CN106623275A - 一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置及方法，采用超临界二氧化碳脉冲射流对油管内外壁进行清污，先将气态二氧化碳充入储存装置中，经制冷装置冷却至液态并储存于储罐中，高压泵将储罐中的液态二氧化碳加压后，经加热装置升温形成超临界态二氧化碳，然后经清污室端盖和内壁上的自激振荡脉冲喷嘴形成脉冲频率为30～80Hz的高速超临界二氧化碳脉冲射流，对油管内外壁进行脉动冲刷；管壁上的污垢经超临界二氧化碳溶解和脉冲射流脉动冲刷联合作用易被清洗干净；清污后的超临界态二氧化碳经分离器降压转变成气态与污垢分离，完成清污，气态二氧化碳循环使用，油污回收利用；该装置和方法，节能环保，安全高效，且易于分离回收油污。

Description

一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置及方法

技术领域

本发明属于油气工程中油管清污的设备及工艺领域，涉及一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置及方法。

背景技术

油气工业中，油管是非常常见的井下用具，使用量大，直接影响采油成本。油管工作一定时间后，内外壁会附着油污、蜡垢和其它杂质，使油井生产效率降低，甚至停产，需要修井对油管进行清污修复。为避免井下事故，清污前须将油管提出油井。如何提高油管清污效果和效率，降低清污成本，技术人员一直在努力探索更好的工艺技术。

目前，常用的油管清污方法包括热浸泡清污，中频加热机械法清污和高压水射流清污等。热浸泡清污的缺点是开放环境下能耗高、能效低，添加化学试剂后，环境污染严重，工作条件恶劣，对于厚度较大的污垢的清污效果不理想，清污液排放受限制；中频加热机械法的缺点是消耗电能大，成本高，清污效果不理想，钢丝刷需要频繁更换；高压水射流清污的主要缺点是对于黏度较大或者含蜡较高的油污的清污效果不理想，冬季尤为明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置及方法，其是采用超临界态的二氧化碳为清污介质，通过清污室端盖和内壁上的自激振荡脉冲喷嘴形成高速脉冲射流，对油管内外壁污垢进行脉冲射流脉动冲刷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置，其特征在于：包括超临界二氧化碳发生装置和用于容纳油管的清污室，所述清污室一端设有对着油管管口的中心自激振荡脉冲喷嘴，所述清污室上下侧设有多个对着油管外壁的侧自激振荡脉冲喷嘴，所述中心自激振荡脉冲喷嘴和多个侧自激振荡脉冲喷嘴分别通过管道与超临界二氧化碳发生装置相连，油管置于清污室内时，油管外壁与清污室内壁形成间隙，清污室底部设有排污口。

作为改进，该超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置还包括回收装置和加热装置，所述加热装置用于给清污室加热，增强超临界二氧化碳对油管的清污效果；所述回收装置包括油气分离装置和二氧化碳气体压缩装置，油气分离装置用于对清污室内排出的超临界二氧化碳油污混合物进行分离，其通过管道与清污室的排污口相连，油气分离装置底部设有原油排出口，二氧化碳气体压缩装置入口和出口分别通过气体管道与油气分离装置和超临界二氧化碳发生装置相连，二氧化碳气体压缩装置用于将油气分离装置分离出来的二氧化碳气体压缩，然后送入超临界二氧化碳发生装置产生超临界二氧化碳，实现二氧化碳的循环使用。

作为改进，所述超临界二氧化碳发生装置包括高压泵一、高压泵二、超临界二氧化碳储存装置一、超临界二氧化碳储存装置二、以及依次通过管道相连的气态二氧化碳储存装置、制冷装置和液态二氧化碳储存装置，所述制冷装置用于将气态二氧化碳储存装置内气态二氧化碳冷却成液态然后送入液态二氧化碳储存装置，所述气态二氧化碳储存装置底部通过管道与回收装置的二氧化碳气体压缩装置出口相连；所述液态二氧化碳储存装置内存储的液态二氧化碳出口分两路，一路通过高压泵一送往超临界二氧化碳储存装置一，另一路通过高压泵二送往超临界二氧化碳储存装置二；所述超临界二氧化碳储存装置一和超临界二氧化碳储存装置二分别通过管道与侧自激振荡脉冲喷嘴和中心自激振荡脉冲喷嘴相连，所述加热装置给超临界二氧化碳储存装置一和超临界二氧化碳储存装置二加热。

一种采用上述超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置对油管进行清污的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、将气源二氧化碳充入气态二氧化碳储存装置中，储气压力应为4～5MPa，气态二氧化碳经制冷装置降温至-20～5℃，气态二氧化碳转变为液态储存于液态二氧化碳储存装置中；

步骤二、高压泵一和高压泵二分别从液态二氧化碳储存装置中抽吸液态二氧化碳并加压至15～20MPa送入超临界二氧化碳储存装置一和超临界二氧化碳储存装置二中，加热装置将超临界二氧化碳储存装置一、超临界二氧化碳储存装置二和清污室均升温至31.06～90℃，液态二氧化碳经高压泵一和高压泵二增压和加热装置升温转变为超临界态，超临界二氧化碳通过管道分别从中心自激振荡脉冲喷嘴和侧自激振荡脉冲喷嘴形成脉冲射流对油管的内、外壁面进行脉动冲刷、清洗；

步骤三、中心自激振荡脉冲喷嘴喷出的高速超临界二氧化碳脉冲射流对油管内壁污垢进行脉动冲刷、溶解，同时侧自激振荡脉冲喷嘴喷出的超临界二氧化碳脉冲射流对油管外壁污垢进行脉动冲刷、溶解；污垢在超临界二氧化碳强溶解作用、脉冲射流脉动冲刷作用和热作用下，从管壁清除下来；

步骤四、清污后的超临界二氧化碳和含油污垢通过清污室底部排污口排出，然后通过管道送入油气分离装置，压力降低，超临界二氧化碳转变为气态二氧化碳与油污分离，油气分离装置分离的原油通过原油排出口排出，气态二氧化碳通过二氧化碳气体压缩装置压缩后送入气态二氧化碳储存装置循环利用。

作为优选，所述步骤二中，中心自激振荡脉冲喷嘴和侧自激振荡脉冲喷嘴形成的超临界二氧化碳脉冲射流脉冲频率为30～80Hz。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：利用超临界二氧化碳作为清污介质，由于超临界二氧化碳对高分子有机物有较强的溶解能力，在清污过程中能有效的溶解油污，而不需添加大量的化学试剂，避免了潜在的环境污染问题；利用自激振荡脉冲喷嘴形成高速超临界二氧化碳脉冲射流对油管内外壁进行脉冲冲刷，射流脉冲冲击产生的间断冲刷作用，能有效的剥离固结于油管内外壁的污垢，可显著增强清污效果，提高清污效率。超临界二氧化碳流体的黏度低、表面张力接近于零、扩散系数大，脉冲射流能量损失比高压水射流低，可提高射流对管壁污垢的冲刷清洗作用，同时提高能量的利用率，降低能耗；超临界二氧化碳降压转变为气态二氧化碳即可实现原油的分离回收，气态二氧化碳可循环利用，同时避免了污染物的排放；清污室的密闭加热环境，有利于清洗污垢，减少热量的耗散，有利于提高能量的利用率；二氧化碳的凝固点极低，在环境温度较低的条件下，该装置和方法仍可正常运行，避免了高压水射流清污方法中水结冰的问题。因此，本装置和方法，原理科学，安全高效，节能环保，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明装置结构和工艺流程图。

图2为自激振荡脉冲喷嘴剖视图。

图例：1-气态二氧化碳储存装置，2-制冷装置，3-液态二氧化碳储存装置，4-高压泵一，5-高压泵二，6-超临界二氧化碳储存装置一，7-超临界二氧化碳储存装置二，8-加热装置，9-中心自激振荡脉冲喷嘴，10-侧自激振荡脉冲喷嘴，11-清污室，12-油管，13间隙，14清污室端盖，15-原油排出口，16-油气分离装置，17-二氧化碳气体压缩装置，18-上喷嘴，19-下喷嘴，20-热水管线，21-二氧化碳管线。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的主体结构包括气态二氧化碳储存装置1、制冷装置2、液态二氧化碳储存装置3、高压泵一4、高压泵二5、超临界二氧化碳储存装置一6、超临界二氧化碳储存装置二7、加热装置8、中心自激振荡脉冲喷嘴9、侧自激振荡脉冲喷嘴10、清污室11、油管12、清污室端盖14、原油排出口15、油气分离装置16、二氧化碳气体压缩装置17，以及热水管线20和二氧化碳管线21。

气态二氧化碳储存装置1右端通过管道连接制冷装置2，下部连接返回循环二氧化碳的二氧化碳气体压缩装置17的出口；制冷装置2右端连接液态二氧化碳储存装置3；高压泵一4进口与液态二氧化碳储存装置3相连，出口连接超临界二氧化碳储存装置一6，超临界二氧化碳储存装置一6右端连接安装在清污室内壁的侧自激振荡脉冲喷嘴10；高压泵二5进口与液态二氧化碳储存装置3相连，出口连接超临界二氧化碳储存装置二7，超临界二氧化碳储存装置二7右端连接安装在清污室端盖14的中心自激振荡脉冲喷嘴9；所述加热装置8为水浴加热箱，水浴加热箱通过热水管线20给超临界二氧化碳储存装置一6、超临界二氧化碳储存装置二7以及清污室11加热。油管12放置于清污室11内部，油管12左端管口与清污室端盖14相连；油管12外壁与清污室11内壁形成间隙13；清污室11底部的排污口通过管道连接油气分离装置16右端进口，油气分离装置16下部为原油排出口15，油气分离装置16左端出口与二氧化碳气体压缩装置17入口相连。

所述中心自激振荡脉冲喷嘴9和侧自激振荡脉冲喷嘴10均为亥姆霍兹脉冲喷嘴。

图2中：18为自激振荡脉冲喷嘴的上喷嘴，19为自激振荡脉冲喷嘴的下喷嘴。

本实施例采用超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置对油管进行清污包括以下具体步骤：

(1)将气源二氧化碳充入气态二氧化碳储存装置1中，储气压力为4～5MPa，气态二氧化碳经制冷装置2降温至-20～5℃，气态二氧化碳转变为液态储存于液态二氧化碳储存装置3中；

(2)高压泵一4和高压泵二5分别从液态二氧化碳储存装置3中抽吸液态二氧化碳并加压至15～20MPa，水浴加热箱将对超临界二氧化碳储存装置一6、超临界二氧化碳储存装置二7和清污室11升温至31.06～90℃，液态二氧化碳经高压泵一4和高压泵二5增压和水浴加热箱升温转变为超临界二氧化碳，经过中心自激振荡脉冲喷嘴9和侧自激振荡脉冲喷嘴10形成脉冲频率30～80Hz的高速超临界二氧化碳脉冲射流对油管12的内、外壁面进行脉动冲刷、清洗，清污室11的温度和压力均维持在超临界点以上使二氧化碳处于超临界态。

(3)中心自激振荡脉冲喷嘴9喷出的高速超临界二氧化碳脉冲射流对油管12内壁污垢进行脉动冲刷、溶解，同时侧自激振荡脉冲喷嘴10喷出的高速超临界二氧化碳脉冲射流冲刷油管12外壁；污垢在超临界二氧化碳强溶解作用、脉冲射流脉动冲刷作用和热作用下，从管壁清除下来。

(4)携带污垢的超临界二氧化碳通过清污室11底部的排污口排出达到油气分离装置，经过降压过程，二氧化碳从超临界态转变为气态与清洗下来的污垢分离；

(5)气态二氧化碳经二氧化碳气体压缩装置17增压返回气态二氧化碳储存装置1，循环利用。分离后的油污经排出口15排出回收利用；油管12清污完成。

Claims (5)

1.一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置，其特征在于：包括超临界二氧化碳发生装置和用于容纳油管的清污室，所述清污室一端设有对着油管管口的中心自激振荡脉冲喷嘴，所述清污室上下侧设有多个对着油管外壁的侧自激振荡脉冲喷嘴，所述中心自激振荡脉冲喷嘴和多个侧自激振荡脉冲喷嘴分别通过管道与超临界二氧化碳发生装置相连，油管置于清污室内时，油管外壁与清污室内壁形成间隙，清污室底部设有排污口。

2.如权利要求1所述一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置，其特征在于：还包括回收装置和加热装置，所述加热装置用于给清污室加热，增强超临界二氧化碳对油管的清污效果；所述回收装置包括油气分离装置和二氧化碳气体压缩装置，油气分离装置用于对清污室内排出的超临界二氧化碳油污混合物进行分离，其通过管道与清污室的排污口相连，油气分离装置底部设有原油排出口，二氧化碳气体压缩装置入口和出口分别通过气体管道与油气分离装置和超临界二氧化碳发生装置相连，二氧化碳气体压缩装置用于将油气分离装置分离出来的二氧化碳气体压缩，然后送入超临界二氧化碳发生装置产生超临界二氧化碳，实现二氧化碳的循环使用。

3.如权利要求2所述一种超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置，其特征在于：所述超临界二氧化碳发生装置包括高压泵一、高压泵二、超临界二氧化碳储存装置一、超临界二氧化碳储存装置二、以及依次通过管道相连的气态二氧化碳储存装置、制冷装置和液态二氧化碳储存装置，所述制冷装置用于将气态二氧化碳储存装置内气态二氧化碳冷却成液态然后送入液态二氧化碳储存装置，所述气态二氧化碳储存装置底部通过管道与回收装置的二氧化碳气体压缩装置出口相连；所述液态二氧化碳储存装置内存储的液态二氧化碳出口分两路，一路通过高压泵一送往超临界二氧化碳储存装置一，另一路通过高压泵二送往超临界二氧化碳储存装置二；所述超临界二氧化碳储存装置一和超临界二氧化碳储存装置二分别通过管道与侧自激振荡脉冲喷嘴和中心自激振荡脉冲喷嘴相连，所述加热装置给超临界二氧化碳储存装置一和超临界二氧化碳储存装置二加热。

4.一种采用如权利要求3所述的超临界二氧化碳脉冲射流油管清污装置对油管进行清污的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、将气源二氧化碳充入气态二氧化碳储存装置中，储气压力应为4～5MPa，气态二氧化碳经制冷装置降温至-20～5℃，气态二氧化碳转变为液态储存于液态二氧化碳储存装置中；

步骤二、高压泵一和高压泵二分别从液态二氧化碳储存装置中抽吸液态二氧化碳并加压至15～20MPa送入超临界二氧化碳储存装置一和超临界二氧化碳储存装置二中，加热装置将超临界二氧化碳储存装置一、超临界二氧化碳储存装置二和清污室均升温至31.06～90℃，液态二氧化碳经高压泵一和高压泵二增压和加热装置升温转变为超临界态，超临界二氧化碳通过管道分别从中心自激振荡脉冲喷嘴和侧自激振荡脉冲喷嘴形成脉冲射流对油管的内、外壁面进行脉动冲刷、清洗；

步骤三、中心自激振荡脉冲喷嘴喷出的高速超临界二氧化碳脉冲射流对油管内壁污垢进行脉动冲刷、溶解，同时侧自激振荡脉冲喷嘴喷出的超临界二氧化碳脉冲射流对油管外壁污垢进行脉动冲刷、溶解；污垢在超临界二氧化碳强溶解作用、脉冲射流脉动冲刷作用和热作用下，从管壁清除下来；

步骤四、清污后的超临界二氧化碳和含油污垢通过清污室底部排污口排出，然后通过管道送入油气分离装置，油气分离装置分离的原油通过原油排出口排出，气态二氧化碳通过二氧化碳气体压缩装置压缩后送入气态二氧化碳储存装置循环利用。

5.一种如权利要求4所述对油管进行清污的方法，其特征在于：所述步骤二中，中心自激振荡脉冲喷嘴和侧自激振荡脉冲喷嘴形成的超临界二氧化碳脉冲射流脉冲频率为30～80Hz。