CN101560876A - 多功能井下产液处理器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开采设备，是用于井下抽油用的一种多功能井下产液处理器，它具有管筒，管筒的尾端装有单向阀，其特征是：在管筒中依次装有一级叶栅式声波发生器，互击式喷嘴雾化器，二级叶栅式声波发生器，一级涡轮混相器；本发明克服了现有同类产品采用磁体防蜡降粘容易吸附铁磁性物质发生堵井的问题，以及采用单板板簧声波发生器振幅小，声强小，衰减快，影响防蜡降粘效果的问题，具有超强防蜡降粘以及防垢功能，增强原油流动性，提高泵效，安全环保，既符合不同类型的采油井，又能适合不同含蜡量和含水量的油井。

Description

多功能井下产液处理器

(一)技术领域：

本发明涉及石油开采设备，是用于井下抽油用的一种多功能井下产液处理器。

(二)背景技术：

在我国现有油田中，原油含蜡比达10-40％的中高含蜡油井占80％以上，蜡含量高，增加原油粘稠度，降低流动性，并且极易凝结堆积，从而引起出油筛管及抽油泵上、下各部位结垢堵塞，增加抽油泵无用功耗，减少出油量，甚至完全堵塞井筒而停产。

为解决原油石蜡结晶堵井这一油田采油生产的普遍难题，防蜡降粘类产品于近年中应运而生。如：ZL200520095426.6号专利，该专利采用了强磁防蜡降粘技术，并采用了大导程内螺纹管和单片板簧声波装置起搅拌作用，使蜡分子分散在油水中，从而起到防蜡阻垢作用。该专利对防蜡降粘具有一定的效果，但也存在明显的不足：(1)具有强磁防蜡降粘器易吸附铁磁性物质堵井，去磁时间短和需要单井设计磁感应强度等难以克服的弊端；(2)采用契形孔道和单片板簧声波发生器，振幅小，声强小，衰减快；(3)大导程内螺纹管起不到涡流增压作用。因此该技术产品实际应用效果不理想，不能被油田普遍认可，难以推广。而ZL200520095428.5号专利是在前一个专利基础上去掉高能强磁器形成的，尽管也有一定防蜡降粘作用，但如前所述，防蜡阻垢器所存在的几个固有问题在该产品上仍然存在。因此，功效不大，难以推广。

(三)发明内容：

本发明的目的就是要克服现有技术采用磁体防蜡降粘容易吸附铁磁性物质发生堵井的问题，以及采用单板板簧声波发生器，振幅小，声强小，衰减快，大导程内螺纹管结构涡流增压效果差的问题，提供一种全新结构的多功能井下产液处理器。

本发明的技术原理是：将井下产液中油、气、水抱团状相态变成互为间隔的乳浊状相态。

由于含油岩层呈现各向导性，非均质性和泻油剖面的分层特点，导致从岩层渗入油井中的油、气、水呈大块组团、自然混合状态。在油管中作上升运动，当温度压力合适时，已经呈局部富集和偏聚态的蜡组团就会很快偏析出蜡晶，并极易连片附着在管壁上，这就是油管结蜡过程。

结蜡堵井的先决条件是蜡的富集。如果破坏了它的富集状态，晶核就难以长大、难以连片、难以吸附到管壁上。

迄今为止，在油田广泛使用的所有清、防蜡方法，包括化学药剂、强磁、电加热、热洗及机械刮蜡等，其技术关键点都是一致的，都是通过分散蜡分子或蜡晶来消除它的富集状态。

正是基于对这一基本规律的认识，本产品采用了漩进互击式射流雾化、多级叶栅式高频声波振荡、多级轴流式涡轮增压混相等几种前沿新技术，对井下原生态产液进行先导性处理，使其流速、流态、温度、压力、粘度、气液相溶解度、固液相混合度、晶体析出温度、吸附生长环境、烃类组元微观结构及其组分比等产生一系列有利变化，使之由局部富集的偏聚、偏析态变为相对匀质的乳浊态，由大组团的连续相变为油、气、水三相互相间隔的细小间隔相，从而改善产液物性，实现防蜡、降粘、节能、降耗等多方面功效。

本发明的具体方案是：多功能井下产液处理器，具有管筒，管筒的尾端装有单向阀，其特征是：在管筒中依次装有一级叶栅式声波发生器，互击式喷嘴雾化器，二级叶栅式声波发生器，一级涡轮混相器。

为增强效果，本发明中在在单向阀的尾端还接装有三级叶栅式声波发生器和二级涡轮混相器。

本发明中所述的互击式喷嘴雾化器，具有一柱体，柱体上开有至少两个对称布置的锥形射流孔，各锥形射流孔中心线在出口端向外延伸集焦一点。其作用原理是：作涡流运动的产液在断面不断收缩的进口通道内受到压应力和切变应力的作用，得到一次破碎；然后从2个以上的射流孔中漩转喷出，互相射击，得到二次破碎并雾化；在雾化过程中，雾滴相互碰撞、扩散，得到三次破碎并进一步雾化；至远端融合成扩散极为剧烈的湍流态，较好地实现产液在cm-mm级水平的细化、乳浊化和匀质化，其作用机理可参见图1。

本发明中所述涡轮混相器(含一级和二级)，包括有与管筒固定连接的支架，支架上装有中心轴，中心轴上装有转子叶片组，在转子叶片组的前端或后端还装有定子叶片组，定子叶片组的所有叶片是与管筒的内壁固定连接。其作用原理是：它由随轴旋转的转子叶片和与管壁相连的定子叶片交错排列构成一个基元级；叶片由几何参数相同的空间曲面叶片沿圆周方向均匀排列形成；转子叶片与定子叶片之间存在轴向间隙；转子叶片与管壁之间存在径向间隙。产液沿轴向进入转子叶片流速得到提升；然后进入定子叶片速度下降，动能减小；减小的动能转化为压力升高和熵值升高，加速产液中分子的机械运动、热运动、质点扩散和能量交换，实现产液在mm-μm级的细化、乳浊化和匀质化。

本发明中所述叶栅式声波发生器(含一、二、三级)，具有一心轴，绕心轴径向布置有若干片叶片，叶片的外端与管筒固定连接，且叶片相对轴线倾斜布置。所述叶片相对轴线的倾斜角度为30-60°。述叶片相对轴线的倾斜角度最佳为45°。其作用原理是：由于金属叶栅正反面受到交变脉动应力作用而产生高频至超高频振荡，于是在叶栅上下产生声波场。同时，该叶栅又是一级涡流导向器，流经叶栅后的产液在管内作涡流运动。

本发明具有以下优点：

1.防蜡效果显著。

本发明能将产液中的油、气、水颗粒细化到mm-μm量级，使蜡质点首先分散在油中，而油质点又分散在水和微气泡中，蜡质点必须冲破间隔相的重重“封锁”才能重新富集形成大块蜡晶。因此，被分散雾化的产液基本不会形成蜡堵，就象一定量水质点完全分散到空气中只会成雾而不会飘雪一样。

本发明可完全淘汰化学防蜡剂，一般油井可在本产品2年的使用寿命期内基本不用清蜡，部分高含蜡油井可延长热洗井周期五倍以上。

2.降粘效果良好。

从理论上来说，流体粘度就是流体内部阻碍运动的力。在产液油、气、水三相流中，如果处在局部富集抱团的自然混合状态，油的多烃混合物结构决定了它的粘度会最大，整个产液的粘度由油的粘度决定也会最大，气、水的小粘度被掩盖；如果产液质点被细碎化、乳浊化、匀质化了，在油质点周围“包裹”着粘度小的气、水相质点，就象滚珠裹了一层润滑油那样，产液主要显现气、水相粘度，而油相的高粘度将有很大一部分被掩盖，因此产液整体粘度大幅下降。

从实践上来说，实验室测试与井场试用都证明本发明降粘效果良好，降粘率达50-80％。

3.大幅降低抽油机电耗。

本发明节电的理由主要有以下五个方面：一是产液粘度大幅降低，减少了提升过程中内部运动阻力；二是抽油管、杆上不结蜡或少许结蜡，保持光洁，对产液上升运动阻力小；三是气泡细化、匀质化地存在于产液中，延长了“泡流”段长度，更好地利用了“气举”动力；四是提高泵筒充填率和利用率，单吨产液电耗下降；五是产液物性改善，有利于整个抽油系统的和谐、平稳运行，减少偏磨等机械运动阻力。

经实测，本发明节电率一般都在两位数，可达15-30％。

4.有一定增产、稳产作用。

可从间接和直接两方面来看。间接方面，由于消除蜡堵，减少加药、热洗、检泵等作业，减少停产和停产后恢复正常生产时间，可有效提高油井总产量。直接方面，增产原因有二：一是三级声波发生器通过衍射、反射、折射，在近井产油层形成较强声波场，可解堵、增渗、导流，有利于产能的发挥；二是当动液面设计过高压制了产能发挥时，通过提高泵效和改善抽湍系统动力学状况，可使地层产能最大化。这里增产、稳产的前提条件是，地层必须有可采储量；否则任何方法都无能为力。

5.安全环保，工艺使用性能好。

现在全国各大油田常用的清防蜡方法有两个：A、用热水洗，其弊端主要是水不配伍容易引起管、杆结垢，同时容易引起岩层渗漏和近井岩层结垢堵塞，导致减产；B、加化学药剂，其弊端主要是容易引起油质、水质和地面化学污染，同时有些化学防蜡剂易燃易爆、有毒有害，存在安全隐患。本发明属物理法防蜡降粘节能设备，对油质无污染，对地层无伤害，对产液后期处理不造成任何麻烦，完全可以替代化学药剂，减少热洗，并消除二者造成的种种弊端，显然有利于油田安全环保。

6.本发明安装简便，运行可靠，依靠抽油机工作，无须外加动力，无须日常维护，便于实现井场无人值守，远程遥控操作。

(四)附图说明：

图1是本发明中互击式喷嘴雾化器原理图；

图2是本发明总体结构示意图；

图3是图2的A-A视图；

图4是图2的B-B视图；

图5是图2的C-C视图。

图中：1-一级叶栅式声波发生器，2-互击式喷嘴雾化器，3-二级叶栅式声波发生器，4-一级涡轮混相器，5-单向阀，6-三级叶栅式声波发生器，7-二级涡轮混相器，8-叶片，9-心轴，10-圆柱体，11-锥形射流孔，12-支架，13-中心轴，14-转子叶片组，15-定子叶片组，16-变形管筒，17-管筒，18-变形管筒。

(五)具体实施方式：

参见图2，本发明为方便制造维护，分为四段对接而成。第一段具有变形管筒16，其中装有一级叶栅式声波发生器1和互击式喷嘴雾化器2；第二段具有直管管筒17，其中装有二级叶栅式声波发生器3和一级涡轮混相器4；第三段具有变形管筒18，内装球形单向阀15；第四段与第二段结构相同，具有直管管筒，其中装有三段叶栅式声波发生器6和二级涡轮混相器7。根据采油的含蜡量，在含蜡量较低时，可省去第四段结构，采用本发明的基本结构产品即可。

本发明中的叶栅式声波发生器1、3、6(包括一、二、三级)，其具体结构参见图2、图3，它具有一心轴9，绕心轴9径向布置有十二片叶片8(叶片8的数量根据管径设定，一般可为8-12片)；且叶片8相对轴线倾斜布置，一般倾斜角度为30-60°，最佳为45°。

本发明中的互击式喷嘴雾化2，其具体结构参见图2、图4，它具有一圆柱体10，其上开有四个(最低不低于2个)对称布置的锥形射流孔11，各锥形射流孔中心线在出口端向外延伸集焦一点。

本发明中的涡轮混相器4和7(含一级、二级)其具体结构参见图2、图5，它具有支架12(与管筒17固定安装)，支架12上装有中心轴13，中心轴13上装有转子叶片组14，并在转子叶片组14的后面安装定子叶片组15，定子叶片组15的所有叶片是与管筒17的内壁固定焊接。当然转子叶片组14和定子叶片组15还可前后互相设置。

Claims (7)

1.多功能井下产液处理器，具有管筒，管筒的尾端装有单向阀，其特征是：在管筒中依次装有一级叶栅式声波发生器，互击式喷嘴雾化器，二级叶栅式声波发生器，一级涡轮混相器。

2.根据权利要求1所述的多功能井下产液处理器，其特征是：在单向阀的尾端还装有三级叶栅式声波发生器和二级涡轮混相器。

3.根据权利要求1所述的多功能井下产液处理器，其特征是：所述互击式喷嘴雾化器，具有一柱体，柱体上开有至少两个对称布置的锥形射流孔，各锥形射流孔中心线在出口端向外延伸集焦一点。

4.根据权利要求1或2所述的多功能井下产液处理器，其特征是：所述涡轮混相器，包括有与管筒固定连接的支架，支架上装有中心轴，中心轴上装有转子叶片组，在转子叶片组的前端或后端还装有定子叶片组，定子叶片组的所有叶片是与管筒的内壁固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的多功能井下产液处理器，其特征是：所述叶栅式声波发生器，具有一心轴，绕心轴径向布置有若干片叶片，叶片的外端与管筒固定连接，且叶片相对轴线倾斜布置。

6.根据权利要求5所述的多功能井下产液处理器，其特征是：所述叶片相对轴线的倾斜角度为30-60°。

7.根据权利要求5所述的多功能井下产液处理器，其特征是：所述叶片相对轴线的倾斜角度为45°。

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