CN104389555A - 井下机械波振荡防蜡器 - Google Patents
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Abstract
本发明井下机械波振荡防蜡器涉及一种采油辅助设备。其目的是为了提供一种使用寿命长，防结蜡效果显著的井下机械波振荡防蜡器。本发明井下机械波振荡防蜡器，包括主体和振动弹片，所述主体内开设有流道，所述流道的一端设置有收缩喷嘴，所述振动弹片固定安装在主体外部，振动弹片的一端与收缩喷嘴的收缩喷口相对应，其中所述主体上固定设置有连接板，所述振动弹片的一端通过外部包裹复合材料与连接板固定连接，所述振动弹片的振动频率为24Hz。
Description
技术领域
本发明涉及一种采油辅助设备，特别是涉及一种防止油井中原油结蜡的装置。
背景技术
原油开采的过程就是将地层中的原油举升到地面的过程。一般在油层条件下，原油中均含有一定量的蜡，这些蜡质成分均处于溶解状态。在开采过程中，对于溶有一定量石蜡的原油，随着温度压力的降低和气体的析出，溶解的石蜡便以结晶析出。随着温度的进一步降低，石蜡晶体析出量增多，其结晶便长大聚集和沉积在管壁上，即出现所谓的结蜡现象。
结蜡现象会带来很多危害，首先，对自喷井来说，会使出油管道的直径缩小甚至堵死，从而使油井产量递减或停产。再次，在有杆泵井上，结蜡除了使出油管道内径缩小外，还会使深井泵失灵，严重时会使泵卡死，损坏抽油设备。如果结蜡现象发生在射孔井段附近地层内还会堵塞油流通道，降低油井生产能力，减少油井产量。
因此，油井防蜡在原油开采过程中就显得十分重要，尤其是含蜡高的油井，在开采过程中必须进行防蜡措施。目前常见的防蜡措施有以下几种：
(1)机械清蜡法：这种方法是以机械刮削的方式来清除油管、抽油杆及输油管线中沉积的蜡质物。这种方式的主要缺点是清除的积蜡易落入井底，堵塞炮眼或近井地层；对设备的磨损严重，增加负荷，有时甚至会造成蜡卡而进行停井作业，另外，这种方式是“事后处理”，无法提前预防和消除结蜡，是一种被动处理方式。
(2)热力清蜡：这种方法是通过加热手段使结积的蜡受热软化、熔化，最后随油流被携带来，达到清防蜡的目的。这种方式所存在的问题是井下加热装置技术不过关，一次投资大，耗能高。
(3)化学清蜡法：这种方法就是利用各种化学剂进行清、防蜡。化学清蜡法的清防蜡效果还可以，但是这种方式的也有缺点，一是油井生产状况不是一成不变的，二是最佳连续加药方式在生产中难以实现。
(4)磁清蜡法：这种方式的技术原理是利用磁效应，将流经磁场的蜡分子极化，从而抑制蜡的结晶过程，使蜡在油中呈悬浮状态，避免在油管、井下设备或输油管线上沉积，达到防蜡目的。但是这种方式的缺点磁防蜡器的结构参数与诸多因素有关；并且许多因素在油井生产过程中是不断变化的。
因此，如果有一种效果明显、使用方便、适用性强的防蜡方法，将极大的提高结蜡严重井的原油开采效率。中国实用新型专利CN2410049Y公开了一种“结蜡油井声波防蜡器”，该防蜡器是在一个本体的一端安装一个喷嘴，弹簧片固定在本体外侧，位于喷嘴对面。将该装置装在泵下，通过油管将该装置下放入井内，在环空液柱和泵抽吸而形成的压差作用下，原油以较高的流速从喷嘴喷出冲击弹簧片而使其产生强烈的振动，当声波振动反馈作用于原油时，在声波的机械作用下蜡晶结构被破坏，起到防蜡降粘的作用。但是该防蜡器在实际应用时，由于弹簧片始终处于振动状态，弹簧片与本体之间连接的部分由于往复振动而疲劳断裂或松脱，因此要经常将该防蜡器提出油井进行检修或更换，并且，该防蜡器的防蜡降粘的效果并不如想象的那么好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长，防结蜡效果显著的井下机械波振荡防蜡器。
本发明井下机械波振荡防蜡器，包括主体和振动弹片，所述主体内开设有流道，所述流道的一端设置有收缩喷嘴，所述振动弹片固定安装在主体外部，振动弹片的一端与收缩喷嘴的收缩喷口相对应，其中所述主体上固定设置有连接板，所述振动弹片的一端通过外部包裹复合材料与连接板固定连接，所述振动弹片的振动频率为24Hz。
本发明井下机械波振荡防蜡器，其中所述振动弹片的长度为98～100mm，厚度为2mm，靠近收缩喷嘴一端加工有3mm长的15度倒角，所述振动弹片的材料为BZn18-26牌号锌白铜合金。
本发明井下机械波振荡防蜡器，其中所述复合材料由沥青基碳纤维材料和胶粘剂组成，其中胶粘剂包括质量分数5％的6101环氧树脂、1.5％的650聚酰胺、2.5％的石膏粉和2％的三乙烯四胺，其余为沥青基碳纤维。
本发明井下机械波振荡防蜡器，其中所述主体包括下接头和上接头，所述流道开设在下接头内，所述上接头通过螺纹连接在下接头上端，所述下接头的上端面与上接头内的阶梯孔下端面之间构成环形槽，所述收缩喷嘴的下端外侧设置有环形凸台，所述环形凸台卡固在环形槽内，所述连接板与上接头固定连接。
本发明井下机械波振荡防蜡器与现有技术不同之处在于本发明井下机械波振荡防蜡器的本体与振动弹片之间采用复合材料固定连接在一起，既可以保证连接部分的牢固不松脱，又可以降低由于机械振动造成的疲劳损伤，延长了使用寿命。同时，本发明井下机械波振荡防蜡器明确了振动弹片的自激振荡产生的特定频率，在该频率下产生的机械波对原油中石蜡的蜡晶结构破坏最大，防结蜡效果最显著。为了使振动弹片能够产生24Hz这个特定频率，又对该方案中振动弹片的形状尺寸和材料进行了特别设计，使振动弹片能够在油井内对原油产生特定频率的振动波，并且还能达到油井设备抗腐蚀的要求。
本发明井下机械波振荡防蜡器中复合材料由沥青基碳纤维材料和胶粘剂组成，由于原油中均含有沥青成分，采用沥青基碳纤维材料避免了和原油成分的不配伍导致对原油可能造成的“污染”。另外，为了进一步提高复合材料与锌白铜合金材料和上接头金属材料的复合性，对沥青基碳纤维材料中加入了少量胶粘剂成分，进一步提高了材料的胶粘性。
本发明井下机械波振荡防蜡器中的主体分成上接头和下接头两个可拆卸的部分，将收缩喷嘴安装在上接头和下接头之间，可以根据不同油井的配装，选用不同大小的收缩喷嘴，达到最佳的振荡防结蜡效果。
下面结合附图对本发明的井下机械波振荡防蜡器作进一步说明。
附图说明
图1为本发明井下机械波振荡防蜡器的主视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明井下机械波振荡防蜡器包括主体和振动弹片1，主体包括下接头5和上接头6，上接头6通过螺纹连接在下接头5上端。下接头5内开设有流道2，下接头5的上端面与上接头6内的阶梯孔下端面之间构成环形槽7，上接头6内设置有收缩喷嘴3，收缩喷嘴3的下端外侧设置有环形凸台8，环形凸台8卡固在环形槽7内。上接头6上端固定连接有连接板4，振动弹片1的上端通过外部包裹复合材料与连接板4固定连接，振动弹片1的下端与收缩喷嘴3的收缩喷口相对应。振动弹片1的长度为98～100mm，厚度为2mm，靠近收缩喷嘴3一端加工有3mm长的15度倒角，振动弹片1的材料为BZn18-26牌号锌白铜合金，振动弹片1的振动频率为24Hz。
其中复合材料由沥青基碳纤维材料和胶粘剂组成，其中胶粘剂包括质量分数5％的6101环氧树脂、1.5％的650聚酰胺、2.5％的石膏粉和2％的三乙烯四胺，其余为沥青基碳纤维。
本发明井下机械波振荡防蜡器在使用时将下接头连接在底部抽油泵上，然后将上接头与抽油杆相连接，下入油井中，油井按照正常工作方式工作，抽油泵抽出的原油以一定速度从收缩喷嘴中喷出，形成了一个扁平的液流，液流迎面冲击振动弹片，如果液体流速足够大，即液流的自持振动频率与振动弹片的固有频率相吻合时，就会激发振动弹片产生共振，并向周围液体发射强烈的机械波。经过防蜡器的原油流体经过机械波作用后，蜡品网状结构遭到破坏，原油粘度和凝固点降低，从而达到了防蜡的效果。
按照本发明加工制造了5台机械波振荡防蜡器，在辽河油田某结蜡严重区块选择了5口井，将防蜡器下入井中进行了现场实验。实验结果如表1所示。
表1
这五口井都是结蜡严重井，平均每20天就需要停井进行洗蜡作业。使用本发明后，从五口井的数据看，全部见到增液增油的效果，措施前几口井的热洗周期平均20天，措施后热洗周期最少延长了60天，有的井已经延长了80天且仍有效。
为了验证本发明防蜡器中的振动弹片在24Hz的振动频率下防结蜡装置的效果最好，本专利发明人设计了两套实验设备。第一套实验设备包括一段长8m，内径84mm的透明树脂材料的管道以模拟油管，管道内充满了实验液，这种液体的成分采用胜利油田某高含蜡井的原油产出液的成分配比而成。管道两端接有管道并形成封闭回路，在回路上装有液压泵，由液压泵驱动实验液在回路中循环流动，模拟油井内原油的流动。在管道内加入一套可以产生不同频率的振荡源发生装置，同时在管道内安装有实验挂片，挂片的作用是在实验前后进行称重，计算实验过程中在挂片上的结蜡量，结蜡量越小，说明防蜡效果越好。实验时间为72小时，72小时后对挂片进行称重，计算挂片结蜡量。从表2可以看到，当有振荡效果加载的时候，挂片结蜡量将比无振荡条件有大幅度的降低，当振动频率在24Hz的时候，挂片上的结蜡量最小，说明在该频率下，防蜡效果最好。
表2不同频率下的结蜡量
由于振动弹片的振动频率受到振动弹片形状、材质等因素影响，为了使振动弹片能够达到24Hz的振动频率，本发明的发明人又设计了第二套实验设备，利用水力自激振荡选择能够产生24Hz振动频率的振动弹片，采用不同形状和材料的振动片进行振荡实验，表3中为防结蜡效果较好的几组振动弹片。
表3不同振动弹片的频率和结蜡量
其中，第2组采用的2mm厚的BZn18-26牌号锌白铜合金片，98mm长的矩形振动弹片的防结蜡效果最好，同时，锌白铜合金片在油井下的抗腐蚀效果也是最好的。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种井下机械波振荡防蜡器，包括主体和振动弹片(1)，所述主体内开设有流道(2)，所述流道(2)的一端设置有收缩喷嘴(3)，所述振动弹片(1)固定安装在主体外部，振动弹片(1)的一端与收缩喷嘴(3)的收缩喷口相对应，其特征在于：所述主体上固定设置有连接板(4)，所述振动弹片(1)的一端通过外部包裹复合材料与连接板(4)固定连接，所述振动弹片(1)的振动频率为24Hz。
2.根据权利要求1所述的井下机械波振荡防蜡器，其特征在于：所述振动弹片(1)的长度为98～100mm，厚度为2mm，靠近收缩喷嘴(3)一端加工有3mm长的15度倒角，所述振动弹片(1)的材料为BZn18-26牌号锌白铜合金。
3.根据权利要求1所述的井下机械波振荡防蜡器，其特征在于：所述复合材料由沥青基碳纤维材料和胶粘剂组成，其中胶粘剂包括质量分数5％的6101环氧树脂、1.5％的650聚酰胺、2.5％的石膏粉和2％的三乙烯四胺，其余为沥青基碳纤维。
4.根据权利要求1所述的井下机械波振荡防蜡器，其特征在于：所述主体包括下接头(5)和上接头(6)，所述流道(2)开设在下接头(5)内，所述上接头(6)通过螺纹连接在下接头(5)上端，所述下接头(5)的上端面与上接头(6)内的阶梯孔下端面之间构成环形槽(7)，所述收缩喷嘴(3)的下端外侧设置有环形凸台(8)，所述环形凸台(8)卡固在环形槽(7)内，所述连接板(4)与上接头(6)固定连接。
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