直径双层管的内管为普通螺纹连接，接头上部为内螺纹(41)，下端为外螺纹(47)，且设有密封面。
4.如权利要求1所述的一种天然气水合物固态化开采双层管串二通桥式接头，其特征在于：桥式通道位于接头外侧，平行于轴线，在进入接头内腔时(403)增大通道截面，变向处的受水流冲击端面为斜面，两条通道在接头径向截面面积分布各占一半，保证过流面积最大。
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