CN103670333B - 注水井井口高压射流加药方法及其加药装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注水井井口高压射流加药方法及其加药装置，是为实现注水井单井定点加药及高压井井口的无动力加药而设计的，即负压发生腔一端连接带喷嘴的压力管线，另一端依次连接喉管、扩散管和排出管路，同时加药管线两端分别连接储药罐和负压发生腔。本发明先对喷嘴内壁堆焊耐磨蚀涂层，然后在井口设置射流装置，接入高压流体使负压发生腔产生负压，将药液吸入喉管，进行能量转换后经排出管路注入水井。本发明操作方法简单，节能降耗。工艺流程和设备简化，喷嘴内无运动部件，工作可靠，无泄露，设备成本低。喷嘴耐磨涂层具有高致密和高均匀性，耐冲蚀，耐高压，可有效保护喷嘴基体，加工容易，维护工作量少，使用寿命比现有设备提高5－10倍。

Description

注水井井口高压射流加药方法及其加药装置

技术领域

本发明涉及一种注水井井口高压射流加药方法及其加药装置，属于油田高压注水加药技术领域。

背景技术

在油田注水过程中，通常要添加缓蚀剂、杀菌剂和阻垢剂等药剂，采用加药泵将药剂加注到注水管线，再经注水泵增压后注入注水井。

目前，注水井的加药方式通常分为两种：一是注水站内增压前用低压加药泵加注；二是注水井井口高压加药泵加注。然而，随着油田的深入开发，环境条件越来越恶化，上述方法已显现出一定的不适性。站内加药法只适宜整区块或井组，加药成本高，针对性不强，无法实现单井加药；井口高压加药泵加注虽能满足单井加药，且针对性强，药剂用量低，但需要现场安装高压计量泵，使安全、管理和维护的工作量和工业用电能耗增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注水井井口高压射流加药方法及其加药装置，其能实现注水井单井定点加药及高压井井口的无动力加药。

本发明注水井井口高压射流加药装置的结构如下：

连接压力管线的且设有耐磨蚀涂层的喷嘴从负压发生腔一端伸入腔内，负压发生腔另一端连接缩径的喉管，喉管另一端连接扩径的扩散管，扩散管另一端连接排出管路。加药管线一端连接储药罐，另一端径向连接负压发生腔，加药管线设有控制加药量的闸门。

本发明注水井井口高压射流加药方法的步骤如下：

1.对高压射流装置中的喷嘴内壁进行预处理：

在喷嘴内壁堆焊耐磨、耐冲蚀涂层，涂层原料以βSiC微粉为主，粒径为5－20um，质量分数为80－85％，其它组分及质量比为WC10—15％、Cr2.0—3.5％、Ni—1.5％、Mo—1.0％、Mn—0.5％；

a.工件预处理：将喷嘴在碱性清洁液中浸泡10－20小时，然后利用超声波清洗，自然风干后预热至300－350℃；

b.堆焊：将涂层原料按照比例混合均匀，装入等离子弧堆焊送粉器内，将喷枪伸入喷嘴内部，使工件绕喷枪螺旋运动，转速为280-300r/min，水平移动速率为0.3-0.5m/min，送粉压力为0.5－0.8Mpa，待工件旋出喷枪后，关闭喷枪；

c.消除内应力：将工件均匀加热到焊前的预热温度，再以50～150℃/h的速度缓慢冷却，然后粗磨平整内表面；

d.表面加工：磨削堆焊内表面，用管规或涂层测厚仪检测涂层厚度和均匀度，厚度控制在1-3mm。

2.在注水井井口(或单井来水管线)设置高压射流喷嘴装置：

根据阀组间至注水井井口的管线走向及周围环境条件确定高压射流加药装置的安装位置，从注水单井管线引出接头，将该接头连接加药装置的压力管线，再将加药装置的排出管路连接井口方向的注水管线。

3.将注水管线高压流体通入高压射流喷嘴装置，以在其负压发生腔内产生负压；

以设备断面I-I和Ⅱ-Ⅱ的压力管线和喷嘴的直径，可计算喉管入口处的真空度：

$H_s=\frac{8{q_1}^2}{{\mathrm{\π}}^{2}g}(\frac{1}{D^4}-\frac{1+\mathrm{\ξ}}{{d_0}^4})$

式中

q₁---动力源提供给喷嘴的流量(m³/s)；

D---压力管线直径(m)；

d₀---喷嘴直径(m)；

ξ---I-I和Ⅱ-Ⅱ断面之间局部阻力系数

4.将储药罐连通负压发生腔，药液被自动吸入喉管，与喉管内的高压流体混合，进行能量转换后经排出管路注入水井。

本发明能实现注水井单井的定点加药及高压井井口的无动力加药，操作简单，节能降耗。采用高压射流喷嘴技术可大大简化加药工艺流程和设备，喷嘴内没有运动部件，结构简单，工作可靠，无泄露，有自吸能力，设备成本低。喷嘴耐磨涂层具有高致密及高均匀性，耐冲蚀，耐高压，可有效保护喷嘴基体，加工容易，维护工作量少，使用寿命比现有设备提高5－10倍。

附图说明

图1为注水井井口高压射流加药装置示意图。

具体实施方式

参照图1对本发明的实施例进一步说明：

实施例：

本发明注水井井口高压射流加药装置由压力管线1、喷嘴2、负压发生腔3、喉管4、扩散管5、排出管路6、加药管线7、闸门8和储药罐9组成：

连接压力管线1的且设有耐磨蚀涂层的喷嘴2从负压发生腔3一端伸入腔内，负压发生腔3另一端焊接缩径的喉管4，喉管4另一端焊接扩径的扩散管5，扩散管5另一端焊接排出管路6。加药管线7一端焊接储药罐9，另一端径向焊接负压发生腔3，加药管线7上设有控制加药量的闸门8。

本发明注水井井口高压射流加药方法的步骤如下：

1.对高压射流装置中的喷嘴2内壁进行预处理：

在喷嘴2内壁堆焊耐磨、耐冲蚀涂层，涂层原料以βSiC微粉为主，粒径为20um，质量分数为81.5％，其它组分及质量比为WC13％、Cr2.5％、Ni—1.5％、Mo—1.0％、Mn—0.5％；

a.工件预处理：将喷嘴2在碱性清洁液中浸泡16小时，然后利用超声波清洗，自然风干后预热至330℃；

b.堆焊：将涂层原料按照比例混合均匀，装入等离子弧堆焊送粉器内，将喷枪伸入喷嘴2内部，使工件绕喷枪螺旋运动，转速为300r/min，水平移动速率为0.5m/min，送粉压力为0.5Mpa，待工件旋出喷枪后，关闭喷枪；

c.消除内应力：将工件均匀加热到焊前的预热温度，再以100℃/h的速度缓慢冷却，然后粗磨平整内表面；

d.表面加工：磨削堆焊内表面，用管规或涂层测厚仪检测涂层厚度和均匀度，厚度控制在3mm。

2.在注水井井口(或单井来水管线)设置高压射流喷嘴装置：

根据阀组间至注水井井口的管线走向及周围环境条件确定高压射流加药装置的安装位置，然后从注水单井管线引出接头，将该接头通过法兰与加药装置的压力管线1连接，再将加药装置的排出管路6连接井口方向的注水管线。

3.将注水管线高压流体通入高压射流喷嘴装置，以在其负压发生腔3内产生负压；

以断面I-I和II-II的压力管线1和喷嘴2的直径，可计算喉管4入口处的真空度：

$H_s=\frac{8{q_1}^2}{{\mathrm{\π}}^{2}g}(\frac{1}{D^4}-\frac{1+\mathrm{\ξ}}{{d_0}^4})$

式中

q₁---动力源提供给喷嘴2的流量(m³/s)；

D---压力管线1直径(m)；

d₀---喷嘴2直径(m)；

ξ---I-I和Ⅱ-Ⅱ断面之间局部阻力系数

4.将储药罐9连通负压发生腔3，药液被自动吸入喉管，与喉管内的高压流体混合，进行能量转换后经排出管路6注入水井。

本发明利用射流泵的工作原理，将高压液体从动力源沿压力管线1引入喷嘴2，射流凭借流体的粘滞性将喷嘴2附近的流体带走，使负压发生腔3内靠近喷嘴的地方形成负压，在外界大气压力作用下，将加药管线7内的药液吸上来。药液随高压液体一同进入喉管4，高压液体将一部分能量传递给药液，到达喉管4末端时，两股液体的流速渐趋一致，混合过程完成，然后流体进入扩散管5，在此流体的流速渐慢而压力渐升，最后经排出管路6排出。

Claims (3)

1.一种注水井井口高压射流加药装置，其特征在于：

连接压力管线(1)的且设有耐磨蚀涂层的喷嘴(2)从负压发生腔(3)一端伸入腔内，负压发生腔(3)另一端连接缩径的喉管(4)，喉管(4)另一端连接扩径的扩散管(5)，扩散管(5)另一端连接排出管路(6)；加药管线(7)一端连接储药罐(9)，另一端径向连接负压发生腔(3)，加药管线(7)上设有控制加药量的闸门(8)；

所述耐磨蚀涂层的主要原料为βSiC微粉，粒径为5－20um，质量分数为80-85％，其它组分及质量比为WC10-15％、Cr2.0-3.5％、Ni-1.5％、Mo-1.0％、Mn-0.5％；

所述耐磨蚀涂层通过如下加工方法制备得到：步骤A、工件预处理：将喷嘴(2)在碱性清洁液中浸泡10－20小时，然后利用超声波清洗，自然风干后预热至300－350℃；步骤B、堆焊：将涂层原料按照比例混合均匀，装入等离子弧堆焊送粉器内，将喷枪伸入喷嘴(2)内部，使工件绕喷枪螺旋运动，转速为280-300r/min，水平移动速率为0.3-0.5m/min，送粉压力为0.5Mpa，待工件旋出喷枪后，关闭喷枪；步骤C、消除内应力：将工件均匀加热到焊前的预热温度，再以50～150℃/h的速度缓慢冷却，然后粗磨平整内表面；步骤D、表面加工：磨削堆焊内表面，用管规或涂层测厚仪检测涂层厚度和均匀度，厚度控制在1-3mm。

2.一种注水井井口高压射流加药方法，其特征在于该方法的步骤如下：

1)对高压射流装置中的喷嘴(2)内壁进行预处理：

在喷嘴(2)内壁堆焊耐磨、耐冲蚀涂层，涂层原料以βSiC微粉为主，粒径为5－20um，质量分数为80-85％，其它组分及质量比为WC10-15％、Cr2.0-3.5％、Ni-1.5％、Mo-1.0％、Mn-0.5％；

a.工件预处理：将喷嘴(2)在碱性清洁液中浸泡10－20小时，然后利用超声波清洗，自然风干后预热至300－350℃；

b.堆焊：将涂层原料按照比例混合均匀，装入等离子弧堆焊送粉器内，将喷枪伸入喷嘴(2)内部，使工件绕喷枪螺旋运动，转速为280-300r/min，水平移动速率为0.3-0.5m/min，送粉压力为0.5Mpa，待工件旋出喷枪后，关闭喷枪；

c.消除内应力：将工件均匀加热到焊前的预热温度，再以50～150℃/h的速度缓慢冷却，然后粗磨平整内表面；

d.表面加工：磨削堆焊内表面，用管规或涂层测厚仪检测涂层厚度和均匀度，厚度控制在1-3mm；

2)在注水井井口或单井来水管线设置高压射流喷嘴装置：

根据阀组间至注水井井口的管线走向及周围环境条件确定高压射流加药装置的安装位置，从注水单井管线引出接头，将该接头连接加药装置的压力管线(1)，再将加药装置的排出管路(6)连接井口方向的注水管线；

3)将注水管线高压流体通入高压射流喷嘴装置，以在其负压发生腔(3)内产生负压；以断面I-I和Ⅱ-Ⅱ的压力管线(1)及喷嘴(2)直径，可计算喉管(4)入口处的真空度：

$H_s=\frac{8q_1^2}{{\mathrm{\π}}^{2}g}(\frac{1}{D^4}-\frac{1+\mathrm{\ξ}}{d_0^4})$

式中

q₁---动力源提供给喷嘴(2)的流量(m3/s)；

D---压力管线(1)直径m)；

d₀---喷嘴(2)直径(m)；

ξ---I-I和Ⅱ-Ⅱ断面之间局部阻力系数

4)将储药罐(9)连通负压发生腔(3)，使药液被自动吸入喉管(4)，与喉管(4)内的高压流体混合，进行能量转换后经排出管路(6)注入水井。

3.如权利要求2所述的注水井井口高压射流加药方法，其特征在于在喷嘴(2)内壁涂层原料βSiC微粉，粒径为20um，质量分数为81.5％，其它组分及质量比为WC质量分数为13％、Cr质量分数为2.5％、Ni—1.5％、Mo—1.0％、Mn—0.5％；喷嘴(2)在碱性清洁液中浸泡16小时，清洗自然风干后，预热至330℃；在等离子弧堆焊送粉器内，工件转速300r/min，水平移动速率0.5m/min，送粉压力0.5Mpa；除应力工件加热到堆焊前预热温度后，以100℃/h的速度冷却；涂层厚度控制在3mm。