CN105953076A - 一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置与方法，实验装置是由泡沫减阻单元、注气单元和注水单元撬装组成，只需在稠油管道上将注泡器以短接的形式安装，通过螺纹连接实现与上、下游管道固定。气液两相流在螺旋孔板的旋转导流及圆孔诱导过流的作用下生成丰富的泡沫。泡沫挤占稠油管道近壁面边界层的空间，迫使稠油与管壁分离，使得管道内的流动阻力大幅降低。本发明采用物理减阻的方法，不使用化学减阻剂和加热设备，实现流动减阻的目的，对环境无污染，低成本，安全可靠，且拆卸、安装方便，便于后期更换维修。

Description

一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置与方法
技术领域
本发明涉及一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置与方法，属于油气集输领域。
背景技术
我国部分油田的稠油胶质、沥青质含量较高，具有高粘度、高含蜡、高凝点、流动性差的特点，使得输送过程中流动阻力较大，往往需配备大功率油泵加压或者加热输送，消耗较多的热能、动能，增加了输送成本。若出现暂时停输，稠油温度会逐渐降低，当温度降至析蜡点以下，就会有大量的蜡晶析出，不仅极大地阻碍了稠油的流动性，还会堵塞管道，导致局部压力过大，严重时甚至引发爆管事故。
实际工程中对稠油减阻的措施主要有：加热、掺稀、注剂等方法。由于原油粘度随温度升高而降低，通过加热可以减小其粘度，矿场一般采用水套炉加热或电伴热加热，设备投资高，运营还需要消耗大量的能源。采用加热降粘的管道，如果要启动必须先用其他轻质油品预热管线，再通入稠油；如果要停输，也必须用其他轻质油品置换稠油，造成了一定的浪费，且工艺复杂，安全可靠性、灵活度不高。掺稀主要通过添加轻油或回掺热污水，在稠油中添加轻油对稠油品质影响较大，还需要矿场有可靠的轻质油来源，而加热污水不仅热能消耗大，还必须分离稠油中的水，增加了工序。化学减阻剂具有一定的毒性，易污染环境，且减阻剂往往不具普适性，大多数减阻剂呈酸性，对管道有一定的腐蚀。因此，急需能耗低、无毒、低成本，运行周期长的减阻方式。
发明内容
为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置与方法。
一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置由泡沫减阻单元、注气单元、注水单元组成。泡沫减阻单元包括注泡器、注入管、入口压力表、入口阀门和气液混合管。注泡器为内外双层筒状结构，其外筒由水平放置的圆筒和收缩锥形筒同轴焊接而成，而内筒为与外筒同轴放置的一根管状中心筒，中心筒一端从外筒的圆筒端伸出，另一端伸入外筒的锥形筒，但与外筒不接触。在中心筒与外筒圆筒端面之间焊有垂直的环形盲板，而中心筒伸入外筒锥形筒的一端开有周向均布的筛孔。在中心筒与外筒圆筒之间的环形空间中布置有螺旋孔板，螺旋孔板上开有交错布置的圆孔。在螺旋孔板与盲板之间的外筒壁连接切向注入管，注入管上安装有入口压力表。注入管与气液混合管相连，两者之间安有入口阀门。
注气单元由注气管、气罐、气罐压力表、抽气阀门、气体压缩机、注气阀门、注气管压力表组成。气罐与气体压缩机通过注气管连接，两者之间安有抽气阀门，气罐压力表安装在气罐顶部。气体压缩机出口经注气管连接至气液混合管，注气管上依次安装注气阀门和注气管压力表。
注水单元包括注水管、蓄水池、抽水阀门、水泵、注水阀门和注水管压力表。蓄水池与水泵通过注水管连接，两者之间安有抽水阀门。水泵出口经注水管连接至气液混合管，注水管上依次安装注水阀门和注水管压力表。注气管、注水管与气液混合管以T型三通的形式连接。
所述的螺旋孔板绕中心筒盘旋三圈，螺旋孔板上开有两列交错的圆孔，且每圈螺旋孔板上的圆孔也呈交错布置；所述的注入管管轴与中心筒轴线夹角与螺旋孔板的螺旋角相同；所述的中心筒伸出外筒的圆筒端与锥形筒末端直径相同。
利用所述的螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置，可以实现一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻方法。注气单元、注水单元分别为注泡器提供混合的气源和水源，气和水的掺混流量及压力由水泵、气体压缩机频率及注水阀门、注气阀门、入口阀门调节。气与水在气液混合管中进行初次掺混，然后经由切向注入管进入注泡器的环形空间，气液两相流在螺旋孔板的旋转导流及圆孔诱导过流的作用下高速旋转、碰撞和掺混，生成丰富的泡沫。注泡器末端为半径逐渐缩小的锥形筒，部分泡沫在此处通过中心筒末端的筛孔进入中心筒，挤占中心筒近壁面边界层空间，迫使稠油与管壁分离，剩余泡沫通过中心筒与外筒锥形筒之间的缝隙进入稠油管道。由于泡沫将稠油与管壁隔离，其粘度小于稠油，因此管道内的流动阻力大幅降低，实现了流动减阻的目的。
本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：
1、本发明用物理减阻的方法，用泡沫将稠油与管壁隔离，避免了稠油与管壁的直接接触，增大了流动性，减阻效果好；
2、本发明以撬装的形式组成，现场使用时只需在稠油管道上将注泡器以短接的形式安装，拆卸、安装方便，便于后期更换维修；
3、本发明减阻装置不使用化学减阻剂和加热设备，对环境无污染，成本低，安全可靠。
附图说明
图1为本发明装置工艺流程图
图2为本发明装置注泡器剖视图
图3为本发明装置注泡器示意图
图4为本发明装置螺旋孔板示意图
图5为本发明装置螺旋孔板上交错开孔的示意图
其中：1、稠油管道；2、注泡器；3、注入管；4、入口压力表；5、入口阀门；6、气液混合管；7、气罐；8、气罐压力表；9、抽气阀门；10、气体压缩机；11、注气阀门；12、注气管压力表；13、注气管；14、蓄水池；15、抽水阀门；16、水泵；17、注水阀门；18、注水管压力表；19、注水管；20、外筒；21、中心筒；22、螺旋孔板；23、筛孔；24、盲板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
如图1所示，一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置由泡沫减阻单元、注气单元、注水单元组成。泡沫减阻单元包括注泡器2、注入管3、入口压力表4、入口阀门5和气液混合管6。如图2、3所示，注泡器2为内外双层筒状结构，其外筒20由水平放置的圆筒和收缩锥形筒同轴焊接而成，而内筒为与外筒20同轴放置的一根管状中心筒21，中心筒21一端从外筒20的圆筒端伸出，另一端伸入外筒20的锥形筒，但与外筒20不接触。在中心筒21与外筒20圆筒端面之间焊有垂直的环形盲板24，而中心筒21伸入外筒20锥形筒的一端开有周向均布的筛孔23。在中心筒21与外筒20圆筒之间的环形空间中布置有螺旋孔板22，如图4所示，螺旋孔板22上开有交错布置的圆孔。在螺旋孔板22与盲板24之间的外筒20壁连接切向注入管3，注入管3上安装有入口压力表4。注入管3与气液混合管6相连，两者之间安有入口阀门5。
注气单元由注气管13、气罐7、气罐压力表8、抽气阀门9、气体压缩机10、注气阀门11、注气管压力表12组成。气罐7与气体压缩机10通过注气管13连接，两者之间安有抽气阀门9，气罐压力表8安装在气罐7顶部。气体压缩机10出口经注气管13连接至气液混合管6，注气管13上依次安装注气阀门11和注气管压力表12。
注水单元包括注水管19、蓄水池14、抽水阀门15、水泵16、注水阀门17和注水管压力表18。蓄水池14与水泵16通过注水管19连接，两者之间安有抽水阀门15。水泵16出口经注水管19连接至气液混合管6，注水管19上依次安装注水阀门17和注水管压力表18。注气管13、注水管19与气液混合管6以T型三通的形式连接。
所述的螺旋孔板22绕中心筒21盘旋三圈，如图5所示，螺旋孔板22上开有两列交错的圆孔，且每圈螺旋孔板22上的圆孔也呈交错布置；所述的注入管3管轴与中心筒21轴线夹角与螺旋孔板22的螺旋角相同；所述的中心筒21伸出外筒20的圆筒端与锥形筒末端直径相同。
利用所述的螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置，可以实现一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻方法。注气单元、注水单元分别为注泡器2提供混合的气源和水源，气和水的掺混流量及压力由水泵16、气体压缩机10频率及注水阀门17、注气阀门11、入口阀门5调节。气与水在气液混合管6中进行初次掺混，然后经由切向注入管3进入注泡器2的环形空间，气液两相流在螺旋孔板22的旋转导流及圆孔诱导过流的作用下高速旋转、碰撞和掺混，生成丰富的泡沫。注泡器2末端为半径逐渐缩小的锥形筒，部分泡沫在此处通过中心筒21末端的筛孔23进入中心筒21，挤占中心筒21近壁面边界层空间，迫使稠油与管壁分离，剩余泡沫通过中心筒21与外筒20锥形筒之间的缝隙进入稠油管道1。由于泡沫将稠油与管壁隔离，其粘度小于稠油，因此管道内的流动阻力大幅降低，实现了流动减阻的目的。
实施例：
首先结合稠油流动特性与现场实际工况，确定需要安装本发明装置的具体管段，本装置以撬装的形式组成，只需在稠油管道1上将注泡器2以短接的形式安装，通过螺纹连接实现与上、下游管道固定。
注气单元、注水单元分别为注泡器2提供混合的气源和水源，气和水的掺混流量及压力由水泵16、气体压缩机10频率及注水阀门17、注气阀门11、入口阀门5调节。气与水在气液混合管6中进行初次掺混，然后经由切向注入管3进入注泡器2的环形空间，气液两相流在螺旋孔板22的旋转导流及圆孔诱导过流的作用下高速旋转、碰撞和掺混，生成丰富的泡沫。注泡器2末端为半径逐渐缩小的锥形筒，部分泡沫在此处通过中心筒21末端的筛孔23进入中心筒21，挤占中心筒21近壁面边界层空间，迫使稠油与管壁分离，剩余泡沫通过中心筒21与外筒20锥形筒之间的缝隙进入稠油管道1。由于泡沫将稠油与管壁隔离，其粘度小于稠油，因此管道内的流动阻力大幅降低，实现了流动减阻的目的。

Claims (3)

1.一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置，其特征在于：由泡沫减阻单元、注气单元、注水单元组成；泡沫减阻单元包括注泡器(2)、注入管(3)、入口压力表(4)、入口阀门(5)和气液混合管(6)；注泡器(2)为内外双层筒状结构，其外筒(20)由水平放置的圆筒和收缩锥形筒同轴焊接而成，而内筒为与外筒(20)同轴放置的一根管状中心筒(21)，中心筒(21)一端从外筒(20)的圆筒端伸出，另一端伸入外筒(20)的锥形筒，但与外筒(20)不接触；在中心筒(21)与外筒(20)圆筒端面之间焊有垂直的环形盲板(24)，而中心筒(21)伸入外筒(20)锥形筒的一端开有周向均布的筛孔(23)；在中心筒(21)与外筒(20)圆筒之间的环形空间中布置有螺旋孔板(22)，螺旋孔板(22)上开有交错布置的圆孔；在螺旋孔板(22)与盲板(24)之间的外筒(20)壁连接切向注入管(3)，注入管(3)上安装有入口压力表(4)；注入管(3)与气液混合管(6)相连，两者之间安有入口阀门(5)；注气单元由注气管(13)、气罐(7)、气罐压力表(8)、抽气阀门(9)、气体压缩机(10)、注气阀门(11)、注气管压力表(12)组成；气罐(7)与气体压缩机(10)通过注气管(13)连接，两者之间安有抽气阀门(9)，气罐压力表(8)安装在气罐(7)顶部；气体压缩机(10)出口经注气管(13)连接至气液混合管(6)，注气管(13)上依次安装注气阀门(11)和注气管压力表(12)；注水单元包括注水管(19)、蓄水池(14)、抽水阀门(15)、水泵(16)、注水阀门(17)和注水管压力表(18)；蓄水池(14)与水泵(16)通过注水管(19)连接，两者之间安有抽水阀门(15)；水泵(16)出口经注水管(19)连接至气液混合管(6)，注水管(19)上依次安装注水阀门(17)和注水管压力表(18)；注气管(13)、注水管(19)与气液混合管(6)以T型三通的形式连接。
2.如权利要求1所述的螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置，其特征在于：螺旋孔板(22)绕中心筒(21)盘旋三圈，螺旋孔板(22)上开有两列交错的圆孔，且每圈螺旋孔板(22)上的圆孔也呈交错布置；注入管(3)管轴与中心筒(21)轴线夹角与螺旋孔板(22)的螺旋角相同；中心筒(21)伸出外筒(20)的圆筒端与锥形筒末端直径相同。
3.利用如权利要求1所述的螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻装置可以提供一种螺旋槽孔注泡沫稠油流动减阻方法，其特征在于：注气单元、注水单元分别为注泡器(2)提供混合的气源和水源，气和水的掺混流量及压力由水泵(16)、气体压缩机(10)频率及注水阀门(17)、注气阀门(11)、入口阀门(5)调节；气与水在气液混合管(6)中进行初次掺混，然后经由切向注入管(3)进入注泡器(2)的环形空间，气液两相流在螺旋孔板(22)的旋转导流及圆孔诱导过流的作用下高速旋转、碰撞和掺混，生成丰富的泡沫；注泡器(2)末端为半径逐渐缩小的锥形筒，部分泡沫在此处通过中心筒(21)末端的筛孔(23)进入中心筒(21)，挤占中心筒(21)近壁面边界层空间，迫使稠油与管壁分离，剩余泡沫通过中心筒(21)与外筒(20)锥形筒之间的缝隙进入稠油管道(1)；由于泡沫将稠油与管壁隔离，其粘度小于稠油，因此管道内的流动阻力大幅降低，实现了流动减阻的目的。
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